基于Adams的電動(dòng)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

張珂 趙鵬飛 趙增耀 李重浩 陳文斌 童蕓

摘 要：電動(dòng)汽車動(dòng)力總成與傳統(tǒng)燃油汽車相比結(jié)構(gòu)差異較大，動(dòng)力總成的改變致使電動(dòng)汽車表現(xiàn)出了不同于傳統(tǒng)燃油汽車的NVH問題，動(dòng)力總成振動(dòng)對(duì)整車的NVH的影響很大程度上決定于動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，文章以某款電動(dòng)載貨汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)優(yōu)化為研究對(duì)象，利用仿真軟件Adams對(duì)兩種不同布置形式懸置系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)和振動(dòng)能量解耦率分析，選擇出合理的一套動(dòng)力總成懸置方案，并結(jié)合整車的NVH對(duì)動(dòng)力總成懸置墊塊的剛度進(jìn)行優(yōu)化，提升了整車的NVH性能，研究內(nèi)容對(duì)工程實(shí)際具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)；NVH；模態(tài)；解耦率

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）12-60-03

Abstract： Electric vehicle powertrain and traditional fuel vehicles compared to large differences in the structure， the powertrain changes resulting in electric car show NVH is different from the traditional fuel vehicles， Powertrain vibration effects on vehicle NVH depends largely on the design of powertrain mounting system， this paper makes a electric vehicle powertrain mounting system optimization as the research object， using the simulation software Adams， rigid modal and vibration energy decoupling of two different layout forms of suspension system， a reasonable choice of a powertrain mounting scheme， combined with the vehicle NVH for the powertrain mounting pad stiffness optimization， enhance the NVH performance of the vehicle， the research content has practical guiding significance for engineering.

Keywords： electric vehicle； power assembly suspension system； NVH； mode； decoupling rate

CLC NO.： U467 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-60-03

引言

電動(dòng)載貨汽車屬于新能源汽車，作為重要的物流運(yùn)輸車輛，其在應(yīng)對(duì)城市環(huán)境污染、能源危機(jī)方面有著巨大的優(yōu)勢，由于物流行業(yè)的快速發(fā)展，城市和城郊對(duì)電動(dòng)輕卡的需求量日益增長。加之國家對(duì)新能源汽車的的優(yōu)惠政策及運(yùn)營成本低等特點(diǎn)使電動(dòng)汽車越來越被人們接受，人們對(duì)電動(dòng)汽車的舒適性也提出更高的要求。

電動(dòng)載貨汽車的NVH性能主要取決于動(dòng)力總成的振動(dòng)、路面的激勵(lì)、駕駛室的激勵(lì)等，本篇文章主要從動(dòng)力總成振動(dòng)控制方面入手，利用Adams軟件優(yōu)化動(dòng)力總成懸置剛體模態(tài)，分析影響車輛行駛品質(zhì)的相關(guān)因素，從振動(dòng)的產(chǎn)生的根源上優(yōu)化懸置設(shè)計(jì)。

1 電動(dòng)載貨汽車優(yōu)化的基本目標(biāo)

由于電動(dòng)載貨汽車不使用傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，所以電動(dòng)載貨車的動(dòng)力總成振動(dòng)情況不同于傳統(tǒng)的燃油車輛，理論上應(yīng)該把電機(jī)所有工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)通過懸置系統(tǒng)加以阻隔[1]，從而降低傳遞給汽車底盤和車身的振動(dòng)，改善整車NVH性能。

懸置性能優(yōu)化主要是通過Adams軟件進(jìn)行仿真運(yùn)算和優(yōu)化使得動(dòng)力總成前六階模態(tài)分布合理并解耦，一般要達(dá)到如下兩點(diǎn)：

（1）懸置系統(tǒng)的振動(dòng)能量分布間隔大于1HZ；

（2）系統(tǒng)的前6階振型的能量解耦達(dá)到80%；

（3）前六階頻率盡可能避開電動(dòng)汽車車速激勵(lì)頻率和傳動(dòng)軸的二階頻率

2 某款電動(dòng)載貨車動(dòng)力總成懸置兩種布置形式

目前市場上常見的電動(dòng)車動(dòng)力懸置系統(tǒng)，有三點(diǎn)懸置[2]也有四點(diǎn)懸置，各主機(jī)廠家根據(jù)自己的總體布置和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)設(shè)計(jì)出不同的動(dòng)力總成懸置，某款商用車設(shè)計(jì)的方案有兩種，第一種方案（如圖1）是目前的在用方案，第二種方案（如圖2）為新設(shè)計(jì)的方案。

3 動(dòng)力總成剛體模態(tài)解耦分析

依照動(dòng)力線的布置角度，動(dòng)力總成的質(zhì)心位置，懸置軟墊連接的硬點(diǎn)位置和六方向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在Adams中建立簡化三維模型。

