謝嘉悅， 陳有松， 沈國(guó)民

（上汽集團(tuán)商用車(chē)技術(shù)中心，上海 200438）

當(dāng)前，汽車(chē)行業(yè)面臨著前所未有的競(jìng)爭(zhēng)格局，促使各大汽車(chē)企業(yè)開(kāi)始研究如何縮短電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身與電池包的開(kāi)發(fā)周期，提高研發(fā)效率。汽車(chē)概念設(shè)計(jì)階段具有信息量少、結(jié)構(gòu)更改自由度大、產(chǎn)品方案更改成本低、降低成本的幾率大等特點(diǎn)。隨著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段向后推移，汽車(chē)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)自由度變小、開(kāi)發(fā)成本逐漸升高。因此，汽車(chē)概念設(shè)計(jì)階段是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身與電池包的高性能正向開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵階段。然而，在汽車(chē)車(chē)身概念設(shè)計(jì)階段，CAD工程師很難建立詳細(xì)的車(chē)身模型，缺少CAD數(shù)模信息輸入，CAE工程師無(wú)法獲得用于仿真分析的有限元模型，更無(wú)法進(jìn)行概念車(chē)身的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)階段在車(chē)身開(kāi)發(fā)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，但該階段往往缺乏詳細(xì)的CAD/CAE數(shù)據(jù)，很大程度上限制了汽車(chē)車(chē)身的快速迭代和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

為了降低車(chē)身開(kāi)發(fā)成本、縮短開(kāi)發(fā)周期，HILMANN等［1］建立了高精度參數(shù)化概念模型數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)了參數(shù)化概念車(chē)身碰撞安全性結(jié)構(gòu)優(yōu)化的高效設(shè)計(jì)流程。H?FER［2］結(jié)合CATIA-V5軟件的參數(shù)化功能、HyperMesh軟件以及Batch Assembler軟件的批處理功能開(kāi)發(fā)了概念車(chē)身模型的快速參數(shù)化建模技術(shù)。然而該方法難以開(kāi)展概念車(chē)身碰撞安全性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，存在一定局限性。德國(guó)SFE公司［3］開(kāi)發(fā)了隱式全參數(shù)化概念車(chē)身建模軟件，為實(shí)現(xiàn)基于性能驅(qū)動(dòng)的車(chē)身多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了模型基礎(chǔ)。Future Steel Vehicle協(xié)會(huì)［4］致力于研究基于性能驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)車(chē)身多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)。DUAN Libin等［5］構(gòu)建了一種基于隱式參數(shù)化技術(shù)的輕量化設(shè)計(jì)策略，結(jié)合了隱式參數(shù)化技術(shù)、全局靈敏度分析（GSA）和Pareto集追蹤（PSP）算法來(lái)進(jìn)行白車(chē)身的輕量化設(shè)計(jì)。單春來(lái)等［6］提出了一種基于圖分解法的車(chē)輛模塊化分割方式，以車(chē)身底盤(pán)為算例，證明該方法可有效縮減開(kāi)發(fā)周期和降低制造成本。侯文彬等［7］提出了一套劃分并篩選共享模塊和非共享模塊的方法，可以在概念設(shè)計(jì)階段基于汽車(chē)模塊化思想對(duì)汽車(chē)白車(chē)身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)模塊化。王登峰等［8-9］研究了轎車(chē)白車(chē)身隱式全參數(shù)化建模與多目標(biāo)優(yōu)化，取得了明顯的輕量化效果。張忠元等［10］提出了一種構(gòu)建轎車(chē)白車(chē)身隱式參數(shù)化模型的方法，在此基礎(chǔ)上通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)白車(chē)身的輕量化。然而，基于平臺(tái)化與模塊化的電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身的全隱式參數(shù)化模型構(gòu)建方法尚未完善，未能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身CAD/CAE一體化模型的模塊化快速建模，拉長(zhǎng)了電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身與電池包的開(kāi)發(fā)周期，降低了研發(fā)效率。

