車輛電動化與智能化進(jìn)程中的輕量化設(shè)計：挑戰(zhàn)、路徑與方法

第1章緒論1
1.1車輛輕量化2
1.2車輛電動化對輕量化設(shè)計的影響3
1.3車輛智能化對輕量化設(shè)計的影響5
1.4結(jié)構(gòu)輕量化6
1.5材料的輕量化潛力7
1.6輕量化結(jié)構(gòu)的制造和連接問題8
1.7智能電動車輛輕量化設(shè)計的本質(zhì)問題9
第2章復(fù)雜物理系統(tǒng)分析與設(shè)計方法11
2.1智能電動車輛物理系統(tǒng)架構(gòu)11
2.1.1智能電動車輛子系統(tǒng)劃分11
2.1.2智能電動車輛各子系統(tǒng)組成14
2.2物理系統(tǒng)架構(gòu)與功能實現(xiàn)方式14
2.3復(fù)雜物理系統(tǒng)的描述方法15
2.3.1基于物理的模型16
2.3.2數(shù)值模型16
2.3.3數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型17
2.3.4復(fù)雜物理系統(tǒng)各類模型之間的相互關(guān)系17
2.4復(fù)雜物理系統(tǒng)的輕量化18
2.4.1輕量化體系的構(gòu)成18
2.4.2輕量化體系框圖20
2.5本章小結(jié)20
本章參考文獻(xiàn)21
第3章與電動化和智能化相關(guān)的若干關(guān)鍵問題22
3.1電動汽車碰撞后起火問題22
3.1.1研究的現(xiàn)實意義23
3.1.2現(xiàn)有研究成果及進(jìn)展24
3.1.3研究的難點與挑戰(zhàn)27
3.2電動汽車碰撞后起火的研究路徑與預(yù)測方法28
3.2.1碰撞后起火研究的目標(biāo)28
3.2.2碰撞后起火研究的關(guān)鍵內(nèi)容28
3.2.3碰撞后起火過程中的關(guān)鍵科學(xué)問題32
3.2.4碰撞后起火的研究框架33
3.2.5研究方法分析及技術(shù)路線34
3.2.6碰撞后起火研究的科學(xué)意義35
3.3無人系統(tǒng)的狀態(tài)失效問題36
3.3.1無人系統(tǒng)狀態(tài)失效的特征37
3.3.2現(xiàn)有研究成果及進(jìn)展38
3.3.3無人系統(tǒng)狀態(tài)失效研究的難點與挑戰(zhàn)42
3.4面向狀態(tài)失效的無人系統(tǒng)數(shù)字孿生架構(gòu)與預(yù)測43
3.4.1無人系統(tǒng)數(shù)字孿生的研究內(nèi)容43
3.4.2研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題47
3.4.3數(shù)字孿生與失效研究框架48
3.4.4研究方法建議與技術(shù)路線49
3.4.5無人系統(tǒng)狀態(tài)失效研究的科學(xué)意義與貢獻(xiàn)50
3.5本章小結(jié)51
本章參考文獻(xiàn)51
第4章智能化與廣義輕量化53
4.1車輛智能化特征與系統(tǒng)分析54
4.1.1智能車輛物理系統(tǒng)設(shè)計54
4.1.2智能車輛的功能對輕量化的影響56
4.2智能車輛物理系統(tǒng)的輕量化設(shè)計57
4.3智能系統(tǒng)能耗與輕量化59
4.3.1車輛智能化等級59
4.3.2智能系統(tǒng)能耗情況60
4.4車輛驅(qū)動決策與智慧交通系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃61
4.4.1交通擁堵與能源消耗61
4.4.2交通狀態(tài)預(yù)測的關(guān)鍵問題62
4.4.3驅(qū)動與交通協(xié)同優(yōu)化的可行方法與路徑64
4.5基于大數(shù)據(jù)的動態(tài)交通狀態(tài)預(yù)測65
4.5.1智能交通預(yù)測的總體思路65
4.5.2交通數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理66
4.5.3基于智能算法的交通預(yù)測模型構(gòu)建69
4.5.4不同已知條件下的交通信息預(yù)測對比73
4.6智能車輛主動安全系統(tǒng)集成設(shè)計75
4.6.1主動安全系統(tǒng)功能分析76
4.6.2主動安全系統(tǒng)設(shè)計78
4.6.3主動安全系統(tǒng)分層控制器設(shè)計81
4.6.4討論與分析84
4.7本章小結(jié)89
