本发明公开了一种纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，步骤一、确定实际乘员舱尺寸、底盘车架尺寸和电池仓尺寸；将乘员舱简化为乘员舱框架结构，将底盘车架和电池仓的组合结构简化为底盘车架框架结构；以及将所述车乘员舱框架结构和所述底盘车架框架结构组合形成耦合系统；所述车乘员框架结构和所述底盘车架框架结构均由矩形钢管构成；步骤二、以初始尺寸为基础，分别改变所述乘员舱框架结构的矩形钢管的截面尺寸和所述底盘车架框架结构的矩形钢管的截面尺寸，得到不同规格的乘员舱框架结构和底盘车架框架结构；获取乘员舱结构、底盘车架模块和耦合系统之间的弯曲刚度、扭转刚度关系，以及一阶弯曲、一阶扭转模态频率关系。
1.一种纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、测量实际乘员舱尺寸、底盘车架尺寸和电池仓尺寸；将乘员舱简化为乘员舱框架结构，将底盘车架和电池仓的组合结构简化为底盘车架框架结构；以及将所述乘员舱框架结构和所述底盘车架框架结构组合形成耦合系统；
其中，所述乘员舱框架结构和所述底盘车架框架结构均由矩形钢管构成；
步骤二、以初始尺寸为基础，分别改变所述乘员舱框架结构的矩形钢管的截面尺寸和所述底盘车架框架结构的矩形钢管的截面尺寸，得到不同规格的乘员舱框架结构和底盘车架框架结构；
对不同规格的乘员舱框架结构、底盘车架框架结构和二者组成的耦合系统分别进行测试；得到各个规格下的乘员舱框架结构的弯曲刚度、底盘车架框架结构的弯曲刚度和二者组成的耦合系统的弯曲刚度的关系，和各个规格下的乘员舱框架结构的扭转刚度、底盘车架框架结构的扭转刚度和二者组成的耦合系统的扭转刚度的关系；以及得到各个规格下的乘员舱框架结构的一阶弯曲模态频率、底盘车架框架结构的一阶弯曲模态频率和二者组成的耦合系统的一阶弯曲模态频率的关系，和各个规格下的乘员舱框架结构的一阶扭转模态频率、底盘车架框架结构的一阶扭转模态频率和二者组成的耦合系统的一阶扭转模态频率的关系；
步骤三、在扭转刚度工况和弯曲刚度工况下，确定电动车乘员舱和底盘车架与耦合系统之间的关系分别为：K耦扭≈K乘员舱扭+K车架扭，K耦弯≈K乘员舱弯+K车架弯；
以及确定电动车乘员舱和底盘车架与耦合系统之间的一阶弯曲模态频率和一阶扭转模态频率的关系分别为：fb乘员舱＝fb耦合+fb车架，ft耦合＝(1/3.5)ft乘员舱+(1/1.5)ft车架；
其中，K耦扭表示耦合系统的扭转刚度，K乘员舱扭表示乘员舱系统的扭转刚度，K车架扭表示底盘车架的扭转刚度；K耦弯表示耦合系统的弯曲刚度，K乘员舱弯表示乘员舱系统的弯曲刚度，K车架弯表示底盘车架的弯曲刚度；fb乘员舱表示乘员舱的一阶弯曲模态频率，fb耦合表示耦合系统的一阶弯曲模态频率，fb车架表示底盘车架的一阶弯曲模态频率；ft耦合表示耦合系统的一阶扭转模态频率，ft乘员舱表示乘员舱的一阶扭转模态频率，ft车架表示底盘车架的一阶扭转模态频率。
2.根据权利要求1所述的纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，其特征在于，还包括对整车碰撞性能指标进行分解：分别对整车进行正面碰撞和侧面碰撞试验，得到整车的正面和侧面碰撞的能量数据；
对整车的每个部件的能量进行提取，并通过线性累加的方法获取正面碰撞和侧面碰撞工况下的底盘车架和乘员舱的碰撞吸能量；得到底盘车架和乘员舱的吸能量占整车总吸能量的比例。
3.根据权利要求2所述的纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述乘员舱框架结构为矩形框架，所述矩形框架的长度、宽度与乘员舱的实际长度、宽度分别相同；
所述底盘车架框架结构包括：目字形框架和长方体框架；
所述目字形框架的外框的长度、宽度与底盘车架的实际长度、宽度分别相同；
所述长方体框架由平行设置的多个矩形钢管的管壁依次固定连接组成，
其中，相邻两个矩形钢管的高度方向的管壁固定连接，所述长方体框架的长度、宽度与电池仓的实际长度、宽度分别相同；
将所述乘员舱框架固定连接在所述底盘车架框架结构上方，得到所述耦合系统。
4.根据权利要求3所述的纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，其特征在于，所述初始尺寸为：组成所述乘员舱框架结构的矩形钢管的壁厚为20mm，高度为80mm，宽度为70mm；
组成所述目字形框架的矩形钢管的壁厚为20mm，高度为90mm，宽度为80mm；