本文基于隱式參數(shù)化方法提出一種電動(dòng)汽車(chē)全參數(shù)化車(chē)身的平臺(tái)化與模塊化建模策略。首先將車(chē)身結(jié)構(gòu)分解為上車(chē)體結(jié)構(gòu)與下車(chē)體結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)上下車(chē)體各自進(jìn)行區(qū)域劃分，定義各區(qū)域關(guān)鍵平臺(tái)化衍生尺寸并進(jìn)行基線(xiàn)總布置，形成平臺(tái)化建模策略；然后基于平臺(tái)化建模對(duì)下車(chē)體進(jìn)行功能性模塊劃分，對(duì)上車(chē)體進(jìn)行匹配性模塊劃分，分別進(jìn)行參數(shù)化建模，形成模塊化建模策略；最終建立了電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身的全參數(shù)化模型，實(shí)現(xiàn)不同車(chē)型的快速衍生，并且根據(jù)性能帶寬規(guī)律研究，探究了輪距、軸距、車(chē)高、前端長(zhǎng)度以及后端長(zhǎng)度變化對(duì)剛度和模態(tài)性能的影響。

1 隱式參數(shù)化建模方法簡(jiǎn)介

白車(chē)身是整車(chē)的重要組成部分，白車(chē)身的性能是整車(chē)的耐撞性、乘坐舒適性、經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)性能的基礎(chǔ)，提高白車(chē)身的設(shè)計(jì)效率對(duì)降低整車(chē)成本、縮短整車(chē)的開(kāi)發(fā)周期有著積極的作用。無(wú)論是傳統(tǒng)燃油車(chē)還是純電動(dòng)汽車(chē)，在概念設(shè)計(jì)階段，由于整車(chē)造型、車(chē)身總布置和整車(chē)性能定位的不確定性，導(dǎo)致該階段的車(chē)身設(shè)計(jì)過(guò)程靈活，往往需要根據(jù)不同的布置架構(gòu)適配不同的車(chē)身結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)過(guò)程極為繁瑣。但如果在概念設(shè)計(jì)階段得不到理想的車(chē)身結(jié)構(gòu)形式，到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段時(shí)，車(chē)身總體與局部的裝配關(guān)系基本確定，很難對(duì)某一部分做出大的改動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)帶來(lái)的限制必然會(huì)對(duì)整體的性能提升造成極大的影響。傳統(tǒng)車(chē)身設(shè)計(jì)的路線(xiàn)如圖1所示，首先是對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)，在有了CAD數(shù)據(jù)的支撐之后，CAE開(kāi)始網(wǎng)格建模并進(jìn)行相應(yīng)的分析，對(duì)CAE分析的結(jié)果進(jìn)行后處理。眾所周知的是，概念設(shè)計(jì)階段需要對(duì)模型進(jìn)行反復(fù)修改，這必然導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程的繁復(fù)并因此浪費(fèi)大量時(shí)間。

圖1 傳統(tǒng)車(chē)身設(shè)計(jì)路線(xiàn)

隱式參數(shù)化建模方法的出現(xiàn)將CAD數(shù)據(jù)與CAE數(shù)據(jù)有效地結(jié)合起來(lái)，幾何模型的修改將直接驅(qū)動(dòng)網(wǎng)格的變形。隱式參數(shù)化模型中的最基本元素是點(diǎn)（Point）、線(xiàn)（Line）和截面（Section），通過(guò)主點(diǎn)和從點(diǎn)生成基線(xiàn)，基線(xiàn)與基截面生成梁，各元素之間通過(guò)映射構(gòu)建關(guān)系，這是隱式參數(shù)化模型幾何變形可以驅(qū)動(dòng)網(wǎng)格變形的根本原因。隱式參數(shù)化建模的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖2所示。

圖2 隱式參數(shù)化建模實(shí)現(xiàn)過(guò)程

2 基于平臺(tái)化與模塊化策略的車(chē)身參數(shù)化建模

平臺(tái)化與模塊化建模策略的制定是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)車(chē)型快速衍生的保證，只有平臺(tái)化建模策略與模塊化建模方法的共同作用，才能實(shí)現(xiàn)性能的快速驗(yàn)證和車(chē)型的快速衍生。本文所采用的建模思想導(dǎo)圖如圖3所示，該部分內(nèi)容將在2.1節(jié)與2.2節(jié)中詳細(xì)介紹。