本章參考文獻(xiàn)90
第5章電驅(qū)動系統(tǒng)輕量化設(shè)計91
5.1電動系統(tǒng)輕量化設(shè)計的三個層級91
5.1.1物理部件的設(shè)計92
5.1.2子系統(tǒng)集成與一體化92
5.1.3動力系統(tǒng)匹配優(yōu)化93
5.2一種輕量化高效率車用輪轂電機(jī)設(shè)計94
5.2.1設(shè)計需求分解與設(shè)計方法選擇95
5.2.2電機(jī)運行高頻區(qū)與高效區(qū)96
5.2.3電磁方案及本體設(shè)計參數(shù)100
5.2.4電機(jī)本體初始電磁方案設(shè)計102
5.2.5基于組合代理模型的輪轂電機(jī)優(yōu)化103
5.3一種電機(jī)控制器傳熱學(xué)反問題的求解方法108
5.3.1問題描述108
5.3.2反饋模糊推理算法109
5.3.3基于分散模糊推理的設(shè)計方法112
5.4一種高可靠性低成本輕量化電池箱體設(shè)計116
5.5本章小結(jié)119
本章參考文獻(xiàn)119
第6章車輛結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的基本方法120
6.1結(jié)構(gòu)輕量化基本思想120
6.2材料結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系指標(biāo)122
6.2.1結(jié)構(gòu)件122
6.2.2板件125
6.3多工況條件下非參數(shù)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法125
6.3.1工程問題描述126
6.3.2工況分析127
6.3.3涵蓋多工況條件的綜合目標(biāo)函數(shù)128
6.3.4基于*優(yōu)化方法的各工況權(quán)重比確定129
6.3.5優(yōu)化方法與求解過程130
6.3.6多工況拓?fù)鋬?yōu)化的計算結(jié)果及分析132
6.4結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一般流程133
6.5多工況條件下可參數(shù)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法138
6.5.1車輛正面碰撞的多工況問題138
6.5.2單工況條件下的耐撞性優(yōu)化139
6.5.3基于正面碰撞及偏置碰撞的結(jié)構(gòu)耐撞性優(yōu)化方法141
6.5.4耦合工況的設(shè)計變量選取142
6.5.5構(gòu)建代理模型144
6.5.6耐撞性結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計146
6.6本章小結(jié)148
本章參考文獻(xiàn)148
第7章多材料輕量化設(shè)計方法150
7.1多材料混合輕量化設(shè)計途徑150
7.2車輛正面碰撞性能約束下多材料結(jié)構(gòu)低成本輕量化151
7.2.1正面碰撞的基本要求151
7.2.2設(shè)計總體流程152
7.2.3模型及有效性驗證153
7.2.4基于析因設(shè)計的設(shè)計變量選取154
7.2.5基于準(zhǔn)則的材料替換及設(shè)計初值確定156
7.2.6優(yōu)化模型的建立及求解157
7.3車輛側(cè)面碰撞性能約束下多材料結(jié)構(gòu)低成本輕量化160
7.3.1側(cè)面碰撞的基本要求161
7.3.2流程與方法161
7.3.3碰撞模型建立與驗證162
7.3.4設(shè)計變量選擇164
7.3.5材料選型與成本165
7.3.6輕量化模型建立及求解166
7.4成本和性能約束條件下的多材料選型輕量化170
7.4.1考慮頂壓與側(cè)碰安全性的車身B柱結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計要求171
7.4.2成本和性能約束下B柱結(jié)構(gòu)輕量化方案173
7.4.3設(shè)計變量與優(yōu)化目標(biāo)175
7.4.4優(yōu)化結(jié)果與分析175
7.5以結(jié)構(gòu)性能提升為目標(biāo)的多材料選型優(yōu)化設(shè)計177
7.5.1車頂結(jié)構(gòu)耐撞性要求177