组成所述长方体框架的矩形钢管的壁厚为20mm，高度为60mm，宽度为50mm。
5.根据权利要求4所述的纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，其特征在于，在所述步骤二中，包括：同时改变所述乘员舱框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的壁厚；并对乘员舱框架结构、底盘车架框架结构和耦合系统分别进行测试；
得到各个壁厚下的乘员舱框架结构的弯曲刚度、底盘车架框架结构弯曲刚度和二者组成的耦合系统的弯曲刚度的关系，以及各个壁厚下的乘员舱框架结构的扭转刚度、底盘车架框架结构扭转刚度和二者组成的耦合系统的扭转刚度的关系；以及得到各个壁厚下的乘员舱框架结构的一阶弯曲模态频率、底盘车架框架结构的一阶弯曲模态频率和二者组成的耦合系统的一阶弯曲模态频率的关系，和各个壁厚下的乘员舱框架结构的一阶扭转模态频率、底盘车架框架结构的一阶扭转模态频率和二者组成的耦合系统的一阶扭转模态频率的关系；
其中，在改变壁厚的过程中，所述乘员舱框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的壁厚保持相同。
6.根据权利要求4或5所述的纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，其特征在于，在所述步骤二中，还包括：同时改变所述乘员舱框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的高度；并对乘员舱框架结构、底盘车架框架结构和耦合系统分别进行测试；得到各个高度下的乘员舱框架结构的弯曲刚度、底盘车架框架结构弯曲刚度和二者组成的耦合系统的弯曲刚度的关系，以及各个高度下的乘员舱框架结构的扭转刚度、底盘车架框架结构扭转刚度和二者组成的耦合系统的扭转刚度的关系；以及得到各个高度下的乘员舱框架结构的一阶弯曲模态频率、底盘车架框架结构的一阶弯曲模态频率和二者组成的耦合系统的一阶弯曲模态频率的关系，和各个高度下的乘员舱框架结构的一阶扭转模态频率、底盘车架框架结构的一阶扭转模态频率和二者组成的耦合系统的一阶扭转模态频率的关系；
其中，在改变高度的过程中，所述乘员舱框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的单次高度变化量相同。
7.根据权利要求6所述的纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，其特征在于，在所述步骤二中，还包括：同时改变所述乘员舱框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的宽度；并对乘员舱框架结构、底盘车架框架结构和耦合系统分别进行测试；得到各个宽度下的乘员舱框架结构的弯曲刚度、底盘车架框架结构弯曲刚度和二者组成的耦合系统的弯曲刚度的关系，以及各个宽度下的乘员舱框架结构的扭转刚度、底盘车架框架结构扭转刚度和二者组成的耦合系统的扭转刚度的关系；以及得到各个宽度下的乘员舱框架结构的一阶弯曲模态频率、底盘车架框架结构的一阶弯曲模态频率和二者组成的耦合系统的一阶弯曲模态频率的关系，和各个宽度下的乘员舱框架结构的一阶扭转模态频率、底盘车架框架结构的一阶扭转模态频率和二者组成的耦合系统的一阶扭转模态频率的关系；
其中，在改变宽度的过程中，所述乘员舱框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的单次宽度变化量相同。
8.根据权利要求7所述的纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，其特征在于，所述乘员舱框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的壁厚的取值范围均为[10mm，30mm]；
所述乘员舱框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的单次高度变化量为：Δh＝Δh0·kh；
所述乘员舱框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的单次宽度变化量为：Δw＝Δw0·kw；
其中，Δh0＝Δw0＝20mm，kh＝kw＝[‑0.9，+1]；
