汽车电池包支架强度的分析方法及系统与流程

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种汽车电池包支架强度的分析方法及系统。

背景技术：

随着经济的发展与技术的进步，城市居民汽车保有量在迅猛增长，道路交通事故已经成为人类生命安全的重要威胁之一。因此如何提高汽车的整体安全性能，已经成为了汽车工程师最重要的一个研究方向。

对新能源卡车而言，电池包安装支架总成是整车当中的一个重要组成部分。新能源卡车电池包安装支架总成作为车身总成之一，其主要功能是固定蓄电池装置，以保证蓄电池为汽车正常行驶及车内电子系统正常运行供电。由于电池包支架的重量超过100kg，因此需要对其进行轻量化处理。实现轻量化的途径，通常是采用结构优化设计技术，即保证强度性能不变进行结构优化来进行减重。目前，大部分公司进行路谱采集，在电池包支架上粘贴加速度传感器，将获得的最大加速度来直接作为强度工况输入条件，然后在有限元模型中进行以最大加速度进行重力场分析。

然而，该方法将测量的电池包支架的绝对加速度作为边界条件，即忽视了电池包支架实际上是与悬挂系统一起运动的特征，没有以电池包支架和车架的相对加速度作为边界条件，而是以电池包支架相对地面的绝对加速度作为边界条件，导致模拟的工况环境与实际偏差较大，不利于轻量化分析优化处理。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的是为了解决现有技术中，在进行汽车电池包支架强度分析时，没有以电池包支架和车架的相对加速度作为边界条件，而是以电池包支架相对地面的绝对加速度作为边界条件，导致模拟的工况环境与实际偏差较大，不利于轻量化分析优化处理的问题。

本发明提出一种汽车电池包支架强度的分析方法，其中，所述方法包括如下步骤：

对所述电池包支架进行加速度路谱采集，以得到所述电池包支架的最大实测加速度；

对汽车车架系统内进行有限元分析，以得到对应的最大响应加速度，其中所述汽车车架系统包括汽车车架、设于所述汽车车架上的电池包支架以及设于所述电池包支架内的电池包；

根据所述最大实测加速度以及所述最大响应加速度计算得到路面激励值，并根据所述路面激励值计算得到对应的载荷边界值。

本发明提出的汽车电池包支架强度的分析方法，首先对汽车进行加速度路谱采集，也即进行数据实测，得到该电池包支架的最大实测加速度，然后对汽车车架系统建立有限元模型进行数据模拟，对汽车车架系统施加频率响应激励，得到对应的最大响应加速度，再根据上述的最大实测加速度以及最大响应加速度计算得到路面激励值，以最终计算得到电池包支架合适的载荷边界值。由于在本发明中，避免了将所实测得到的最大实测加速度作为边界条件，而是通过数据处理，以电池包支架与汽车车架的相对加速度作为边界条件，因此计算得到载荷边界值更加合理可信，从而提高对电池包支架轻量化优化的潜力。

所述汽车电池包支架强度的分析方法，其中，所述最大实测加速度包括x方向最大实测加速度，y方向最大实测加速度以及z方向最大实测加速度，所述最大响应加速度包括x方向最大响应加速度，y方向最大响应加速度以及z方向最大响应加速度。

所述汽车电池包支架强度的分析方法，其中，所述对汽车车架系统内进行有限元分析，以得到对应的最大响应加速度的方法包括如下步骤：

建立汽车车架系统有限元模型；

在所述汽车车架与汽车底盘之间施加频率响应激励，以得到所述电池包支架的所述最大响应加速度。

所述汽车电池包支架强度的分析方法，其中，所述根据所述最大实测加速度以及所述最大响应加速度计算得到路面激励值，并根据所述路面激励值计算得到对应的载荷边界值的方法包括如下步骤：

将所述最大实测加速度除以所述最大响应加速度以得到所述路面激励值；

将所述路面激励值乘以安全系数以得到所述载荷边界值。

所述汽车电池包支架强度的分析方法，其中，所述频率响应激励的范围为1～1.2g，所述安全系数的范围为1.25～1.35。

本发明还提出一种汽车电池包支架强度的分析系统，其中，包括：

数据采集模块，用于对所述电池包支架进行加速度路谱采集，以得到所述电池包支架的最大实测加速度；

建模分析模块，用于对汽车车架系统内进行有限元分析，以得到对应的最大响应加速度，其中所述汽车车架系统包括汽车车架、设于所述汽车车架上的电池包支架以及设于所述电池包支架内的电池包；

计算确认模块，用于根据所述最大实测加速度以及所述最大响应加速度计算得到路面激励值，并根据所述路面激励值计算得到对应的载荷边界值。

所述汽车电池包支架强度的分析系统，其中，所述最大实测加速度包括x方向最大实测加速度，y方向最大实测加速度以及z方向最大实测加速度，所述最大响应加速度包括x方向最大响应加速度，y方向最大响应加速度以及z方向最大响应加速度。