7.5.2結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化設(shè)計流程178
7.5.3設(shè)計變量與優(yōu)化問題179
7.5.4優(yōu)化結(jié)果與分析182
7.6本章小結(jié)183
本章參考文獻(xiàn)184
第8章與材料和制造工藝相關(guān)的設(shè)計185
8.1材料結(jié)構(gòu)工藝一體輕量化的基本原理185
8.1.1復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題185
8.1.2復(fù)合材料的一體化設(shè)計原則187
8.1.3復(fù)合材料一體化設(shè)計研究途徑188
8.1.4復(fù)合材料一體化設(shè)計方案189
8.2等厚度碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計190
8.2.1懸架控制臂的基本設(shè)計要求191
8.2.2復(fù)合材料懸架控制臂方案193
8.2.3復(fù)合材料控制臂結(jié)構(gòu)設(shè)計194
8.3變厚度變截面碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計198
8.3.1削層結(jié)構(gòu)及變厚度實現(xiàn)199
8.3.2削層結(jié)構(gòu)的力學(xué)基礎(chǔ)199
8.3.3B柱結(jié)構(gòu)削層區(qū)域設(shè)計201
8.3.4削層結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法204
8.4考慮制造工藝的纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分級分區(qū)設(shè)計208
8.4.1復(fù)合材料車輪結(jié)構(gòu)209
8.4.2基于自由尺寸優(yōu)化的碳纖維輪輞結(jié)構(gòu)分區(qū)211
8.4.3結(jié)構(gòu)分區(qū)內(nèi)不同鋪層方向纖維占比213
8.4.4碳纖維輪輞各分區(qū)厚度優(yōu)化215
8.4.5碳纖維復(fù)合材料鋪層順序217
8.4.6結(jié)果分析219
8.5本章小結(jié)220
本章參考文獻(xiàn)220
第1章緒論1
1.1車輛輕量化2
1.2車輛電動化對輕量化設(shè)計的影響3
1.3車輛智能化對輕量化設(shè)計的影響5
1.4結(jié)構(gòu)輕量化6
1.5材料的輕量化潛力7
1.6輕量化結(jié)構(gòu)的制造和連接問題8
1.7智能電動車輛輕量化設(shè)計的本質(zhì)問題9
第2章復(fù)雜物理系統(tǒng)分析與設(shè)計方法11
2.1智能電動車輛物理系統(tǒng)架構(gòu)11
2.1.1智能電動車輛子系統(tǒng)劃分11
2.1.2智能電動車輛各子系統(tǒng)組成14
2.2物理系統(tǒng)架構(gòu)與功能實現(xiàn)方式14
2.3復(fù)雜物理系統(tǒng)的描述方法15
2.3.1基于物理的模型16
2.3.2數(shù)值模型16
2.3.3數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型17
2.3.4復(fù)雜物理系統(tǒng)各類模型之間的相互關(guān)系17
2.4復(fù)雜物理系統(tǒng)的輕量化18
2.4.1輕量化體系的構(gòu)成18
2.4.2輕量化體系框圖20
2.5小結(jié)20
參考文獻(xiàn)21
第3章與電動化和智能化相關(guān)的若干關(guān)鍵問題22
3.1電動汽車碰撞后起火問題22
3.1.1研究的現(xiàn)實意義23
3.1.2現(xiàn)有研究成果及進(jìn)展24
3.1.3研究的難點與挑戰(zhàn)27
3.2電動汽車碰撞后起火的研究路徑與預(yù)測方法28
3.2.1碰撞后起火研究的目標(biāo)28
3.2.2碰撞后起火研究的關(guān)鍵內(nèi)容28
3.2.3碰撞后起火過程中的關(guān)鍵科學(xué)問題32
3.2.4碰撞后起火的研究框架32
3.2.5研究方法分析及技術(shù)路線34
3.2.6碰撞后起火研究的科學(xué)意義與貢獻(xiàn)35
3.3無人系統(tǒng)的狀態(tài)失效問題36
3.3.1無人系統(tǒng)狀態(tài)失效的特征37
