一种纯电动客车底置电池最优布置方案的求解方法与流程

1.本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种纯电动客车底置电池最优布置方案的求解方法。


背景技术：

2.纯电动客车相比于传统的燃油客车或者混合动力客车，具有节能环保的优势，是当前主流的客车类型。根据布置位置的不同，纯电动客车的动力电池大致可分为顶置电池、后置电池和底置电池，其中底置电池是指将电池布置在客车前后桥之间，这种布置方式能够有效降低整车重心，提高整车的均衡性和操稳性，是较为理想的布置方法。
3.通常在设计底置电池的布置方案时，需要利用传统的布置思维，采用枚举无穷法的方式列举出多种布置方案，再一一对比分析，以争取找到最优的底置电池方案，实现车架空间的最优利用。但是由于电池数量较多，占用空间大，而车架空间有限，并且需要综合考虑电池高压线束、管路布局等复杂因素，因此枚举法往往工作量大，耗时较长，并且容易出错，无法快速地求解出最优的布置方案。
4.为此，我们提供一种算法简单，通用性强的纯电动客车底置电池最优布置方案的求解方法。


技术实现要素：

5.本发明提供一种纯电动客车底置电池最优布置方案的求解方法，其主要目的在于解决上述问题。
6.本发明采用如下技术方案：一种纯电动客车底置电池最优布置方案的求解方法，该纯电动客车的车架包括依次连接的车架前段、车架中段和车架后段；所述车架前段和车架后段分别设有前传动轴和后传动轴；所述车架中段包括纵梁和侧围，还包括依次垂直固设于两侧围之间的第一横梁、第四横梁、第三横梁和第二横梁；所述第四横梁与第三横梁之间预留有车门的安装部；所述第四横梁与第一横梁之间根据需要设置长横梁，第四横梁与第三横梁之间根据需要设置短横梁，从而使得车架中段形成若干用于安装电池包的电池舱；所述求解方法包括如下步骤：s1、根据车架的结构特点推导出电池包总数量n
p
的计算公式（1），并通过调整参数[l
z
，d1，d2，d3，w
d
，b1，w
p
，d5]，使得车架空间被最大化充分利用，从而得到合适的电池包总数量n
p
的取值方案：（1）式中：l
z
为前传动轴中心到后传动轴中心的距离；d1为前传动轴中心到第一横梁的距离；d2为后传动轴中心到第二横梁的距离；d3为第二横梁和第三横梁中间过渡的距离；d5为电池包至电池舱前侧壁或后侧壁的间隙；b1为长横梁的宽度；w
d
为车门宽度；w
p
为电池包宽度；
s2、根据车架的结构特点电池包的长度l
p
的计算公式（2），通过调整参数[w，w1，d4，d6，b2]，使得电池包的长度l
p
趋于最大值： （2）式中：w为车架的总宽度；w1为侧围的宽度；d4为电池包到纵梁的安装间隙；d6为电池包到侧围的间隙；b2为纵梁宽度；s3、利用电池总投影面积e来表征底置电池总电量的大小，根据车架的结构特点推导电池总投影面积e的计算公式（3），结合步骤s1和s2所求得的参数矩阵，得到底置电池理论最优布置方案矩阵vi=[l
p
，w
p
，n
p
，e]； （3）。
[0007]
进一步，在步骤s3中，根据取整函数的性质，采用函数求导法进行推理论证可知，当电池包宽度w
p
越大时，电芯总投影面积e越大。
[0008]
更进一步，还包括如下步骤：s4、在初步得到的底置电池理论最优布置方案矩阵vi中挑选出电池包宽度w
p
取最大值时的方案作为底置电池实际最优布置方案vi
max
=[l
pmax
，w
pmax
，n
pmax
，e
max
]。
[0009]
再进一步，还应综合考虑整车结构强度、安装特性和电池设计要求的综合因素，对相关参数进行修正，再挑选出底置电池实际最优布置方案vi
max
=[l
pmax
，w
pmax
，n
pmax
，e
max
]。
[0010]
进一步，在步骤s1中，首先根据车架的结构特点推导出第四横梁与第一横梁之间所需要的长横梁数量n1的计算公式（1.1），以及第四横梁与第三横梁之间所需要的短横梁数量n2的计算公式（1.2），再结合公式（1.1）和（1.2）推导出电池包总数量n
