电动汽车族动力总成部件模块的并行设计优化

我们提出了一种用于电动汽车族动力总成设计的建模与优化框架，重点在于电机与电池的并行尺寸确定。虽然针对每种车型定制这些部件模块可最小化能耗，但因需实现的部件模块种类多样，会导致高昂的生产成本，从而推高该车辆族的总拥有成本（TCO）。在此背景下，我们探索模块化与标准化策略：联合设计独特的电机与电池模块，安装于该族所有车辆中，并在需要时采用不同数量的模块。此方法提高了同一部件模块的生产批量，因规模经济（EoS）效应显著降低了制造成本，从而可能降低车辆族TCO。为求解所得的一刀切问题，我们构建了一个嵌套框架，其内层凸优化例程在给定的行驶循环与模块复用度下，联合优化模块尺寸与整个车辆族的动力总成运行；外层循环比较各配置以识别具全局最优性保证的最小TCO解。最后，我们在Tesla车辆族（含Model S、Model 3、Model X与Model Y）的基准设计问题中展示了该框架。结果表明，相较于单独定制设计，应用我们的并行设计优化框架在实现运营成本微小增加的同时显著降低了生产成本，最终使基准设计问题中车辆族TCO降低3.5%。