圖3 平臺(tái)化與模塊化建模流程

2.1 平臺(tái)化建模策略

為更好地介紹本文的電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身，將平臺(tái)化建模過(guò)程進(jìn)行歸納概括，形成以下平臺(tái)化建模的規(guī)范。

步驟1：將車(chē)體結(jié)構(gòu)分解為上車(chē)體結(jié)構(gòu)與下車(chē)體結(jié)構(gòu)。上車(chē)體決定整車(chē)造型的同時(shí)還為整車(chē)提供一部分保護(hù)功能，上車(chē)體與下車(chē)體共同組成籠型車(chē)身結(jié)構(gòu)。下車(chē)體為整車(chē)重要的承載件，對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)而言，電機(jī)、電子電器件以及電池包等均掛載于下車(chē)體，這些部件的安裝點(diǎn)即為車(chē)身硬點(diǎn)，因此，對(duì)下車(chē)體的布置決定了整個(gè)電動(dòng)平臺(tái)的架構(gòu)形式，是整個(gè)架構(gòu)平臺(tái)的基礎(chǔ)和性能保證。

步驟2：對(duì)下車(chē)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行平臺(tái)化分區(qū)。本文的下車(chē)體分區(qū)如圖4所示，主要為：前艙區(qū)域、前地板區(qū)域和后地板區(qū)域。

圖4 下車(chē)體平臺(tái)化分區(qū)

步驟3：定義前艙區(qū)域關(guān)鍵平臺(tái)化衍生尺寸。前艙總成主要包括前圍板總成、前減振塔總成、前縱梁總成、前保險(xiǎn)杠總成、前彎梁總成和流水槽總成。如圖5所示的尺寸“a”與尺寸“e”的引出點(diǎn)為減振塔中心點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)尺寸“e”，可以匹配不同的減振塔模塊，從而匹配不同的前懸系統(tǒng)，滿(mǎn)足SUV、MPV、轎車(chē)等不同車(chē)型的要求。同時(shí)，前艙是新能源電機(jī)的放置區(qū)，是正面碰撞的主要吸能區(qū)，因此，在正面碰撞各工況中，前艙扮演著極其重要的角色。通過(guò)調(diào)整尺寸“a1”，可以有效控制吸能盒組件的設(shè)計(jì)空間，自由替換滿(mǎn)足不同性能要求的吸能盒。通過(guò)控制尺寸“a2”，可以調(diào)節(jié)前縱梁長(zhǎng)度，從而對(duì)前艙進(jìn)行加長(zhǎng)或縮短。尺寸“a1”與“a2”為新能源電機(jī)和乘員的安全性設(shè)計(jì)提供了選擇。

圖5 平臺(tái)化前艙示意圖

步驟4：定義前地板區(qū)域關(guān)鍵平臺(tái)化衍生尺寸。前地板總成主要包括各地板橫梁、大梁、門(mén)檻梁總成等。根據(jù)整車(chē)總布置要求和人機(jī)工程要求，汽車(chē)前輪到踏板的x向尺寸是固定不變的且前排座椅應(yīng)該有一定的調(diào)節(jié)空間，因此，如圖6所示的尺寸“b1”與“b2”一般情況下不會(huì)變化，該尺寸存在的作用將在“2.2 模塊化建模策略”中詳細(xì)解釋。純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源為電池包，電動(dòng)汽車(chē)的定位不同，對(duì)電池包的需求往往也不同，通過(guò)調(diào)整尺寸“b3”可以匹配不同電量的電池包，從而滿(mǎn)足不同車(chē)型的續(xù)駛里程需求。