式中，Δh0表示高度变化的基准值；kh表示高度变化比例系数；Δw0表示宽度变化的基准值；kw表示宽度变化比例系数。
一种纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分
解方法
技术领域
[0001] 本发明属于纯电动车结构技术领域，特别涉及一种纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法。
背景技术
[0002] 从车身结构设计、受力状况及研发平台上将车身划分为全承载式车身，非承载式车身和非全承载式车身，其总结如下：全承载式车身结构的主要特征就是无车架，车身不但承担了来自乘员和货物等载荷，还承担了动力总成及来自底盘系统的各种冲击激励。非承载式车身的汽车主要承载任务由车架承担，车身不参与承重。非全承载式车身主要特征即是底盘车架结构和车身会共同承担载荷及性能。
[0003] 全新架构的纯电动车即是一个非全承载式车身结构，其结构设计主要是各个部件相互影响互为促进的过程，由于整车实际结构中，车身、底盘车架及其连接方式等均对汽车整体性能产生影响。因此，研究全新架构的纯电动汽车结构中车身模块和底盘车架模块之间刚度性能指标的分解和性能集成方法，对于分别按各自的性能指标进行车身和底盘车架的结构设计和性能开发，避免反复的设计和修改具有十分重要作用，是全新架构电动车研发的关键核心技术。
发明内容
[0004] 本专利发明的目的是提供一种纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，获取乘员舱结构、底盘车架模块和耦合系统之间的弯曲刚度、扭转刚度关系，以及一阶弯曲、一阶扭转模态频率关系，为全新架构的纯电动车底盘车架结构设计与性能开发提供参考。
[0005] 本发明提供的技术方案为：
[0006] 一种纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤一、测量实际乘员舱尺寸、底盘车架尺寸和电池仓尺寸；将乘员舱简化为乘员舱框架结构，将底盘车架和电池仓的组合结构简化为底盘车架框架结构；以及将所述车乘员舱框架结构和所述底盘车架框架结构组合形成耦合系统；
[0008] 其中，所述车乘员框架结构和所述底盘车架框架结构均由矩形钢管构成；
[0009] 步骤二、以初始尺寸为基础，分别改变所述乘员舱框架结构的矩形钢管的截面尺寸和所述底盘车架框架结构的矩形钢管的截面尺寸，得到不同规格的乘员舱框架结构和底盘车架框架结构；
[0010] 对不同规格的乘员舱框架结构、底盘车架框架结构和二者组成的耦合系统分别进行测试；得到各个规格下的乘员舱框架结构的弯曲刚度、底盘车架框架结构的弯曲刚度和二者组成的耦合系统的弯曲刚度的关系，和各个规格下的乘员舱框架结构的扭转刚度、底盘车架框架结构的扭转刚度和二者组成的耦合系统的扭转刚度的关系；以及
[0011] 得到各个规格下的乘员舱框架结构的一阶弯曲模态频率、底盘车架框架结构的一阶弯曲模态频率和二者组成的耦合系统的一阶弯曲模态频率的关系，和各个规格下的乘员舱框架结构的一阶扭转模态频率、底盘车架框架结构的一阶扭转模态频率和二者组成的耦合系统的一阶扭转模态频率的关系；
[0012] 步骤三、在扭转刚度工况和弯曲刚度工况下，确定电动车乘员舱和底盘车架与耦合系统之间的关系分别为：
[0013] K耦扭≈K乘员舱扭+K车架扭，K耦弯≈K乘员舱弯+K车架弯；
[0014] 以及确定电动车乘员舱和底盘车架与耦合系统之间的一阶弯曲模态频率和一阶扭转模态频率的关系分别为：
[0015] fb乘员舱＝fb耦合+fb车架，ft耦合＝(1/3.5)ft乘员舱+(1/1.5)ft车架；
[0016] 其中，K耦扭表示耦合系统的扭转刚度，K乘员舱扭表示乘员舱系统的扭转刚度，K车架扭表示底盘车架的扭转刚度；K耦弯表示耦合系统的弯曲刚度，K乘员舱弯表示乘员舱系统的弯曲刚度，K车架弯表示底盘车架的弯曲刚度；fb乘员舱表示乘员舱的一阶弯曲模态频率，fb耦合表示耦合系统的一阶弯曲模态频率，fb车架表示底盘车架的一阶弯曲模态频率；ft耦合表示耦合系统的一阶扭转模态频率，ft乘员舱表示乘员舱的一阶扭转模态频率，ft车架表示底盘车架的一阶扭转模态频率。
[0017] 优选的是，所述的纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，还包括对整车碰撞性能指标进行分解：