所述汽车电池包支架强度的分析系统，其中，所述建模分析模块包括：

模型建立单元，用于建立汽车车架系统有限元模型；

激励施加单元，用于在所述汽车车架与汽车底盘之间施加频率响应激励，以得到所述电池包支架的所述最大响应加速度。

所述汽车电池包支架强度的分析系统，其中，所述计算确认模块包括：

第一计算单元，用于将所述最大实测加速度除以所述最大响应加速度以得到所述路面激励值；

第二计算单元，用于将所述路面激励值乘以安全系数以得到所述载荷边界值。

所述汽车电池包支架强度的分析系统，其中，所述频率响应激励的范围为1～1.2g，所述安全系数的范围为1.25～1.35。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明第一实施例提出的汽车电池包支架强度的分析方法的流程图；

图2为本发明第二实施例提出的汽车电池包支架强度的分析方法的流程图；

图3为本发明第二实施例中最大实测加速度的谱图；

图4为本发明第二实施例中建立的有限元模型的结构示意图；

图5为本发明第二实施例中经有限元分析得到的x方向的最大加速度；

图6为本发明第三实施例提出的汽车电池包支架强度的分析系统的结构示意图；

图7为本发明第四实施例提出的汽车电池包支架强度的分析系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

目前，大部分公司进行路谱采集，在电池包支架上粘贴加速度传感器，将获得的最大加速度来直接作为强度工况输入条件，然后在有限元模型中进行以最大加速度进行重力场分析。

然而，该方法将测量的电池包支架的绝对加速度作为边界条件，即忽视了电池包支架实际上是与悬挂系统一起运动的特征，没有以电池包支架和车架的相对加速度作为边界条件，而是以电池包支架相对地面的绝对加速度作为边界条件，导致模拟的工况环境与实际偏差较大，不利于轻量化分析优化处理。

为了解决这一技术问题，本发明提出一种汽车电池包支架强度的分析方法，请参阅图1，对于本发明第一实施例提出的汽车电池包支架强度的分析方法，所述方法包括如下步骤：

s101，对所述电池包支架进行加速度路谱采集，以得到所述电池包支架的最大实测加速度。

对汽车而言，包括汽车车架，在该汽车车架上设有电池包支架。可以理解的，在电池包支架内安装有一电池包。在本步骤中，对电池包支架进行加速度路谱采集，也即进行路谱实测作业，得到电池包支架的最大实测加速度。

在此需要指出的是，上述的最大实测加速度指的是x方向、y方向以及z方向的最大实测加速度。此外，对电池包支架而言，在选取加速度测量点时，需保证在电池包支架左右两侧对称的位置进行选取。

s102，对汽车车架系统内进行有限元分析，以得到对应的最大响应加速度，其中所述汽车车架系统包括汽车车架、设于所述汽车车架上的电池包支架以及设于所述电池包支架内的电池包。

在实测得到了电池包支架各检测点的最大实测加速度之后，在本步骤中，对汽车车架系统进行有限元分析，对所建立的有限元模型施加一频率响应激励，以得到该车架系统中电池包支架响应的最大加速度。此处的最大加速度为最大响应加速度，是通过模型拟合构建得出的理论值，并将该理论值与步骤s101中的最大实测加速度进行比较，以得到更为准确的载荷边界条件。

s103，根据所述最大实测加速度以及所述最大响应加速度计算得到路面激励值，并根据所述路面激励值计算得到对应的载荷边界值。

进一步的，在得到了电池包支架的最大实测加速度以及最大响应加速度之后，在本步骤中，根据最大实测加速度以及最大响应加速度计算得到一路面激励值。具体的，将最大实测加速度除以最大响应加速度得到上述的路面激励值。为了提高汽车电池包支架的安全系数，在计算得到的路面激励值之后，在该路面激励值的基础上乘以一安全系数，得到对应的载荷边界值。并将该计算得到的载荷边界值作为电池包支架的载荷生产标准，而非现有技术中，直接将实测得到的电池包支架的最大实测加速度作为安全标准，提高了安全性能。

本发明提出的汽车电池包支架强度的分析方法，首先对汽车进行加速度路谱采集，也即进行数据实测，得到该电池包支架的最大实测加速度，然后对汽车车架系统建立有限元模型进行数据模拟，对汽车车架系统施加频率响应激励，得到对应的最大响应加速度，再根据上述的最大实测加速度以及最大响应加速度计算得到路面激励值，以最终计算得到电池包支架合适的载荷边界值。由于在本发明中，避免了将所实测得到的最大实测加速度作为边界条件，而是通过数据处理，以电池包支架与汽车车架的相对加速度作为边界条件，因此计算得到载荷边界值更加合理可信，从而提高对电池包支架轻量化优化的潜力。