圖6 平臺(tái)化前地板示意圖

步驟5：定義后地板區(qū)域關(guān)鍵平臺(tái)化衍生尺寸。后地板總成主要包含各地板橫梁、后縱梁、后減振塔等。圖7所示的尺寸“c1”與“c2”的公共引出點(diǎn)為后減振塔中心點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整尺寸“b3”與“c1”的長(zhǎng)度，可以實(shí)現(xiàn)整車(chē)軸距尺寸的變化。通過(guò)調(diào)整尺寸“c3”，可以實(shí)現(xiàn)后懸尺寸的變化，從而匹配不同類(lèi)型的后懸架。

圖7 平臺(tái)化后地板示意圖

步驟6：基于上述區(qū)域劃分和關(guān)鍵衍生尺寸的下車(chē)體平臺(tái)基線(xiàn)總布置。從隱式參數(shù)化建模角度講，基線(xiàn)的布置決定了后續(xù)平臺(tái)變化的方式，是平臺(tái)化建模策略的關(guān)鍵所在，因此，為實(shí)現(xiàn)車(chē)型的快速衍生，對(duì)下車(chē)體進(jìn)行如圖8a所示的基線(xiàn)布置。使用隱式參數(shù)化建模軟件建立下車(chē)體，具體細(xì)節(jié)此處不再贅述，根據(jù)基線(xiàn)布置建成的下車(chē)體如圖8b所示。

圖8 考慮平臺(tái)化建模的下車(chē)體

本章所提供的電動(dòng)平臺(tái)架構(gòu)為后面的模塊化建模提供了支撐，能很好地實(shí)現(xiàn)架構(gòu)零部件的共用，在級(jí)別跨度范圍內(nèi)，車(chē)身關(guān)鍵過(guò)渡區(qū)域和關(guān)鍵硬點(diǎn)具有較高的兼容性，能滿(mǎn)足本文優(yōu)化或后續(xù)工程規(guī)劃的性能帶寬和尺寸帶寬。

2.2 模塊化建模策略

從前期建模角度來(lái)說(shuō)，模塊化建模可以按分層結(jié)構(gòu)來(lái)組織系統(tǒng)模型，使模型條理清晰，便于管理。共用的模塊可以大大減少建模工作量，在降低建模成本的同時(shí)大大提高模型可靠性。因?yàn)槟K的劃分，所以模型可實(shí)現(xiàn)并行開(kāi)發(fā)，加快建模速度。從后期生產(chǎn)的角度來(lái)說(shuō)，零件共用和生產(chǎn)線(xiàn)共用在極大程度上節(jié)約了成本，可實(shí)現(xiàn)車(chē)型的快速衍生，滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，因此，模塊化建模是極為有意義的。在整車(chē)模塊化建模策略上，上車(chē)體為匹配性模塊劃分（即其模塊劃分依據(jù)主要是匹配下車(chē)體）；下車(chē)體為功能性模塊劃分（即下車(chē)體建模主要考慮共用零件的區(qū)域、平臺(tái)衍生區(qū)域、子系統(tǒng)性能驗(yàn)證的便捷性等）。對(duì)本文的模塊化建模策略進(jìn)行歸納總結(jié)，形成如下模塊化建模的規(guī)范。

步驟1：在平臺(tái)化區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上進(jìn)行區(qū)域界限細(xì)分。按照平臺(tái)化分區(qū)策略，將下車(chē)體模塊分為前艙模塊、前地板模塊和后地板模塊。其中，前艙模塊的劃分區(qū)間為前防撞梁到前地板與防火墻的焊接分縫線(xiàn)位置；后地板模塊的劃分區(qū)間為后段地板與輪罩前焊接分縫線(xiàn)以后的區(qū)域；前地板區(qū)域的劃分區(qū)間為前艙模塊與后地板模塊之間的部分。

