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第1章緒論1

1.1車(chē)輛輕量化2

1.2車(chē)輛電動(dòng)化對(duì)輕量化設(shè)計(jì)的影響3

1.3車(chē)輛智能化對(duì)輕量化設(shè)計(jì)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(wèn)題8

1.7智能電動(dòng)車(chē)輛輕量化設(shè)計(jì)的本質(zhì)問(wèn)題9

第2章復(fù)雜物理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法11

2.1智能電動(dòng)車(chē)輛物理系統(tǒng)架構(gòu)11

2.1.1智能電動(dòng)車(chē)輛子系統(tǒng)劃分11

2.1.2智能電動(dòng)車(chē)輛各子系統(tǒng)組成14

2.2物理系統(tǒng)架構(gòu)與功能實(shí)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(dòng)的模型17

2.3.4復(fù)雜物理系統(tǒng)各類(lèi)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(dòng)化和智能化相關(guān)的若干關(guān)鍵問(wèn)題22

3.1電動(dòng)汽車(chē)碰撞后起火問(wèn)題22

3.1.1研究的現(xiàn)實(shí)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(diǎn)與挑戰(zhàn)27

3.2電動(dòng)汽車(chē)碰撞后起火的研究路徑與預(yù)測(cè)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(guò)程中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(wú)人系統(tǒng)的狀態(tài)失效問(wèn)題36

3.3.1無(wú)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(wú)人系統(tǒng)狀態(tài)失效研究的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)42

3.4面向狀態(tài)失效的無(wú)人系統(tǒng)數(shù)字孿生架構(gòu)與預(yù)測(cè)43

3.4.1無(wú)人系統(tǒng)數(shù)字孿生的研究?jī)?nèi)容43

3.4.2研究中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(wú)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(chē)輛智能化特征與系統(tǒng)分析54

4.1.1智能車(chē)輛物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)54

4.1.2智能車(chē)輛的功能對(duì)輕量化的影響56

4.2智能車(chē)輛物理系統(tǒng)的輕量化設(shè)計(jì)57

4.3智能系統(tǒng)能耗與輕量化59

4.3.1車(chē)輛智能化等級(jí)59

4.3.2智能系統(tǒng)能耗情況60

4.4車(chē)輛驅(qū)動(dòng)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(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題62

4.4.3驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)65

4.5.1智能交通預(yù)測(cè)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(cè)模型構(gòu)建69

4.5.4不同已知條件下的交通信息預(yù)測(cè)對(duì)比73

4.6智能車(chē)輛主動(dòng)安全系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)75

4.6.1主動(dòng)安全系統(tǒng)功能分析76

4.6.2主動(dòng)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)78

4.6.3主動(dòng)安全系統(tǒng)分層控制器設(shè)計(jì)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(dòng)系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)91

5.1電動(dòng)系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)的三個(gè)層級(jí)91

5.1.1物理部件的設(shè)計(jì)92

5.1.2子系統(tǒng)集成與一體化92

5.1.3動(dòng)力系統(tǒng)匹配優(yōu)化93

5.2一種輕量化高效率車(chē)用輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)94

5.2.1設(shè)計(jì)需求分解與設(shè)計(jì)方法選擇95

5.2.2電機(jī)運(yùn)行高頻區(qū)與高效區(qū)96

5.2.3電磁方案及本體設(shè)計(jì)參數(shù)100

5.2.4電機(jī)本體初始電磁方案設(shè)計(jì)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(wèn)題的求解方法108

5.3.1問(wèn)題描述108

5.3.2反饋�材：�推理算法109

5.3.3基于分散模糊推理的設(shè)計(jì)方法112

5.4一種高可靠性低成本輕量化電池箱體設(shè)計(jì)116

5.5本章小結(jié)119

本章參考文獻(xiàn)119

第6章車(chē)輛結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的基本方法120

6.1結(jié)構(gòu)輕量化基本思想120

6.2材料�步Y(jié)構(gòu)�残阅艿年P(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(jì)方法125

6.3.1工程問(wèn)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基于最優(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(guò)程130

6.3.6多工況拓?fù)鋬?yōu)化的計(jì)算結(jié)果及分析132

6.4結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)方法138

6.5.1車(chē)輛正面碰撞的多工況問(wèn)題138

6.5.2單工況條件下的耐撞性?xún)?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?xún)?yōu)化方法141

6.5.4耦合工況的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)方法150

7.1多材料混合輕量化設(shè)計(jì)途徑150

7.2車(chē)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(jì)總體流程152

7.2.3模型及有效性驗(yàn)證153

7.2.4基于析因設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量選取154

7.2.5基于準(zhǔn)則的材料替換及設(shè)計(jì)初值確定156

7.2.6優(yōu)化模型的建立及求解157

7.3車(chē)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(yàn)證162

7.3.4設(shè)計(jì)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(chē)身B柱結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)177

7.5.1車(chē)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(jì)流程178

7.5.3設(shè)計(jì)變量與優(yōu)化問(wèn)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(jì)185

8.1材料�步Y(jié)構(gòu)�补に囈惑w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(jì)問(wèn)題185

8.1.2復(fù)合材料的一體化設(shè)計(jì)原則187

8.1.3復(fù)合材料一體化設(shè)計(jì)研究途徑188

8.1.4復(fù)合材料一體化設(shè)計(jì)方案189

8.2等厚度碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)190

8.2.1懸架控制臂的基本設(shè)計(jì)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(jì)194

8.3變厚度變截面碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)198

8.3.1削層結(jié)構(gòu)及變厚度實(shí)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(jì)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(jí)�卜謪^(qū)設(shè)計(jì)208

8.4.1復(fù)合材料車(chē)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(chē)輛輕量化2

