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車輛電動化與智能化進程中的輕量化設(shè)計——挑戰(zhàn)、路徑與方法 本書從新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的典型特征出發(fā),分析車輛在電動化和智能化進程中面臨的新的設(shè)計問題;以節(jié)能、安全和高效為目標(biāo),從系統(tǒng)角度闡述輕量化的內(nèi)涵,對機械領(lǐng)域、電氣領(lǐng)域、能源領(lǐng)域、智能控制領(lǐng)域的相關(guān)問題進行分析。本書具體內(nèi)容包括復(fù)雜物理系統(tǒng)的分析與設(shè)計、面向智能系統(tǒng)的廣義輕量化、電驅(qū)動系統(tǒng)輕量化設(shè)計方法、車輛結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計方法等。本書可為電動汽車和智能汽車的物理系統(tǒng)輕量化設(shè)計提供參考。 無 春秋戰(zhàn)國時期,對車輛設(shè)計就已有較為詳細的記載,《周禮·考工記》中記述了車輿的材料選用、制作方法和檢驗標(biāo)準(zhǔn)等,涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)等方面的知識和經(jīng)驗總結(jié)。車戰(zhàn)是春秋戰(zhàn)國時期的主要作戰(zhàn)方式之一,明末科學(xué)家宋應(yīng)星在《天工開物》中記載凡車?yán)衅降兀耪咔、晉、燕、齊之交,列國戰(zhàn)爭必用車,故千乘、萬乘之號起自戰(zhàn)爭國。戰(zhàn)車數(shù)量反映了當(dāng)時各國的綜合軍事實力。統(tǒng)一的選材、制作和檢驗標(biāo)準(zhǔn)推動了早期車輛的發(fā)展,實現(xiàn)了大規(guī)模手工制造的質(zhì)量一致性控制。在此后漫長的歷史進程中,車輛制造技術(shù)得到了進一步發(fā)展,逐漸應(yīng)用于各個領(lǐng)域。隨著第一次工業(yè)革命的深入和能源革命的興起,車輛的動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐曰剂蠟槟芰縼碓吹膬?nèi)燃機,這種不依靠外力實現(xiàn)自我驅(qū)動的車輛被稱為汽車(automotive vehicle)。進入現(xiàn)代社會后,金屬材料提高了汽車車身和底盤結(jié)構(gòu)的強度和耐久性,流水線和精益生產(chǎn)方式推動了生產(chǎn)效率和品質(zhì)的提升,F(xiàn)今,我國的汽車產(chǎn)銷量已經(jīng)連續(xù)多年位列世界首位,萬乘已不足以描述汽車產(chǎn)業(yè)在我國的發(fā)展盛況。汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展伴隨的是其對化石能源依賴程度的逐步提高。節(jié)約能源和減少碳排放已成為全球共識。對于常規(guī)燃油汽車,輕量化是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑。在對車輛結(jié)構(gòu)部件減重的過程中,使用輕質(zhì)材料、拓?fù)鋬?yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等成為常用的輕量化手段,在工業(yè)界得到大量的應(yīng)用,取得了良好的輕量化效果。工業(yè)革命和能源革命持續(xù)推動汽車產(chǎn)業(yè)向綠色低碳的方向發(fā)展,電動化和智能化為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了新的機遇。以機械系統(tǒng)為主要組成的常規(guī)燃油車輛正在向以電子電氣系統(tǒng)和信息物理系統(tǒng)為主要組成的智能電動車輛轉(zhuǎn)變。常規(guī)燃油車輛使用的結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計方法雖可以解決智能電動車輛節(jié)能減排過程中的一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計問題,卻難以解決與電動化和智能化特征相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計問題。本書將從系統(tǒng)的角度討論車輛電動化和智能化進程中面向節(jié)能減排的設(shè)計問題。系統(tǒng)思維是本書區(qū)別于結(jié)構(gòu)輕量化著作的顯著特征。書中內(nèi)容包括復(fù)雜物理系統(tǒng)的分析與設(shè)計、面向智能系統(tǒng)的廣義輕量化、電動系統(tǒng)輕量化設(shè)計、結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計等。目前汽車技術(shù)尚處于電動化和智能化進程的初級階段,更多的設(shè)計理念、設(shè)計方法和產(chǎn)品形態(tài)有待進一步發(fā)展。由于著者的水平和實踐經(jīng)驗有限,加之本書中的電動化和智能化設(shè)計技術(shù)是面向系統(tǒng)的設(shè)計分析技術(shù),不妥之處在所難免,敬請讀者批評指正。著者2021年11月 湖南大學(xué)機械與運載工程學(xué)院副教授,博士生導(dǎo)師。2014-2015年加拿大University of Waterloo機械工程系訪問學(xué)者。主要研究領(lǐng)域為新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的前沿技術(shù)研究,包括車輛結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與制造、電動汽車智能驅(qū)動與路徑規(guī)劃、整車熱管理與能量管理、能源-交通系統(tǒng)優(yōu)化等。主持國家自然科學(xué)基金2項和新能源汽車國家重點研發(fā)計劃子任務(wù)1項,作為參與人獲得國家科技進步二等獎1項和湖南省科技進步一等獎1項。 第1章緒論1
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