在Adams軟件里面設(shè)置好各個(gè)約束點(diǎn)，用Force→bushing 建立四個(gè)懸置橡膠軟墊，其三向初始剛度約為：X/Y向設(shè)置300N/mm；Z向設(shè)置1500N/mm，并依選擇Plugins→test→Vibration Analysis建立腳本文件，對(duì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)前六階模態(tài)進(jìn)行解耦仿真[3]。仿真結(jié)果如下表1、表2。

對(duì)比結(jié)論：兩種方案的各方向的解耦率較好，均大于80%，原方案X向的平動(dòng)和Y向的平動(dòng)模態(tài)頻率間隔0.01HZ，不滿足設(shè)計(jì)要求（前六階頻率間隔大于1HZ），新方案的頻率間隔滿足要求。

3.1 動(dòng)力總成懸置剛度優(yōu)化

本文參數(shù)化優(yōu)化是將幾個(gè)懸置的剛度設(shè)置成變量，將解耦值設(shè)置成優(yōu)化目標(biāo)[4]，通過變量的變化，找出最優(yōu)的一組剛度值，但是在采用此方法參數(shù)化優(yōu)化的時(shí)候，變量不宜太多，否則會(huì)有成百上千組優(yōu)化組合，仿真速度特別的慢。

目前對(duì)新方案（三點(diǎn)懸置）的剛度進(jìn)行優(yōu)化，將懸置軟墊的X、Y向的剛度設(shè)置為常數(shù)（300N/mm）、僅對(duì)Z向剛度設(shè)置為變量，各向解耦目標(biāo)值設(shè)置為大于80%進(jìn)行優(yōu)化，在ADAMS軟件環(huán)境中進(jìn)行優(yōu)化，得到以下幾組典型值，如表3。

運(yùn)行仿真時(shí)，發(fā)現(xiàn)Z向剛度從600N/mm向2000N/mm變化時(shí)各向最低的解耦率是逐步降低的，但是都是大于80%的。

3.2 由車速引起頻率激勵(lì)分析

電動(dòng)載貨汽車實(shí)際運(yùn)行過程中的頻率激勵(lì)有很大成度主要是由于車速的變化引起的[5]，其本質(zhì)是輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和傳動(dòng)軸的二階頻率。

車速引起的激勵(lì)與輪胎參數(shù)密切相關(guān)，我們所選輪胎規(guī)格為7.00R16，滾動(dòng)半徑為r=376.393mm，滾動(dòng)周長s=2364.95 mm，驅(qū)動(dòng)橋速比為i=4.33，推算相關(guān)激振頻率如右表4：

電動(dòng)載貨車車通常都是在鋪裝路面行駛的，據(jù)調(diào)查，常用車速一般都在40—70km/h（高速工況可能會(huì)達(dá)到90km/h），輪胎的激勵(lì)頻率都比較低，基本都在11HZ以下。不管是原方案還是新方案，動(dòng)力總成懸置剛體模態(tài)的最低頻率都大于11HZ，輪胎的激勵(lì)不會(huì)引起動(dòng)力總成的共振。

常用車速引起的傳動(dòng)軸二階頻率都在在40.7HZ以上，而橡膠軟墊的Z向剛度在600—750N/mm時(shí)，新方案剛體模態(tài)前6階頻率都低于40HZ，原狀態(tài)的剛體模態(tài)前六階頻率仍出現(xiàn)大于40HZ的值，顯然新方案的模態(tài)分析結(jié)果更具有優(yōu)勢可以有效的避免有傳動(dòng)軸二階頻率引起的共振。

4 動(dòng)力總成懸置優(yōu)化結(jié)論

通過以上分析和優(yōu)化，新方案（三點(diǎn)懸置）為本次動(dòng)力總成懸置最佳布置方案，墊剛度建議取值X/Y向：300N/mm； Z向取600—750N/mm；這樣新方案在解耦率方面是可以很好的滿足要求的（六方向解耦率均大于80%），且前六階頻率間隔大于1HZ，同時(shí)避開了常用車速下傳動(dòng)軸的二階頻率和輪胎激勵(lì)，有利于整車NVH性能的改善。

5 結(jié)束語

經(jīng)過以上分析，我們對(duì)不同形式動(dòng)力懸置系統(tǒng)的剛體模態(tài)和能量解耦分析，并且通過Adams軟件的懸置系統(tǒng)仿真和解耦計(jì)算，掌握了動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及關(guān)鍵點(diǎn)，為各類變型車設(shè)計(jì)及新車型開發(fā)提供了理論依據(jù)和設(shè)計(jì)參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙塹.純電動(dòng)汽車動(dòng)力懸置系統(tǒng)仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

[2] 范讓林，呂振華，汽車動(dòng)力總成三點(diǎn)式懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法探討[J].汽車工程，2005，27（3）：304-308.

[3] 周舟，王曉光等.基于MSC Adams/View的動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)輔助工程，2006，9（15）.

[4] 呂振華，范讓林.動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)振動(dòng)解耦設(shè)計(jì)方法.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2005，（04）.

[5] 于學(xué)華.燃料電池電機(jī)懸置系統(tǒng)的減震設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2008，27（10）：1136-1140.