[0018] 分别对整车进行正面碰撞和侧面碰撞试验，得到整车的正面和侧面碰撞的能量数据；对整车的每个部件的能量进行提取，并通过线性累加的方法获取正面碰撞和侧面碰撞工况下的底盘车架和乘员舱的碰撞吸能量；得到底盘车架和乘员舱的吸能量占整车总吸能量的比例。
[0019] 优选的是，在所述步骤一中，所述乘员舱框架结构为矩形框架，所述矩形框架的长度、宽度与乘员舱的实际长度、宽度分别相同；
[0020] 所述底盘车架框架结构包括：目字形框架和长方体框架；
[0021] 所述目字形框架的外框的长度、宽度与底盘车架的实际长度、宽度分别相同；
[0022] 所述长方体框架由平行设置的多个矩形钢管的管壁依次固定连接组成，
[0023] 其中，相邻两个矩形钢管的高度方向的管壁固定连接，所述长方体框架的长度、宽度与电池仓的实际长度、宽度分别相同；
[0024] 所述长方体框架与所述目字形框架固定连接；
[0025] 将所述乘员舱框架固定连接在所述底盘车架框架结构上方，得到所述耦合系统。
[0026] 优选的是，所述初始尺寸为：
[0027] 组成所述车乘员框架结构的矩形钢管的壁厚为20mm，高度为80mm，宽度为70mm；
[0028] 组成所述目字形框架的矩形钢管的壁厚为20mm，高度为90mm，宽度为80mm；
[0029] 组成所述长方体框架的矩形钢管的壁厚为20mm，高度为60mm，宽度为50mm。
[0030] 优选的是，在所述步骤二中，包括：
[0031] 同时改变所述车乘员框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的壁厚；并对乘员舱框架结构、底盘车架框架结构和耦合系统分别进行测试；
[0032] 得到各个壁厚下的乘员舱框架结构的弯曲刚度、底盘车架框架结构弯曲刚度和二者组成的耦合系统的弯曲刚度的关系，以及各个壁厚下的乘员舱框架结构的扭转刚度、底盘车架框架结构扭转刚度和二者组成的耦合系统的扭转刚度的关系；以及
[0033] 得到各个壁厚下的乘员舱框架结构的一阶弯曲模态频率、底盘车架框架结构的一阶弯曲模态频率和二者组成的耦合系统的一阶弯曲模态频率的关系，和各个壁厚下的乘员舱框架结构的一阶扭转模态频率、底盘车架框架结构的一阶扭转模态频率和二者组成的耦合系统的一阶扭转模态频率的关系；
[0034] 其中，在改变壁厚的过程中，所述车乘员框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的壁厚保持相同。
[0035] 优选的是，在所述步骤二中，还包括：
[0036] 同时改变所述车乘员框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的高度；并对乘员舱框架结构、底盘车架框架结构和耦合系统分别进行测试；得到各个高度下的乘员舱框架结构的弯曲刚度、底盘车架框架结构弯曲刚度和二者组成的耦合系统的弯曲刚度的关系，以及各个高度下的乘员舱框架结构的扭转刚度、底盘车架框架结构扭转刚度和二者组成的耦合系统的扭转刚度的关系；以及
[0037] 得到各个高度下的乘员舱框架结构的一阶弯曲模态频率、底盘车架框架结构的一阶弯曲模态频率和二者组成的耦合系统的一阶弯曲模态频率的关系，和各个高度下的乘员舱框架结构的一阶扭转模态频率、底盘车架框架结构的一阶扭转模态频率和二者组成的耦合系统的一阶扭转模态频率的关系；
[0038] 其中，在改变高度的过程中，所述车乘员框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的单次高度变化量相同。
[0039] 优选的是，在所述步骤二中，还包括：
[0040] 同时改变所述车乘员框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的宽度；并对乘员舱框架结构、底盘车架框架结构和耦合系统分别进行测试；得到各个宽度下的乘员舱框架结构的弯曲刚度、底盘车架框架结构弯曲刚度和二者组成的耦合系统的弯曲刚度的关系，以及各个宽度下的乘员舱框架结构的扭转刚度、底盘车架框架结构扭转刚度和二者组成的耦合系统的扭转刚度的关系；以及
[0041] 得到各个宽度下的乘员舱框架结构的一阶弯曲模态频率、底盘车架框架结构的一阶弯曲模态频率和二者组成的耦合系统的一阶弯曲模态频率的关系，和各个宽度下的乘员舱框架结构的一阶扭转模态频率、底盘车架框架结构的一阶扭转模态频率和二者组成的耦合系统的一阶扭转模态频率的关系；
[0042] 其中，在改变宽度的过程中，所述车乘员框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的单次宽度变化量相同。