步驟2：對(duì)前艙模塊中的功能性部件進(jìn)行模塊化建模。前艙模塊中考慮衍生的功能性總成有前縱梁總成和前減振塔總成，其余模塊變化較小，可根據(jù)實(shí)際情況作為沿用件在其他車(chē)型中使用。前縱梁總成如圖9所示：將前縱梁總成分為3段，第1段為前縱梁的最前端到減振塔最前端，該段是正面碰撞過(guò)程中的主要能量吸收段；第2段為減振塔最前端到減振塔中心位置，該段在碰撞過(guò)程中吸能較少，整體變形較小，在正面碰撞中對(duì)電機(jī)可以起到很好的保護(hù)作用；第3段為減振塔中心到防火墻，在發(fā)生碰撞時(shí)，該段的變形行為主要表現(xiàn)為整體折彎，這種變形模式可以避免前縱梁受到?jīng)_擊直接插入乘員艙，因此能對(duì)前排乘員起到很好的保護(hù)作用。為考慮模塊的快速衍生，上述前縱梁總成采用“主點(diǎn)”的方式進(jìn)行建模。

圖9 前縱梁總成建模策略

減振塔采用“T”字型的基線(xiàn)布置，基線(xiàn)的交點(diǎn)處采用“主點(diǎn)”，其余點(diǎn)為“從點(diǎn)”，采用“主、從點(diǎn)”建模的優(yōu)勢(shì)在于只需要通過(guò)“主點(diǎn)”的移動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)前懸的前移或后移。建模完成后的減振塔模型如圖10所示。

圖10 減振塔總成建模策略

步驟3：對(duì)后地板模塊進(jìn)行模塊化建模。為方便對(duì)各個(gè)部件的管控，將后地板分為3段，建模完成的后地板如圖11所示。第1段為前地板后端焊接分縫線(xiàn)到后輪罩中心，與前減振塔類(lèi)似的，后輪罩也采用“主、從點(diǎn)”的建模方法，后輪罩中心采用“主點(diǎn)”，其余采用 “從點(diǎn)”。采用這種建模方法的主要目的在于通過(guò)對(duì)“主點(diǎn)”的控制即可快捷地實(shí)現(xiàn)整車(chē)軸距的拉長(zhǎng)與縮短。后地板的第2段為后輪罩中心到后輪罩最后端，該段一般變化較小，可以考慮作為沿用區(qū)。第3段為后輪罩中心到后防撞梁端面，該區(qū)域可作為沿用區(qū)考慮，也可以根據(jù)實(shí)際車(chē)型要求進(jìn)行加長(zhǎng)或縮短從而實(shí)現(xiàn)車(chē)廂空間的變化。

圖11 后地板總成建模策略

步驟4：對(duì)前地板模塊進(jìn)行模塊化建模。前地板主要包含前地板主體部分、各橫梁及縱梁，是乘員艙的主要承載區(qū)。建模時(shí)，將前地板分為如圖12所示的5個(gè)區(qū)域，其中，A區(qū)域由前地板前端開(kāi)始到A柱下接頭的末端結(jié)束，B區(qū)域由A柱下接頭的末端開(kāi)始到B柱下接頭前端結(jié)束。C區(qū)域?qū)?yīng)的是B柱存在的位置。D區(qū)域?yàn)锽柱下接頭末端到C柱下接頭前端之間的部分，E區(qū)域?yàn)镃柱下接頭到前地板末端之間的部分，D區(qū)域與E區(qū)域可作為前地板模塊的長(zhǎng)度變化區(qū)滿(mǎn)足SUV、MPV等各種車(chē)型的要求。建模完成后的前地板總成如圖13所示。

圖12 前地板總成建模策略

圖13 前地板總成模型

步驟5：對(duì)上車(chē)體進(jìn)行基于下車(chē)體模塊的匹配性建模。上車(chē)體的模塊化分區(qū)及建模方式與下車(chē)體類(lèi)似，此處不再贅述。建模完成后的隱式參數(shù)化模型如圖14所示。

圖14 整車(chē)模塊化建模

2.3 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)車(chē)型譜

如圖3的建模思想導(dǎo)圖所示，2.1節(jié)初步形成了電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)化建模策略，2.2節(jié)初步形成了電動(dòng)汽車(chē)模塊化建模策略，平臺(tái)化建模思想與模塊化建模方法共同作用，即可實(shí)現(xiàn)車(chē)型的快速衍生。本節(jié)給出了以下幾種車(chē)型衍生方法。