下面以一个更加具体的实例对本发明的具体方案进行更加详细地叙述。请参阅2至图5，对于本发明第二实施例提出的汽车电池包支架强度的分析方法，其具体包括如下步骤：

s201，对电池包支架进行加速度路谱采集。

对汽车而言，包括汽车车架，在该汽车车架上设有电池包支架。可以理解的，在电池包支架内安装有一电池包。在本步骤中，对电池包支架进行加速度路谱采集，也即进行路谱实测作业，得到电池包支架的最大实测加速度。

其中，最大实测加速度包括x方向最大实测加速度，y方向最大实测加速度以及z方向最大实测加速度。此外，对电池包支架而言，在选取加速度测量点时，需保证在电池包支架左右两侧对称的位置进行选取。如图3所示，在本步骤中，所检测得到的电池包支架的x、y、z最大实测加速度分别为5.1g、5.8g以及10.2g。

s202，建立汽车车架系统有限元模型。

在本实施例中，汽车车架系统包括汽车车架、设于汽车车架上的电池包支架以及设于电池包支架内的电池包。对该汽车车架系统建立有限元模型，所建立的有限元模型如图4所示。

s203，在汽车车架与汽车底盘之间施加频率响应激励。

在建立了车架系统有限元模型之后，在汽车车架与汽车底盘之间施加一频率响应激励，也即模拟实际行车过程中路面的颠簸状况，对应的电池包支架会产生一频率响应。频率响应激励的范围为1～1.2g，在本步骤中，所施加的频率响应激励的值为1g。

s204，根据最大实测加速度以及最大响应加速度计算得到路面激励值。

需要指出的是，对最大实测加速度以及最大响应加速度而言，其均包含x方向，y方向以及z方向的三向加速度。在本实施例中，以x方向的加速度为例进行举例说明。

如上所述，上述最大实测加速度中，x方向的最大实测加速度为5.1g。请参阅图5，x方向的最大响应加速度为7.636g。在得到了某检测点的x方向对应的最大实测加速度以及最大响应加速度之后，将最大实测加速度处以最大响应加速度得到一路面激励值kx，也即：

kx＝5.1/7.636＝0.668g

s205，将路面激励值乘以安全系数以得到载荷边界值。

为了进一步保证电池包支架的安全系数，该安全系数的范围为1.25～1.35。在本实施例中，将路面激励值乘以安全系数以得到x方向上的载荷边界值，也即：

0.668*1.3＝0.868g

在本实施例中，将0.868g作为重力场x向的加速度边界条件，而非实测的5.1g加速度作为重力场的边界条件。同理，采用同样的方法可计算得到y方向以及z方向的载荷边界值。

请参阅图6，对于本发明第三实施例提出的汽车电池包支架强度的分析系统，其中，包括依次连接的数据采集模块11、建模分析模块12以及计算确认模块13；

其中所述数据采集模块11具体用于：

对所述电池包支架进行加速度路谱采集，以得到所述电池包支架的最大实测加速度；

所述建模分析模块12具体用于：

对汽车车架系统内进行有限元分析，以得到对应的最大响应加速度，其中所述汽车车架系统包括汽车车架、设于所述汽车车架上的电池包支架以及设于所述电池包支架内的电池包；

所述计算确认模块13具体用于：

根据所述最大实测加速度以及所述最大响应加速度计算得到路面激励值，并根据所述路面激励值计算得到对应的载荷边界值。

请参阅图7，对于本发明第四实施例提出的汽车电池包支架强度的分析系统，其中，包括依次连接的数据采集模块11、建模分析模块12以及计算确认模块13；

其中所述数据采集模块11具体用于：

对所述电池包支架进行加速度路谱采集，以得到所述电池包支架的最大实测加速度；

所述建模分析模块12具体用于：

对汽车车架系统内进行有限元分析，以得到对应的最大响应加速度，其中所述汽车车架系统包括汽车车架、设于所述汽车车架上的电池包支架以及设于所述电池包支架内的电池包；

所述建模分析模块12包括相互连接的模型建立单元121以及激励施加单元122；

其中模型建立单元121具体用于：

建立汽车车架系统有限元模型；

激励施加单元122具体用于：

在所述汽车车架与汽车底盘之间施加频率响应激励，以得到所述电池包支架的所述最大响应加速度。

所述计算确认模块13具体用于：

根据所述最大实测加速度以及所述最大响应加速度计算得到路面激励值，并根据所述路面激励值计算得到对应的载荷边界值。

所述计算确认模块13包括相互连接的第一计算单元131以及第二计算单元132；

所述第一计算单元131具体用于：

将所述最大实测加速度除以所述最大响应加速度以得到所述路面激励值；

所述第二计算单元132具体用于：

将所述路面激励值乘以安全系数以得到所述载荷边界值。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成。所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，包括上述方法所述的步骤。所述的存储介质，包括：rom/ram、磁碟、光盘等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。