[0043] 优选的是，所述车乘员框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的壁厚的取值范围均为[10mm，30mm]；
[0044] 所述车乘员框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的单次高度变化量为：Δh＝Δh0·kh；
[0045] 所述车乘员框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的单次宽度变化量为：Δw＝Δw0·kw；
[0046] 其中，Δh0＝Δw0＝20mm，kh＝kw＝[‑0.9，+1]。
[0047] 本发明的有益效果是：
[0048] 本发明提供的纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，能够获取乘员舱结构、底盘车架模块和耦合系统之间的弯曲刚度、扭转刚度关系，以及一阶弯曲、一阶扭转模态频率关系；并且建立了乘员舱与底盘车架模块能量指标进行分解方法，为全新架构的纯电动车底盘车架结构设计与性能开发提供参考。
附图说明
[0049] 图1为本发明所述的弯扭刚度和模态性能指标分解方法流程的流程图。
[0050] 图2为本发明所述的碰撞能量性能指标分解方法流程图。
[0051] 图3为本发明所述的乘员舱框架结构示意图。
[0052] 图4为本发明所述的底盘车架框架结构示意图。
[0053] 图5为本发明所述的耦合系模型示意图。
[0054] 图6为本发明所述车乘员框架结构的矩形钢管截面初始尺寸示意图。
[0055] 图7为本发明所述目字形框架结构的矩形钢管截面初始尺寸示意图。
[0056] 图8为本发明所述电池仓结构的钢管截面初始尺寸示意图。
[0057] 图9为矩形钢管壁厚变化时各模块的扭转刚度关系图。
[0058] 图10为矩形钢管壁厚变化时各模块的弯曲刚度关系图。
[0059] 图11为矩形钢管高度变化时各模块的弯曲刚度关系图。
[0060] 图12为矩形钢管高度变化时各模块的扭转刚度关系图。
[0061] 图13为矩形钢管宽度变化时各模块的弯曲刚度关系图。
[0062] 图14为矩形钢管宽度变化时各模块的扭转刚度关系图。
[0063] 图15为矩形钢管壁厚变化时各模块的一阶弯曲模态关系图。
[0064] 图16为矩形钢管壁厚变化时各模块的一阶扭转模态关系图。
[0065] 图17为矩形钢管高度变化时各模块的一阶弯曲模态关系图。
[0066] 图18为矩形钢管高度变化时各模块的一阶扭转模态关系图。
[0067] 图19为矩形钢管宽度变化时各模块的一阶弯曲模态关系图。
[0068] 图20为矩形钢管宽度变化时各模块的一阶扭转模态关系图。
[0069] 图21为本发明所述的正面碰撞能量曲线。
[0070] 图22为本发明所述的侧面碰撞能量曲线。
具体实施方式
[0071] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0072] 如图1‑2所示，本发明提供了一种纯电动车乘员舱结构和底盘车架结构之间的性能指标分解方法，包括弯扭刚度和模态性能指标分解和碰撞能量性能指标分解两个部分，具体实施过程如下：
[0073] 一、建立模型
[0074] 确定车辆的实际乘员舱尺寸、底盘车架尺寸和电池仓尺寸。如图3‑8所示，将乘员舱简化为乘员舱框架结构110，将底盘车架和电池仓的组合结构简化为底盘车架框架结构120；以及将车乘员舱框架结构110和底盘车架框架结构120组合形成耦合系统100。其中，车乘员框架结构110和底盘车架框架结构120均由矩形钢管(矩形截面的中空薄壁钢管)构成。
[0075] 在本实施例中，乘员舱框架结构110为矩形框架，由4根矩形钢管110a首尾依次固定连接组成；乘员舱框架结构110的长度、宽度与乘员舱的实际长度、宽度分别相同，乘员舱的高度(竖直方向)即为矩形钢管110a的高度。
[0076] 底盘车架框架结构120包括：目字形框架121和长方体框架122。目字形框架121的外框由4根矩形钢管121a首尾依次固定连接组成；目字形框架121的外框的长度、宽度与底盘车架的实际长度、宽度分别相同，目字形框架的高度(竖直方向)即为矩形钢管120a的高度。长方体框架122由平行设置的多个矩形钢管122a的管壁依次固定连接组成，其中，相邻两个矩形钢管122a的高度方向的管壁固定连接，长方体框架122的长度、宽度与电池仓的实际长度、宽度分别相同；电池仓的高度(竖直方向)即为矩形钢管122a的高度。长方体框架122通过铆接的方式固定连接在目字形框架121上，并且与目字形框架121同轴设置。
