包含动力电池包框架的完整车身结构构建方法技术

本发明专利技术公开了一种包含动力电池包框架的完整车身结构构建方法，基于给定车身结构空间布置约束下，在进行车身拓扑优化同时创建了车身和电池包框架的拓扑空间，基于设计布置确定出二者框架的连接位置，并利用螺栓模型将二者集成为车电框架，接着将动力电池包框架的优化与车电框架相结合，进行载荷工况的联合优化，最终由优化结果获取载荷传递路径的最优解，并据此形成完整的梁壳模型得到车身及电池包结构融合的完整架构。本发明专利技术在保证白车身性能基础上，使动力电池包框架对车身刚度的贡献最大化，不仅避免了过度冗余设计，而且也规避了设计流程上的反复试错，提升了整车结构设计的效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
包含动力电池包框架的完整车身结构构建方法


[0001]本专利技术涉及新能源汽车制造领域，尤其涉及一种包含动力电池包框架的完整车身结构构建方法。

技术介绍

[0002]纯电动车领域对于平台架构和整体设计研究依然进展缓慢，随着汽车电动化浪潮的推进，顶层设计能力薄弱的问题愈发凸显。合理的电动车平台规划有利于充分利用电动车的零部件特点和整车总体优势，例如成员舱空间、车身碰撞性能、更好的整车尺寸等，此外对于零部件选型和设计也有关键的指导意义。
[0003]相比于燃油车，动力电池作为纯电平台车型的三电系统之一，与车体结构存在强连接关系，因此可以将其看作车身结构的一部分，与车身的碰撞、刚强度、NVH等多项性能直接相关。而与一般的白车身刚度相比，电池包框架对扭转刚度提升的贡献高达40％～100％，对弯曲刚度提升也有15％～30％的贡献。一般而言，动力电池占纯电动汽车整车重量的20％以上，动力电池包框架在提升车身整体刚度的同时也对整车碰撞安全提出了巨大挑战，车身、动力电池包框架的集成设计有利于整车性能的提升。
[0004]目前，纯电动车车身和动力电池包框架的设计基本上是分别独立进行设计的，车身框架的开发思路与传统燃油车一致，在进行车身框架的概念设计时，只考虑自身的刚度碰撞性能，没有将动力电池包框架的进行集成的设计开发；动力电池包框架则主要是从静力、模态、随机振动、挤压、机械冲击等角度进行设计，没有考虑动力电池包框架在碰撞过程的承载。但本专利技术认为，动力电池应作为纯电动车车身的关键加强结构，现有的主流设计方法无法充分利用电池包框架对车身的刚强度的提升，也没有充分考虑到在碰撞过程中对车身的保护以及车身框架和动力电池包框架的受力匹配。