衍生1：加長(zhǎng)或縮短前端長(zhǎng)度。如圖15所示，前端長(zhǎng)度的變化主要是通過(guò)調(diào)節(jié)尺寸a2來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即對(duì)前減振塔基線(xiàn)的“主點(diǎn)”進(jìn)行前移或后移，為滿(mǎn)足更多的性能要求或空間布置要求，還可以配合修改前縱梁不同功能區(qū)的尺寸。

圖15 前端的衍生

衍生2：加長(zhǎng)或縮短后端長(zhǎng)度。如圖16所示，后端長(zhǎng)度的變化方式與前端長(zhǎng)度類(lèi)似，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)后地板區(qū)域的A區(qū)與C區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而這兩個(gè)區(qū)域的調(diào)節(jié)即為對(duì)后輪罩模塊和后減振塔模塊“主點(diǎn)”的調(diào)節(jié)。

圖16 后端的衍生

衍生3：加寬或減小輪距。如圖17所示，輪距的變化主要是通過(guò)調(diào)節(jié)尺寸e2與j2來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即同時(shí)對(duì)前減振塔模塊的“主點(diǎn)”、后減振塔模塊的“主點(diǎn)”以及后輪罩模塊的“主點(diǎn)”進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖17 輪距的衍生

衍生4：車(chē)高變化。如圖18所示，通過(guò)上下移動(dòng)各頂蓋橫梁及頂蓋的基點(diǎn)和基線(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)車(chē)高的變化。

圖18 車(chē)高的衍生

由上述幾種典型的車(chē)型衍生方式也可以看出，采用本文所提出的平臺(tái)化與模塊化建模策略，通常只需要對(duì)關(guān)鍵模塊的基線(xiàn)或基點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單地移動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)車(chē)型的快速衍生，大大提高了建模效率。

3 車(chē)身與電池包架構(gòu)平臺(tái)的性能帶寬規(guī)律探究

同一架構(gòu)平臺(tái)下不同車(chē)型由于配置不同、外形尺寸不同從而導(dǎo)致車(chē)身的各性能指標(biāo)也不盡相同，因此，對(duì)不同尺寸變化導(dǎo)致的性能變化規(guī)律進(jìn)行探究。在白車(chē)身各項(xiàng)性能中，基于3節(jié)的全參數(shù)化模型，探究了目標(biāo)車(chē)型軸距、輪距、車(chē)高、前端長(zhǎng)度、后端長(zhǎng)度的變化對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度、一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)、一階彎曲模態(tài)和前端橫擺模態(tài)的影響。

圖19 尺寸變化示意圖

通過(guò)控制尺寸“e”和尺寸“j”進(jìn)行輪距的調(diào)整，調(diào)整后的性能變化曲線(xiàn)如圖20所示。對(duì)比質(zhì)量曲線(xiàn)與扭轉(zhuǎn)剛度曲線(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，隨著輪距的增加，白車(chē)身質(zhì)量增加，各模態(tài)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，扭轉(zhuǎn)剛度呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，但是犧牲質(zhì)量而帶來(lái)的扭轉(zhuǎn)剛度增加收益不高。

圖20 輪距變化各性能曲線(xiàn)

通過(guò)控制2.1節(jié)平臺(tái)化建模策略所示的尺寸“a”和尺寸“c”進(jìn)行軸距的調(diào)整，調(diào)整后的性能變化曲線(xiàn)如圖21所示。隨著軸距的增加，各模態(tài)呈線(xiàn)性下降的趨勢(shì)，而與輪距變化不同的是，扭轉(zhuǎn)剛度呈現(xiàn)線(xiàn)性下降趨勢(shì)，因此，當(dāng)設(shè)計(jì)空間較大時(shí)，可以靈活地組合輪距與軸距實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)剛度的提升，同時(shí)保證較高的輕量化水平。

圖21 軸距變化各性能曲線(xiàn)