[0077] 将乘员舱框架结构110通过胶粘的方式固定连接在底盘车架框架结构120的上方，得到耦合系统100。
[0078] 二、以初始尺寸为基础，分别改变乘员舱框架结构110的矩形钢管的截面尺寸和底盘车架框架结构120的矩形钢管的截面尺寸，得到不同规格的乘员舱框架结构110和底盘车架框架结构120；对不同规格的乘员舱框架结构110、底盘车架框架结构120和二者组成的耦合系统110分别进行测试；得到各个规格下的乘员舱框架结构110的弯曲刚度、底盘车架框架结构120的弯曲刚度和二者组成的耦合系统100的弯曲刚度的关系，和各个规格下的乘员舱框架结构110的扭转刚度、底盘车架框架结构120的扭转刚度和二者组成的耦合系统100的扭转刚度的关系；以及得到各个规格下的乘员舱框架结构110的一阶弯曲模态频率、底盘车架框架结构120的一阶弯曲模态频率和二者组成的耦合系统的一阶弯曲模态频率的关系，和各个规格下的乘员舱框架结构110的一阶扭转模态频率、底盘车架框架结构120的一阶扭转模态频率和二者组成的耦合系统100的一阶扭转模态频率的关系。具体包括：
[0079] (1)以矩形钢管壁厚为变量进行试验设计(DOE)分析，乘员舱框架结构的矩形钢管的壁厚、目字形框架的壁厚和长方体框架壁厚的初始尺寸均为20mm；壁厚上限均为30mm，下限均为10mm，且在壁厚变化过程中，三个部分的壁厚变化保持相同。采用Hammersley方法对其进行21次的计算分析。得出耦合系统的弯曲刚度和扭转刚度与壁厚变化的数据，如表1所示。同时依据相同的壁厚变化范围，得到乘员舱结构和底盘车架模块与耦合系统的弯曲刚度和扭转刚度的对应关系，如表2所示；在壁厚改变的前提下，得到乘员舱框架、底盘车架模块框架和耦合系统的性能关系，如图9‑10所示。
[0080] 表1耦合系统中尺寸与弯、扭刚度
[0081]
[0082]
[0083] 表2各模块在不同尺寸下弯、扭刚度性能
[0084]
[0085]
[0086] 通过表1‑2和图9‑10可知，基于不同壁厚的乘员舱、底盘车架模块和耦合系统的刚度之间满足K耦合B≈Kb1+Kb2；K耦合T≈KT1+KT2；式中，K耦合B表示耦合系统弯曲刚度，Kb1表示乘员舱框架弯曲刚度，Kb2表示底盘车架模块框架弯曲刚度，K耦合T表示耦合系统扭转刚度，KT表示乘员舱框架扭转刚度，KT2表示底盘车架模块框架扭转刚度。
[0087] (2)以组成各模块的矩形钢管的高度为变量，进行试验设计(DOE)分析。
[0088] 设定各模块高度变化的基准值Δh0为20mm，高度变化比例系数kh的取值范围为[‑0.9，+1]，各模块高度变化量为Δh＝Δh0·kh。乘员舱框架的矩形钢管初始高度尺寸为80mm(如图6所示)，则乘员舱框架的矩形钢管高度尺寸的范围为[62mm，100mm]。底盘车架框架模块中，目字形框架的矩形钢管初始高度尺寸为90mm(如图7所示)，目字形框架钢管高度尺寸范围为[72mm，110mm]；长方体框架的初始高度尺寸为60mm，长方体框架钢管高度尺寸的范围为[42mm，80mm]。在改变高度的过程中，车乘员框架结构的矩形钢管、目字形框架的矩形钢管的和长方体框架的矩形钢管的单次高度变化量(高度变化比例系数kh)相同。采用Hammersley方法对其进行21次的计算分析，得出各模块在高度变化过程中与弯曲刚度及扭转刚度的关系，如图11‑12所示。
[0089] 在高度变化的前提下，将乘员舱刚度、底盘车架模块刚度、耦合系统刚度、乘员舱与底盘车架模块的刚度之和及两者之和与耦合系统的相对误差进行汇总分析如表3和表4所示：
[0090] 表3高度与弯曲刚度
[0091]
[0092]
[0093] 表4高度与扭转刚度
[0094]
[0095]
[0096] 由表3‑4可知，针对扭转刚度和弯曲刚度性能，基于高度尺寸变化的乘员舱、底盘车架模块和耦合系统之间符合并联弹簧关系。
[0097] (3)以组成各模块的矩形钢管的宽度为变量，进行试验设计(DOE)分析。
[0098] 设定各模块宽度变化的基准值Δw0为20mm，宽度变化比例系数kw的取值范围为[‑0.9，+1]，宽度变化量为Δw＝Δw0·kw。乘员舱框架的矩形钢管初始宽尺寸为70mm，则乘员舱框架的矩形钢管宽度尺寸的范围为[52mm，90mm]。底盘车架框架模块中，目字形框架的初始宽度尺寸为80mm，目字形框架的矩形钢管宽度尺寸的范围为[62mm，100mm]；长方体框架的初始宽度尺寸为50mm，组成长方体框架的矩形钢管实际宽度尺寸的范围为[32mm，70mm]。