p
的计算公式（1）： （1.1）（1.2）进一步，在步骤s1中，基于取整函数的性质，引入差值参数δ，计算电池包总数量n
p
取整前后的差值，通过调整参数[l
z
，d1，d2，d3，w
d
，b1，w
p
，d5]，使得差值参数δ等于零，从而使得车架空间被最大化充分利用，由此得到合适的电池包总数量n
p
的取值方案：：（1.3）。
[0011]
进一步，在步骤s2中，根据计算公式（3）可知，当w1、d4、d6和b2取最小值时，电池包的长度l
p
最大，但是设计时需综合考虑整车结构强度、走线空间和安装间隙因素，确保在安全可行的范围内取各参数的最小值。
[0012]
和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：1、本发明根据车架的结构特点以及底置电池的安装特性开发了一套纯电动客车底置电池最优布置方案的求解方法，该方法能够快速地获取整车前后桥之间底置电池的最优布置方案，有利于实现车架空间的最优利用，具有算法简单、通用性强和效率高等优点，克服了传统的枚举法所存在的弊端。
[0013]
2、本发明所提供的求解方法能够充分有效地利用车架空间，使底置电池总电量实
现最大化，有利于提升了整车的均衡性和操稳性。
附图说明
[0014]
图1为本发明中车架的结构示意图。
[0015]
图2为本发明的流程示意图。
具体实施方式
[0016]
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。
[0017]
参照图1，本发明提供了一种纯电动客车的车架结构，包括依次连接的车架前段1、车架中段2和车架后段3；车架前段1和车架后段3分别设有前传动轴和后传动轴；车架中段2的中部设有一纵梁21，车架中段2的两侧设有侧围22，并在两侧围22之间依次垂直固设有第一横梁23、第四横梁26、第三横梁25和第二横梁24；第四横梁26与第三横梁25之间的一侧预留有车门的安装部20；第四横梁26与第一横梁23之间根据需要设置长横梁27，第四横梁26与第三横梁25之间根据需要设置短横梁（图中未体现），从而使得车架中段2形成若干用于安装电池包a的电池舱。需要说明的是，长横梁27和短横梁的数量依据车辆的长度和电池包的具体规格而定，其数量有可能是0根，也有可能是一根或者多根。此外，长横梁也可以是由两根短横梁固定拼接而成。本发明所提供的车架结构简单，通用性强，能够适用于各种不同规格的纯电动客车，具有普遍的代表意义。
[0018]
参照图1，作为优选方案：各电池包a均纵向安装于电池舱内。
[0019]
参照图1，本发明基于上述车架结构提供了一种纯电动客车底置电池最优布置方案的求解方法，包括如下步骤：s1、根据车架的结构特点推导出电池包总数量n
p
的计算公式（1），并通过调整参数[l
z
，d1，d2，d3，w
d
，b1，w
p
，d5]，使得车架空间被最大化充分利用，从而得到合适的电池包总数量n
p
的取值方案：s11、根据车架的结构特点推导出第四横梁26与第一横梁23之间所需要的长横梁数量n1的计算公式（1.1），以及第四横梁26与第三横梁25之间所需要的短横梁数量n2的计算公式（1.2）： （1.1）（1.2）式中：l
z
为前传动轴中心到后传动轴中心的距离；d1为前传动轴中心到第一横梁的距离；d2为后传动轴中心到第二横梁的距离；d3为第二横梁和第三横梁中间过渡的距离；d5为电池包至电池舱前侧壁或后侧壁的间隙；b1为长横梁的宽度（为了便于计算，第一横梁23、第四横梁26、第三横梁25、第二横梁24和短横梁的宽度均与长横梁27的长度相等。）；w
d
为车门宽度；w
p
为电池包宽度。
[0020]
s12、根据电池包a的布置特点推导出所需的电池包总数量n
p
的计算公式（1.3）：