通過(guò)對(duì)頂蓋基點(diǎn)與基線(xiàn)的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)整車(chē)高度的變化，變化后的性能曲線(xiàn)如圖22所示。隨著車(chē)高的增加，各模態(tài)呈線(xiàn)性下降趨勢(shì)，扭轉(zhuǎn)剛度呈現(xiàn)線(xiàn)性上升趨勢(shì)。

圖22 車(chē)高變化各性能曲線(xiàn)

通過(guò)移動(dòng)如3.2節(jié)所述前懸與后懸“T”型基線(xiàn)的主節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)前端長(zhǎng)度與后端長(zhǎng)度的加長(zhǎng)與縮短，變化后的性能曲線(xiàn)如圖23和圖24所示。其中，當(dāng)前端長(zhǎng)度與后端長(zhǎng)度變化時(shí)，扭轉(zhuǎn)剛度的變化趨勢(shì)是一致的，但是后端長(zhǎng)度變化導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)剛度變化率大于前端長(zhǎng)度變化導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)剛度變化率，即縮短后端長(zhǎng)度帶來(lái)的扭轉(zhuǎn)剛度提升收益更高。同時(shí)，對(duì)比各模態(tài)的變化曲線(xiàn)可以看出，隨著前端長(zhǎng)度或后端長(zhǎng)度的增加，各模態(tài)呈下降趨勢(shì)。

圖23 前端長(zhǎng)度變化各性能曲線(xiàn)

圖24 后端長(zhǎng)度變化各性能曲線(xiàn)

同時(shí)對(duì)比了如圖25所示的軸距與輪距變化時(shí)各模態(tài)性能的變化：通過(guò)對(duì)比前端橫擺模態(tài)曲線(xiàn)和一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)曲線(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，輪距對(duì)應(yīng)的質(zhì)量曲線(xiàn)斜率比軸距對(duì)應(yīng)的質(zhì)量曲線(xiàn)斜率大，當(dāng)衍生比目標(biāo)車(chē)型更大的車(chē)型時(shí)，軸距增加所帶來(lái)的前端橫擺模態(tài)和一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)的提高收益更大。當(dāng)軸距或輪距增加時(shí)，輪距變化對(duì)應(yīng)的一階彎曲模態(tài)均大于軸距變化對(duì)應(yīng)的一階彎曲模態(tài)且二者下降的曲率接近，考慮到輪距對(duì)應(yīng)的質(zhì)量曲線(xiàn)斜率比軸距對(duì)應(yīng)的質(zhì)量曲線(xiàn)斜率大，因此，小范圍的輪距增加對(duì)一階彎曲模態(tài)是有益的，但是當(dāng)輪距增加較大時(shí)，用較大的質(zhì)量增加換來(lái)的一階彎曲模態(tài)是不可取的。

圖25 輪距與軸距變化各模態(tài)性能對(duì)比曲線(xiàn)

4 結(jié)論

本文將平臺(tái)化與模塊化建模的思想引入到實(shí)際建模的工作中，提出了基于隱式參數(shù)化方法的電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)化與模塊化建模策略。

（1）基于隱式參數(shù)化建模方法提出了純電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身與電池包的平臺(tái)化與模塊化的建模策略，建立了一款純電動(dòng)汽車(chē)的CAD/CAE一體化全參數(shù)化模型。

（2）基于該建模技術(shù)建立了目標(biāo)車(chē)型的隱式參數(shù)化模型，然后給出了幾種典型車(chē)型衍生的方法。

（3）基于建立好的模型對(duì)目標(biāo)車(chē)型進(jìn)行了車(chē)身與電池包架構(gòu)平臺(tái)的性能帶寬規(guī)律研究，探究了輪距、軸距、車(chē)高、前端長(zhǎng)度以及后端長(zhǎng)度變化對(duì)剛度以及模態(tài)性能的影響。為電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身與電池包的平臺(tái)化設(shè)計(jì)提供了參考和依據(jù)，有助于實(shí)現(xiàn)基于性能驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身與電池包的短周期開(kāi)發(fā)。