在改变宽度的过程中，所述车乘员框架结构的矩形钢管、所述目字形框架的矩形钢管的和所述长方体框架的矩形钢管的单次宽度变化量(变化比例系数kw)相同。采用Hammersley方法对其进行21次的计算分析，得出各模块在宽度变化过程中与弯曲刚度及扭转刚度的关系，如图13‑14所示。
[0099] 将弯曲刚度与宽度变量的信息汇总如表5所示：
[0100] 表5宽度与弯曲刚度
[0101]
[0102]
[0103] 将扭转刚度与宽度变量的数据信息进行汇总如表6所示：
[0104] 表6宽度与扭转刚度
[0105]
[0106]
[0107] 综上可知，针对扭转刚度和弯曲刚度性能，基于壁厚、高度和宽度尺寸参数变化的耦合系统与乘员舱框架、底盘车架框架模块之间基本符合并联弹簧关系。
[0108] 通过上述分析可以得到以下刚度指标分解结论：在扭转刚度工况下，耦合系统的值约等于乘员舱结构刚度与底盘车架模块刚度值之和，即K耦扭≈K乘员舱扭+K车架扭；弯曲刚度工况下，耦合系统的值约等于乘员舱结构刚度与底盘车架模块刚度值之和，即K耦弯≈K乘员舱弯+K车架弯。
[0109] (4)针对壁厚变量变化下的一阶弯、扭模态频率性能分析；基于各模块的矩形钢管的壁厚尺寸变量进行试验设计(DOE)分析，乘员框架结构的矩形钢管的壁厚、目字形框架的壁厚和长方体框架壁厚的初始尺寸均为20mm；壁厚上限均为30mm，下限均为10mm，且在壁厚变化过程中，三个部分的壁厚变化保持相同。采用Hammersley方法对其进行21次的计算分析，得出壁厚尺寸与一阶弯曲模态和一阶扭转模态的对应关系，并将底盘车架模块和耦合系统的性能相加后(两者之和)与乘员舱框架性能进行对比，如表7和表8所示。
[0110] 表7一阶弯曲模态频率
[0111]
[0112]
[0113] 表8一阶扭转模态频率
[0114]
[0115]
[0116] 将上述耦合系统、底盘车架框架模块、乘员舱框架和耦合系统与底盘车架框架模块的模态性能之和汇总，如图15‑16所示。
[0117] 综上可知，基于壁厚尺寸变化的乘员舱、底盘车架模块和耦合系统的一阶弯曲模态之间存在关系：fb乘员舱＝fb耦合+fb车架。乘员舱、底盘车架模块和耦合系统的一阶扭转模态之间存在关系：ft耦合＝(1/3.5)ft乘员舱+(1/1.5)ft车架。
[0118] (5)以组成各模块的矩形钢管的高度尺寸为变量进行试验设计(DOE)分析，与(2)中设置高度尺寸的比例变化系数相同。采用Hammersley方法对其进行21次的计算分析，得出高度变化与一阶弯曲模态和一阶扭转模态的关系，并将耦合系统与底盘车架模块性能之和与乘员舱模块的性能的相对变化量归纳如表9和表10所示。
[0119] 表9一阶弯曲模态频率
[0120]
[0121]
[0122] 表10一阶扭转模态频率
[0123]
[0124]
[0125] 对上述三个模块高度变化与一阶弯曲模态和一阶扭转模态的关系进行汇总，如图17‑18所示。
[0126] 综上可知，基于高度尺寸变化的乘员舱、底盘车架模块和耦合系统之间的一阶弯曲模态存在关系：fb乘员舱＝fb耦合+fb车架。乘员舱、底盘车架模块和耦合系统的一阶扭转模态之间存在关系：ft耦合＝(1/3.5)ft乘员舱+(1/1.5)ft车架。
[0127] (6)以组成各模块的矩形钢管的宽度尺寸为变量进行试验设计(DOE)分析，与(3)中相同的变量比例系数变化范围。采用Hammersley方法对其进行21次的计算分析，得出宽度尺寸变量与一阶弯曲模态频率和一阶扭转模态频率的关系如表11和12所示。
[0128] 表11一阶弯曲模态频率
[0129]
[0130]
[0131] 表12一阶扭转模态频率
[0132]
[0133] 对上述三个模块宽度变化与一阶弯曲模态和一阶扭转模态的关系进行汇总，如图19‑20所示。
[0134] 综上可知，不同厚度、宽度和高度尺寸下乘员舱、底盘车架模块和耦合系统之间的一阶弯曲模态频率存在：fb耦合≈fb乘员舱‑fb车架。乘员舱、底盘车架模块和耦合系统的一阶扭转模态之间存在关系：ft耦合＝(1/3.5)ft乘员舱+(1/1.5)ft车架。