3.3.2現(xiàn)有研究成果及進(jìn)展38
3.3.3無人系統(tǒng)狀態(tài)失效研究的難點與挑戰(zhàn)42
3.4面向狀態(tài)失效的無人系統(tǒng)數(shù)字孿生架構(gòu)與預(yù)測43
3.4.1無人系統(tǒng)數(shù)字孿生的研究內(nèi)容43
3.4.2研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題47
3.4.3數(shù)字孿生與失效研究框架48
3.4.4研究方法建議與技術(shù)路線49
3.4.5無人系統(tǒng)狀態(tài)失效研究的科學(xué)意義與貢獻(xiàn)50
3.5小結(jié)51
參考文獻(xiàn)51
第4章智能化與廣義輕量化53
4.1車輛智能化特征與系統(tǒng)分析54
4.1.1智能車輛物理系統(tǒng)設(shè)計54
4.1.2智能車輛的功能對輕量化的影響56
4.2智能車輛物理系統(tǒng)的輕量化設(shè)計57
4.3智能系統(tǒng)能耗與輕量化59
4.3.1車輛智能化等級59
4.3.2智能系統(tǒng)能耗情況60
4.4車輛驅(qū)動決策與智慧交通系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃61
4.4.1交通擁堵與能源消耗61
4.4.2交通狀態(tài)預(yù)測的關(guān)鍵問題62
4.4.3驅(qū)動與交通協(xié)同優(yōu)化的可行方法與路徑64
4.5基于大數(shù)據(jù)的動態(tài)交通狀態(tài)預(yù)測65
4.5.1智能交通預(yù)測的總體思路65
4.5.2交通數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理66
4.5.3基于智能算法的交通預(yù)測模型構(gòu)建69
4.5.4不同已知條件下的交通信息預(yù)測對比73
4.6智能車輛主動安全系統(tǒng)集成設(shè)計75
4.6.1主動安全系統(tǒng)功能分析76
4.6.2主動安全系統(tǒng)設(shè)計78
4.6.3主動安全系統(tǒng)分層控制器設(shè)計81
4.6.4討論與分析84
4.7小結(jié)88
參考文獻(xiàn)89
第5章電動系統(tǒng)輕量化設(shè)計90
5.1電驅(qū)動系統(tǒng)輕量化設(shè)計的三個層級90
5.1.1物理部件的設(shè)計91
5.1.2子系統(tǒng)集成與一體化91
5.1.3動力系統(tǒng)匹配優(yōu)化92
5.2一種輕量化高效率車用輪轂電機(jī)設(shè)計93
5.2.1設(shè)計需求分解與設(shè)計方法選擇94
5.2.2電機(jī)運行高頻區(qū)與高效區(qū)95
5.2.3電磁方案及本體設(shè)計參數(shù)99
5.2.4電機(jī)本體初始電磁方案設(shè)計101
5.2.5基于組合代理模型輪轂電機(jī)優(yōu)化102
5.3一種電機(jī)控制器傳熱學(xué)反問題的求解方法107
5.3.1問題描述107
5.3.2反饋-模糊推理算法108
5.3.3基于分散模糊推理的設(shè)計方法111
5.4一種高可靠低成本輕量化電池箱體設(shè)計115
5.5小結(jié)118
參考文獻(xiàn)118
第6章車輛結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的基本方法120
6.1結(jié)構(gòu)輕量化基本思想120
6.2材料結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系指標(biāo)122
6.2.1結(jié)構(gòu)件122
6.2.2板件125
6.3多工況條件下非參數(shù)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法126
6.3.1工程問題描述126
6.3.2工況分析127
6.3.3涵蓋多工況條件的綜合目標(biāo)函數(shù)128
6.3.4基于*優(yōu)化方法的各工況權(quán)重比確定129
6.3.5優(yōu)化方法與求解過程130
6.3.6多工況拓?fù)鋬?yōu)化的計算結(jié)果及分析132
6.4結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一般流程133