（1.3）s13、联立公式（1.1）至（1.3）可得： （1）s14、基于取整函数的性质，引入差值参数δ，计算电池包总数量n
p
取整前后的差值： （1.3）根据取整函数的性质可知，对任意，，因此当差值参数δ越小时，车架空间浪费越少，而当δ为零时，则说明车架空间被最大化充分利用，得到的电池包总数量n
p
的取值方案越合理。
[0021]
综上可知，通过调整参数[l
z
，d1，d2，d3，w
d
，b1，w
p
，d5]，使得差值参数δ等于零，从而确保车架空间被最大化充分利用，由此得到合适的电池包总数量n
p
的取值方案。
[0022]
s2、根据车架的结构特点推导出电池包a的长度l
p
的计算公式（2），通过调整参数[w，w1，d4，d6，b2]，使得电池包的长度l
p
趋于最大值。
[0023]
（2）其中，w为车架的总宽度；w1为侧围22的宽度；d4为电池包a到纵梁21的安装间隙；d6为电池包a到侧围22的间隙；b2为纵梁21的宽度。
[0024]
根据计算公式（2）可知，当w1、d4、d6和b2取最小值时，电池包a的长度l
p
最大，但是设计时需综合考虑整车结构强度、走线空间和安装间隙因素，确保在安全可行的范围内取各参数的最小值。
[0025]
s3、利用电池总投影面积e来表征底置电池总电量的大小，根据车架的结构特点推导电池总投影面积e的计算公式（3），结合步骤s1和s2所求得的参数矩阵，得到底置电池理论最优布置方案矩阵vi=[l
p
，w
p
，n
p
，e]。
[0026]
（3）电池总投影面积e可以从正面反应底置电池的最大电量，当电池总投影面积e越大时，总电量也越大，说明车架空间得到了最优的利用，因此，结合步骤s1和s2所求取的l
p
，w
p
，n
p
便可求得电池总投影面积e，进而获取底置电池理论最优布置方案矩阵vi=[l
p
，w
p
，n
p
，e]。
[0027]
s4、结合计算公式（1）至（3），根据取整函数的性质，采用函数求导法对计算公式（3）进行推理论证可知，当电池包宽度w
p
越大时，电芯总投影面积e越大。具体推理过程如下：s41、联立计算公式（1）至（3）可得：
由上述公式可知，与不相关，分别求两部分的最大值，即可得到电池总投影面积e的最大值，从而在车架中段布置最多的电池包。
[0028]
s42、关于，根据步骤s2的分析可知，当w1、d4、d6和b2取最小值时，最大，即l
p
最大。
[0029]
s43、关于，可以采用函数求导法对其进行求解。
[0030]
根据整车一般零件的配置情况可知，l
z
、d1、d2、d3、d5、b1和w
d
的调整空间较小，因此可将其作为常数项，并将wp作为变量，由此组成关于wp的函数f（wp）：采用求导法对上式进行求导可得：考虑整车尺寸实际情况发现，对于任意的wp，恒成立，由此可知f（wp）为单调递增函数，因此随wp的增大，函数f（wp）随之增大。这与实际情况电池包尺寸越大，整车结构件越少，则所能装配的电池电量最大相吻合。
[0031]
s44、基于上述推理可知，在初步得到的底置电池理论最优布置方案矩阵vi中挑选出电池包宽度w
p
取最大值时的方案作为底置电池实际最优布置方案vi
max
=[l
pmax
，w
pmax
，n
pmax
，e
max
]。
[0032]
当然，计算过程中还可以考虑整车结构强度、安装性、电池设计要求等综合因素对l
z
、d1、d2、d3、d5、d6、b1、w、w1、w
d
、d4、d6、b2、l
p
和w
p
等相关参数进行修正，再挑选出底置电池实际最优布置方案。
[0033]
参照图2，将上述计算过程设计成算法模式，在求解底置电池最优布置方案时，只需要根据提示输入所需的整车结构参数，即可由计算机自动运算求解，操作简单方便，通用性强。
[0034]
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。