電動汽車動力總成懸置系統(tǒng)靜特性設(shè)計論析

曾令長 張?zhí)?/p>

摘 要：論述了電動汽車動力總成懸置系統(tǒng)靜特性一般設(shè)計原理。從動力總成懸置的功能出發(fā)，對動力總成懸置系統(tǒng)的靜剛度曲線進(jìn)行初步設(shè)計；再從電機(jī)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的扭矩變化差異出發(fā)，優(yōu)化各懸置的靜剛度曲線，以解決電動汽車瞬時動載荷過大引起的異音、高成本課題。文中論述的電動汽車動力總成懸置系統(tǒng)靜特性設(shè)計思想和方法，對電動汽車動力總成懸置系統(tǒng)的設(shè)計具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電動汽車；動力總成懸置

中圖分類號：U461.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2019）01-0026-04

Abstract： The general design principle of static characteristics of powertrain mounting system for electric vehicle is discussed. Starting from the basic function of powertrain mounting system， the static stiffness curve of powertrain mounting system is preliminarily designed. And then in consideration of the torque variation difference between electric motor and traditional internal combustion engine， static stiffness curve of mounting is optimized in order to solve the problem of abnormal noise and high cost caused by excessive transient dynamic load of electric vehicle. The static characteristics design intent and method of powertrain mounting system for electric vehicle are discussed in this paper， which could be a referring for the design of powertrain mounting system of electric vehicle.

Key Words： electric vehicle； powertrain mounting

1 前言

隨著全世界各國越來越關(guān)注環(huán)境變化，世界各國都紛紛出臺了減少二氧化碳排放的規(guī)定。在汽車行業(yè)領(lǐng)域，電動汽車作為應(yīng)對嚴(yán)格的碳排放規(guī)定的有效措施，各汽車廠商對混合動力車（HEV）和純電動汽車（EV）等電動汽車寄予厚望，紛紛提出大力推廣電動汽車發(fā)展的戰(zhàn)略。

動力總成懸置，對動力總成起著承載和隔振的雙重機(jī)能。靜特性是動力總成懸置的非常重要的特性之一，包含靜剛度（ks）及靜剛度曲線。本文綜合考慮傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)（ICE）汽車和電動汽車的異同點，提出了電動汽車懸置系統(tǒng)的靜特性設(shè)計方法。

2 懸置系統(tǒng)的靜特性

進(jìn)行動力總成的振動控制設(shè)計時，將動力總成視為剛體，由n（n≥3）個懸置承載于車身或副車架上。懸置簡化為具有剛度和阻尼的元件，分別在3個互相垂直的彈性主軸方向（ui、vi和wi方向）有不同的剛度和阻尼，見圖1：

由于動力總成的限位要求，懸置在其3個彈性主軸方向的力-位移曲線為非線形曲線，為了表述的方便，可用5段線性曲線表示。如圖2所示，直線段的斜率k3即為靜剛度（ks），b、c點為軟拐點，a、d點為硬拐點，k2和k4為常用加減速工況；k1、k5為大扭矩加減速工況，主要考慮動力總成在機(jī)艙內(nèi)的限位[1]。

3 靜特性設(shè)計

3.1 靜剛度（ks）

通過Adams CarView建立動力總成懸置系統(tǒng)模型，最大輸出扭矩統(tǒng)一為7500Nm，以達(dá)到峰值扭矩時間為變化點，對比后扭力桿處整車X向的最大受力進(jìn)行仿真分析；如圖4，達(dá)到峰值扭矩時間分別設(shè)定為0.3s、1.0s、10.0s時，后扭力桿處最大動態(tài)載荷基本相同，為15.2KN；而達(dá)到峰值扭矩時間為0.1s時，后扭力桿處最大動態(tài)載荷為35.5KN，為前者的2.3倍。這將帶來很嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題；同時容易引起懸置安裝部位產(chǎn)生滑移，出現(xiàn)螺紋松動、異音等不良。如果對動載荷過達(dá)的問題進(jìn)行結(jié)構(gòu)補強(qiáng)，將因?qū)Σ邔?dǎo)致車輛成本的上漲。此外，急加速工況下懸置橡膠間的沖擊感將很容易被乘客感知，影響整車品質(zhì)。

上述課題，通過修改控制邏輯（ECU），調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)子扭矩輸出曲線，可解決動態(tài)載荷過大的課題，但同時會降低電動汽車的加速感等客戶體驗。

基于EV（HEV）扭矩輸出特點，提出通過優(yōu)化靜剛度曲線，合理減少靜剛度曲線k3段長度，優(yōu)化k1、k2、k4、k5斜率，以減少動態(tài)力及加速沖擊感。 如圖5所示，轉(zhuǎn)子最大輸出扭矩同樣為7500Nm，達(dá)到峰值扭矩時間為0.1s，通過不斷優(yōu)化靜剛度曲線，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的最終靜剛度曲線，后扭力桿處最大動態(tài)載荷由35.5KN減小到17.3KN。

輸入建立的動力總成懸置系統(tǒng)模型中，圖6中，電動力最大扭矩為3500Nm，后扭力桿最大動態(tài)載荷為8.7KN，與圖5中仿真吻合（2.1倍關(guān)系），假想成立。

4 結(jié)論

考慮電動汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的相同點，通過先將動力總成懸置系統(tǒng)簡化為在其3個彈性主軸方向的剛度，優(yōu)化動力總成6個固有模態(tài)，確定靜剛度值ks，再根據(jù)初步擬定的各懸置靜剛度曲線，校核電動汽車動力總成的平動位移和轉(zhuǎn)動位移，基本可確定電動汽車動力總成懸置系統(tǒng)靜特性[5]。同時考慮電機(jī)比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的扭矩變化快的特點，通過正弦輸入模擬計算各懸置的動態(tài)載荷，不斷優(yōu)化靜剛度曲線（拐點斜率），保證瞬時動態(tài)力不會導(dǎo)致懸置出現(xiàn)滑移異音、大沖擊感、甚至出現(xiàn)金屬性破壞等現(xiàn)象出現(xiàn)。最終解決電動汽車動力總成懸置系統(tǒng)靜特性設(shè)計課題。

參考文獻(xiàn)：

[1]上官文斌，等.汽車動力總成懸置系統(tǒng)位移控制設(shè)計計算方法，2006：1-2.

[2]上官文斌，蔣學(xué)峰.發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].汽車工程，1992，14（2）：103-110.

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[4]錢振為，徐石安，陳立明.汽車發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動態(tài)參數(shù)的選擇與子系統(tǒng)之間的匹配[J].汽車工程.1988，10（4）.

[5][日]小林明.汽車振動學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.