1.2車(chē)輛電動(dòng)化對(duì)輕量化設(shè)計(jì)的影響3

1.3車(chē)輛智能化對(duì)輕量化設(shè)計(jì)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(wèn)題8

1.7智能電動(dòng)車(chē)輛輕量化設(shè)計(jì)的本質(zhì)問(wèn)題9

第2章復(fù)雜物理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法11

2.1智能電動(dòng)車(chē)輛物理系統(tǒng)架構(gòu)11

2.1.1智能電動(dòng)車(chē)輛子系統(tǒng)劃分11

2.1.2智能電動(dòng)車(chē)輛各子系統(tǒng)組成14

2.2物理系統(tǒng)架構(gòu)與功能實(shí)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(dòng)的模型17

2.3.4復(fù)雜物理系統(tǒng)各類(lèi)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(dòng)化和智能化相關(guān)的若干關(guān)鍵問(wèn)題22

3.1電動(dòng)汽車(chē)碰撞后起火問(wèn)題22

3.1.1研究的現(xiàn)實(shí)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(diǎn)與挑戰(zhàn)27

3.2電動(dòng)汽車(chē)碰撞后起火的研究路徑與預(yù)測(cè)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(guò)程中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(wú)人系統(tǒng)的狀態(tài)失效問(wèn)題36

3.3.1無(wú)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(wú)人系統(tǒng)狀態(tài)失效研究的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)42

3.4面向狀態(tài)失效的無(wú)人系統(tǒng)數(shù)字孿生架構(gòu)與預(yù)測(cè)43

3.4.1無(wú)人系統(tǒng)數(shù)字孿生的研究?jī)?nèi)容43

3.4.2研究中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(wú)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(chē)輛智能化特征與系統(tǒng)分析54

4.1.1智能車(chē)輛物理系統(tǒng)設(shè)計(jì)54

4.1.2智能車(chē)輛的功能對(duì)輕量化的影響56

4.2智能車(chē)輛物理系統(tǒng)的輕量化設(shè)計(jì)57

4.3智能系統(tǒng)能耗與輕量化59

4.3.1車(chē)輛智能化等級(jí)59

4.3.2智能系統(tǒng)能耗情況60

4.4車(chē)輛驅(qū)動(dòng)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(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題62

4.4.3驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)65

4.5.1智能交通預(yù)測(cè)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(cè)模型構(gòu)建69

4.5.4不同已知條件下的交通信息預(yù)測(cè)對(duì)比73

4.6智能車(chē)輛主動(dòng)安全系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)75

4.6.1主動(dòng)安全系統(tǒng)功能分析76

4.6.2主動(dòng)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)78

4.6.3主動(dòng)安全系統(tǒng)分層控制器設(shè)計(jì)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(dòng)系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)90

5.1電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)的三個(gè)層級(jí)90

5.1.1物理部件的設(shè)計(jì)91

5.1.2子系統(tǒng)集成與一體化91

5.1.3動(dòng)力系統(tǒng)匹配優(yōu)化92

5.2一種輕量化高效率車(chē)用輪轂電機(jī)設(shè)計(jì)93

5.2.1設(shè)計(jì)需求分解與設(shè)計(jì)方法選擇94

5.2.2電機(jī)運(yùn)行高頻區(qū)與高效區(qū)95

5.2.3電磁方案及本體設(shè)計(jì)參數(shù)99

5.2.4電機(jī)本體初始電磁方案設(shè)計(jì)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(wèn)題的求解方法107

5.3.1問(wèn)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(jì)方法111

5.4一種高可靠低成本輕量化電池箱體設(shè)計(jì)115

5.5小結(jié)118

參考文獻(xiàn)118

第6章車(chē)輛結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)的基本方法120

6.1結(jié)構(gòu)輕量化基本思想120

6.2材料�步Y(jié)構(gòu)�残阅艿年P(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(jì)方法126

6.3.1工程問(wèn)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基于最優(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(guò)程130

6.3.6多工況拓?fù)鋬?yōu)化的計(jì)算結(jié)果及分析132

6.4結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)方法138

6.5.1車(chē)輛正面碰撞的多工況問(wèn)題138

6.5.2單工況條件下的耐撞性?xún)?yōu)化139

6.5.3基于正碰及偏置碰的結(jié)構(gòu)耐撞性?xún)?yōu)化方法141

6.5.4耦合工況的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)方法150

7.1多材料混合輕量化設(shè)計(jì)途徑150

7.2車(chē)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(jì)總體流程152

7.2.3模型及有效性驗(yàn)證153

7.2.4基于析因設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量選取154

7.2.5基于準(zhǔn)則的材料替換及設(shè)計(jì)初值確定156

7.2.6優(yōu)化模型的建立及求解157

7.3車(chē)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(yàn)證162

7.3.4設(shè)計(jì)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(chē)身B柱結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)177

7.5.1車(chē)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(jì)流程179

7.5.3設(shè)計(jì)變量與優(yōu)化問(wèn)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(jì)185

8.1材料�步Y(jié)構(gòu)�补に囈惑w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(jì)問(wèn)題185

8.1.2復(fù)合材料的一體化設(shè)計(jì)原則187

8.1.3復(fù)合材料一體化設(shè)計(jì)研究途徑188

8.1.4復(fù)合材料一體化設(shè)計(jì)方案189

8.2等厚度碳纖維結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)190

8.2.1懸架控制臂的基本設(shè)計(jì)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(jì)194

8.3變厚度變截面碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)198

8.3.1削層結(jié)構(gòu)及變厚度實(shí)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(jì)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(jí)�卜謪^(qū)設(shè)計(jì)方法208

8.4.1復(fù)合材料車(chē)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