[发明专利]基于刚柔耦合的电动三轮车车架轻量化设计方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于刚柔耦合的电动三轮车车架轻量化设计方法及系统，包括以下步骤：建立刚体车架模型；建立电动三轮车其他部件并搭建完整的电动三轮车模型；建立路面模型；建立柔性车架模型；设置多种驾驶工况并进行三轮车在这些工况下的虚拟试验，分析原车架的动态应力特性；根据应力分析结果给出初步轻量化设计方案，并对其再次进行应力分析，检验是否满足强度要求；调整车架钢板厚度再做分析，得到刚好满足设计要求而又最大轻量化的车架。

技术领域

本发明涉及农业机械中车架结构设计领域，具体是一种基于刚柔耦合技术的电动三轮车车架轻量化设计方法及系统。

背景技术

车架是电动三轮车的主要承载部件，在行驶过程中承受着各种动静载荷。为了使得在复杂的工况下满足强度要求，车架材料往往存在富余，这导致电动三轮车质量较大，然而为了提高续驶里程和动力性能，迫切的需要对车架进行轻量化设计。

目前，我国电动三轮车的设计主要沿用燃油三轮车的根据市场反馈的经验设计方法，设计周期长，而且成本大，跟不上技术发展的步伐。随着计算机工程的发展，有不少学者采用基于ANSYS的静强度分析方法，分析车架的应力分布，据此进行轻量化设计。然而，三轮车装载往往不规则，而且农村道路复杂，这导致三轮车在行驶中车架载荷变化范围很大，采用静态加载的方法无法得出车架在各工况下的动态应力特性，因而得到的结构往往不能既满足强度要求又达到最佳的减重效果。

发明内容

为了能够更好地解决车架轻量化设计和强度耐久性之间的矛盾，本发明的主要目的在于提出一种基于刚柔耦合的电动三轮车车架轻量化设计方法，根据车架在多种复杂工况下的动态应力特性，优化车架结构，以弥补现有的经验设计和静强度分析方法的不足，减少车架设计周期，提高优化效率，得到满足强度要求而又最大轻量化的车架。

为达到以上目的，本发明的技术方案如下：

本发明提出的一种电动三轮车车架结构轻量化设计方法，包括以下步骤：

(1)建立刚体车架模型；

(2)建立电动三轮车其他部件并搭建完整的电动三轮车模型；

(3)建立路面模型；

(4)建立柔性车架模型；

(5)设置多种驾驶工况并进行三轮车在这些工况下的虚拟试验，分析原车架的动态应力特性；

(6)根据应力分析结果给出初步轻量化设计方案，并对其再次进行应力分析，检验是否满足强度要求；

(7)调整车架钢板厚度再做分析，得到刚好满足设计要求而又最大轻量化的车架。

优选的，所述步骤(1)中利用CATIA软件建立车架的整体模型，将其导入到仿真软件RecurDyn中做必要的前处理，包括：删除质量非常小的线束、螺栓等部件；消除焊接部件之间的间隙；将不发生相对运动的部件合并为整体。

优选的，所述步骤(2)根据实际测得的三轮车数据，建立钢板弹簧、轮胎、驱动桥、货箱、驾驶室等的简化模型，并添加相应的力和约束。

优选的，所述步骤(3)中的路面模型是根据路面标准ISO 8606建立的，包括水平路面、8度坡路和不平度等级为D级的颠簸路面。

优选的，所述柔性体车架的建立包括划分网格、创建力分配刚性单元和将全柔性体车架转化为模态柔性体。

优选的，所述步骤(5)中的工况是根据GB/T7258和GB/T5378中对电动三轮车的性能要求设定的，包括满载紧急制动、高速行驶、爬坡、转弯和颠簸行驶。经过CAE分析之后输出各工况下的应力曲线和应力云图，将最大应力与车架材料的许用应力作对比，以得出车架的强度特性。