[0135] 通过上述分析可以得到以下刚度指标分解结论：乘员舱、底盘车架模块和耦合系统之间的(7)为了本发明提供的分解方法的正确性，对该全新架构纯电动车实车结构模型通过Nastran进行相关计算分析。其中，选择的电动车的车身实际结构长宽为3855mm和1675mm。如表13所示，通过在HyperView中分析提取，得出在一阶弯曲模态性能分析下，fb耦合+fb车架＝88.2Hz，实际上fb乘员舱＝79.53Hz。相对变化量为9.8％，可以认为近似相等。同时采用
3495mm×1675mm的矩形框架代表乘员舱结构，采用外框尺寸3855mm×1655mm的目字形框架代表底盘车架结构，采用1350mm×1515mm的长方体框架代表电池仓结构，采用本发明提供的方法基于厚度、宽度与高度尺寸变化的一阶扭转模态数据进行拟合获取相关数据的多项式方程，该多项式方程为ft耦合＝(1/3.5)ft乘员舱+(1/1.5)ft车架；并将一阶扭转模态通过Nastran仿真计算后进行验证该多项式的正确性，相对误差为1.31％。
[0136] 表13实车模型中耦合系统、底盘车架模块和乘员舱结构性能
[0137] 乘员舱 底盘车架模块 耦合系统
一阶弯曲模态频率/Hz 79.53 37.12 51.10
一阶扭转模态/Hz 44.84 47.24 43.69
弯曲刚度N/mm 5046 11829.79 20003
扭转刚度Nm/deg 14184.4 7936.05 28011
[0138] 三、对整车碰撞性能指标进行分解
[0139] 基于Ls‑dyna对整车模型正面碰撞和侧面碰撞进行计算分析，然后通过Hypergraph提取出来整车的正面和侧面碰撞的能量数据；接着对每个部件的能量进行提取，并通过线性累加的方法获取底盘车架模块和乘员舱的碰撞能量。
[0140] 正面碰撞过程中，全新架构的纯电动车底盘车架的性能涉及到能量传递和耐撞性指标，建立耦合系统中乘员舱与底盘车架模块能量指标进行分解方法，以便为乘员舱和底盘车架模块分别进行结构耐撞性设计提供指导。
[0141] 基于能量守恒定律提出底盘车架碰撞过程中能量传递路径及吸能量占比的研究，车辆在行驶过程发生碰撞会产生强大的能量，因此在纯电动汽车设计时，为了给乘员和电池单元提供一个足够安全的区域，需要在汽车前端提供一个充分吸收碰撞能量的吸能区域，通过前端区域发生溃缩变形来改善碰撞过程中的加速度和座舱的入侵量，从而保障乘员和电池仓安全。
[0142] 如图21‑22所示，选择的电动车的车身实际结构长宽为3855mm和1675mm，通过Hypergraph提取底盘车架结构在正面100％碰撞工况下的吸收的能量和结构质量，从而获取底盘车架结构吸能量。通过整车吸能量、底盘车架吸能量、乘员舱吸能量和耦合系统的吸能量可计算出各个总成的吸能比：即S＝E1/E总。对组成底盘车架的每个结构件的吸收能量进行线性累加，最终获取底盘车架结构的吸能量及其占车辆总吸能辆的比例；为全新架构电动车底盘车架的设计提供参考。将整车中各模块的吸能量进行统计，如表14所示。
[0143] 表14各结构件的吸能量
[0144] 总计/J 吸能比/％ 质量/kg 比吸能J/kg底盘车架 111937 77.9 112.2 997.7
乘员舱 14675 10.2 223 65.8
耦合系统 126612 88.1 335.2 377.9
[0145] 表14中确定的个结构吸能值可作为全新架构电动车底盘车架结构设计及优化目标，确保能够满足整车碰撞过程中对吸能的要求。与此同时，统计该底盘车架质量为112.2kg，因此该底盘车架的比吸能为997.7J/Kg，并将乘员舱结构和耦合系统的吸能量进行统计如表3.14所示，又因为该乘员舱质量为223kg，因此得出该乘员舱结构的比吸能为
65.8J/kg。
[0146] 将侧面碰撞工况下的底盘车架和乘员舱结构的吸能量进行统计，归纳如表15所示。
[0147] 表15底盘车架、乘员舱及耦合系统的吸能量
[0148] 总计/J 吸能比/％ 质量/kg 比吸能J/kg
底盘车架 8798 15.9 112.2 96.73
乘员舱 13065 23.6 223 58.58
耦合系统 21863 39.5 335.2 98.04
[0149] 得出正面碰撞下底盘车架模块的吸能量占比达到77.9％，比吸能为997.7J/kg；侧面碰撞下底盘车架模块的吸能量占比达到15.9％，比吸能为96.73J/kg。根据各结构的比吸能确定的个结构吸能值可作为全新架构电动车底盘车架结构设计及优化目标，确保能够满足整车碰撞过程中对吸能的要求。
[0150] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