技术实现思路

[0005]鉴于上述，本专利技术旨在提供一种包含动力电池包框架的完整车身结构构建方法，以解决车身框架和动力电池包框架二者没有足够协同设计导致的问题。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种包含动力电池包框架的完整车身结构构建方法，其中包括：
[0008]在预先给定车身结构空间布置的条件下，根据预设的空间布置内外边界，分别建立车身框架包络几何模型和动力电池包框架包络几何模型；
[0009]将车身框架包络几何模型转换成用于表征车身框架设计空间的车身框架有限元模型，将电池包框架包络几何模型转换用于表征电池包框架设计空间的电池包框架有限元模型；
[0010]基于给定的空间布置，在车身框架有限元模型以及电池包框架有限元模型之间确定连接位置并构建螺栓模型；
[0011]利用螺栓模型将车身框架有限元模型以及电池包框架有限元模型相连，得到用于
表征车电结构集成设计空间的车电框架集成模型；
[0012]基于预设的工况载荷，对电池包框架有限元模型以及车电框架集成模型进行工况优化；
[0013]根据优化结果进行车电集成框架的载荷传递路径解析，获取车电集成框架的最优载荷传递路径；
[0014]基于最优载荷传递路径，将优化后的车电框架集成模型转化为梁壳模型，形成包含电池包框架的完整车身结构。
[0015]在其中至少一种可能的实现方式中，所述建立车身框架包络几何模型和动力电池包框架包络几何模型包括：在车身框架包络几何模型和动力电池包框架包络几何模型之间设有最小间距。
[0016]在其中至少一种可能的实现方式中，车身框架有限元模型以及电池包框架有限元模型均由正六面体单元构成。
[0017]在其中至少一种可能的实现方式中，所述设计空间是指由实体单元或壳单元构成的区域。
[0018]在其中至少一种可能的实现方式中，所述螺栓模型采用与所需的螺杆长度及断面直径相同的圆柱模型替代。
[0019]在其中至少一种可能的实现方式中，所述工况优化的过程包括：
[0020]在车电框架集成模型中构建至少对应静刚度工况、动刚度工况、碰撞工况的子模型；
[0021]在电池包框架有限元模型中构建至少对应静刚度工况、冲击工况、机械振动工况、挤压工况的子模型；
[0022]将所有所述子模型进行多模型优化。
[0023]在其中至少一种可能的实现方式中，所述根据优化结果进行车电集成框架的载荷传递路径解析包括：
[0024]根据车电集成框架的优化结果，比对车电集成框架的设计空间中各单元的密度与预设的单元密度阈值的关系；
[0025]当任一单元的密度小于单元密度阈值时，去除该单元；
[0026]当任一单元密度大于或等于单元密度阈值时，保留该单元；
[0027]根据保留的车电集成框架设计空间中的所有单元的分布状态，解析车电集成框架的载荷传递路径并从中获取最优载荷传递路径。
[0028]本专利技术的主要设计构思在于，基于给定车身结构空间布置约束下，基于拓扑优化，在进行车身框架结构设计的同时，同步完成动力电池包框架的布置。具体来说，在进行车身拓扑优化同时创建了车身和电池包框架的拓扑空间，基于设计布置确定出二者框架的连接位置，并在连接位置利用构建的螺栓模型进行连接集成，之后将动力电池包框架的优化与车电框架相结合，进行载荷工况的联合优化，最终由优化结果获取载荷传递路径的最优解，并据此形成完整的梁壳模型得到车身及电池包结构融合的完整架构。本专利技术能够在保证白车身性能基础上，最大化地增加动力电池包框架对车身刚度的贡献，并使动力电池包框架可以在碰撞过程适度承载，这样不仅避免了车身在保护动力电池方面进行过度的冗余设计，而且完成了车身与动力电池框架之间螺栓连接点位置的选取，避免了设计流程上反复
试错，提升了整车结构的设计效率。
附图说明
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步描述，其中：
[0030]图1为本专利技术实施例提供的包含动力电池包框架的完整车身结构构建方法的流程图。
具体实施方式
[0031]下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。
[0032]本专利技术提出了一种包含动力电池包框架的完整车身结构构建方法的实施例，具体来说，如图1所示，其中包括：
[0033]步骤S1、在预先给定车身结构空间布置的条件下，根据预设的空间布置内外边界，分别建立车身框架包络几何模型和动力电池包框架包络几何模型；
[0034]步骤S2、将车身框架包络几何模型转换成用于表征车身框架设计空间的车身框架有限元模型，将电池包框架包络几何模型转换用于表征电池包框架设计空间的电池包框架有限元模型；
[0035]步骤S3、基于给定的空间布置，在车身框架有限元模型以及电池包框架有限元模型之间确定连接位置并构建螺栓模型；
[0036]步骤S4、利用螺栓模型将车身框架有限元模型以及电池包框架有限元模型相连，得到用于表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包含动力电池包框架的完整车身结构构建方法，其特征在于，包括：在预先给定车身结构空间布置的条件下，根据预设的空间布置内外边界，分别建立车身框架包络几何模型和动力电池包框架包络几何模型；将车身框架包络几何模型转换成用于表征车身框架设计空间的车身框架有限元模型，将电池包框架包络几何模型转换用于表征电池包框架设计空间的电池包框架有限元模型；基于给定的空间布置，在车身框架有限元模型以及电池包框架有限元模型之间确定连接位置并构建螺栓模型；利用螺栓模型将车身框架有限元模型以及电池包框架有限元模型相连，得到用于表征车电结构集成设计空间的车电框架集成模型；基于预设的工况载荷，对电池包框架有限元模型以及车电框架集成模型进行工况优化；根据优化结果进行车电集成框架的载荷传递路径解析，获取车电集成框架的最优载荷传递路径；基于最优载荷传递路径，将优化后的车电框架集成模型转化为梁壳模型，形成包含电池包框架的完整车身结构。2.根据权利要求1所述的包含动力电池包框架的完整车身结构构建方法，其特征在于，所述建立车身框架包络几何模型和动力电池包框架包络几何模型包括：在车身框架包络几何模型和动力电池包框架包络几何模型之间设有最小间距。3.根据权利要求1所述的包含动力电池包框架的完整车身结构构建方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢元福，华睿，曾陆煌，
申请(专利权)人：安徽江淮汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：