6.5多工況條件下可參數(shù)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法138
6.5.1車輛正面碰撞的多工況問題138
6.5.2單工況條件下的耐撞性優(yōu)化139
6.5.3基于正碰及偏置碰的結(jié)構(gòu)耐撞性優(yōu)化方法141
6.5.4耦合工況的設(shè)計變量選取143
6.5.5構(gòu)建代理模型144
6.5.6耐撞性結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計146
6.6小結(jié)148
參考文獻(xiàn)148
第7章多材料輕量化設(shè)計方法150
7.1多材料混合輕量化設(shè)計途徑150
7.2車輛正面碰撞性能約束下多材料結(jié)構(gòu)低成本輕量化151
7.2.1正面碰撞的基本要求151
7.2.2設(shè)計總體流程152
7.2.3模型及有效性驗證153
7.2.4基于析因設(shè)計的設(shè)計變量選取154
7.2.5基于準(zhǔn)則的材料替換及設(shè)計初值確定156
7.2.6優(yōu)化模型的建立及求解157
7.3車輛側(cè)面碰撞性能約束下多材料結(jié)構(gòu)低成本輕量化160
7.3.1側(cè)面碰撞的基本要求161
7.3.2流程與方法161
7.3.3碰撞模型建立與驗證162
7.3.4設(shè)計變量選擇164
7.3.5材料選型與成本165
7.3.6輕量化模型建立及求解166
7.4成本和性能約束條件下的多材料選型輕量化170
7.4.1考慮頂壓與側(cè)碰安全性的車身B柱結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計要求171
7.4.2成本和性能約束下B柱結(jié)構(gòu)輕量化方案173
7.4.3設(shè)計變量與優(yōu)化目標(biāo)175
7.4.4輕量化及結(jié)果分析176
7.5以結(jié)構(gòu)性能提升為目標(biāo)的多材料選型優(yōu)化設(shè)計177
7.5.1車頂結(jié)構(gòu)耐撞性要求177
7.5.2結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化設(shè)計流程179
7.5.3設(shè)計變量與優(yōu)化問題180
7.5.4優(yōu)化結(jié)果與分析182
7.6小結(jié)183
參考文獻(xiàn)184
第8章與材料和制造工藝相關(guān)的設(shè)計185
8.1材料結(jié)構(gòu)工藝一體輕量化的基本原理185
8.1.1復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題185
8.1.2復(fù)合材料的一體化設(shè)計原則187
8.1.3復(fù)合材料一體化設(shè)計研究途徑188
8.1.4復(fù)合材料一體化設(shè)計方案189
8.2等厚度碳纖維結(jié)構(gòu)件設(shè)計190
8.2.1懸架控制臂的基本設(shè)計要求191
8.2.2復(fù)合材料懸架控制臂方案193
8.2.3復(fù)合材料控制臂結(jié)構(gòu)設(shè)計194
8.3變厚度變截面碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計198
8.3.1削層結(jié)構(gòu)及變厚度實現(xiàn)199
8.3.2削層結(jié)構(gòu)的力學(xué)基礎(chǔ)199
8.3.3B柱結(jié)構(gòu)削層區(qū)域設(shè)計201
8.3.4削層結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法204
8.4考慮制造工藝的纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分級分區(qū)設(shè)計方法208
8.4.1復(fù)合材料車輪結(jié)構(gòu)209
8.4.2基于自由尺寸優(yōu)化的碳纖維輪輞結(jié)構(gòu)分區(qū)211
8.4.3結(jié)構(gòu)分區(qū)內(nèi)不同鋪層方向纖維占比213
8.4.4碳纖維輪輞各分區(qū)厚度優(yōu)化215
8.4.5碳纖維復(fù)合材料鋪層順序217
8.4.6結(jié)果分析219
8.5小結(jié)220