基于Adams的电动汽车动力总成悬置系统分析与优化设计

作者：张 珂
单位：陕西汽车控股集团有限公司
研究方向：车辆动力悬置设计

引言

电动载货汽车属于新能源汽车，作为重要的物流运输车辆，其在应对城市环境污染、能源危机方面有着巨大的优势，由于物流行业的快速发展，城市和城郊对电动轻卡的需求量日益增长。加之国家对新能源汽车的的优惠政策及运营成本低等特点使电动汽车越来越被人们接受，人们对电动汽车的舒适性也提出更高的要求。

电动载货汽车的NVH性能主要取决于动力总成的振动、路面的激励、驾驶室的激励等，本篇文章主要从动力总成振动控制方面入手，利用Adams软件优化动力总成悬置刚体模态，分析影响车辆行驶品质的相关因素，从振动的产生的根源上优化悬置设计。

1 电动载货汽车优化的基本目标

由于电动载货汽车不使用传统的燃油发动机，所以电动载货车的动力总成振动情况不同于传统的燃油车辆，理论上应该把电机所有工作转速范围内产生的振动通过悬置系统加以阻隔，从而降低传递给汽车底盘和车身的振动，改善整车NVH性能。

悬置性能优化主要是通过Adams软件进行仿真运算和优化使得动力总成前六阶模态分布合理并解耦，一般要达到如下两点：
（1）悬置系统的振动能量分布间隔大于1HZ；
（2）系统的前6阶振型的能量解耦达到80%；
（3）前六阶频率尽可能避开电动汽车车速激励频率和传动轴的二阶频率

2 某款电动载货车动力总成悬置两种布置形式

目前市场上常见的电动车动力悬置系统，有三点悬置也有四点悬置，各主机厂家根据自己的总体布置和产品结构的自身特点设计出不同的动力总成悬置，某款商用车设计的方案有两种，第一种方案（如图1）是目前的在用方案，第二种方案（如图2）为新设计的方案。




3 动力总成刚体模态解耦分析
依照动力线的布置角度，动力总成的质心位置，悬置软垫连接的硬点位置和六方向转动惯量在Adams中建立简化三维模型。

在Adams软件里面设置好各个约束点，用Force→bushing建立四个悬置橡胶软垫，其三向初始刚度约为：X/Y向设置300N/mm；Z向设置1500N/mm,并依选择Plugins→test→VibrationAnalysis建立脚本文件，对动力总成悬置系统前六阶模态进行解耦仿真[3]。仿真结果如下表1、表2。





对比结论：两种方案的各方向的解耦率较好，均大于80％，原方案X向的平动和Y向的平动模态频率间隔0.01HZ,不满足设计要求（前六阶频率间隔大于1HZ）,新方案的频率间隔满足要求。

2.3动力总成悬置刚度优化
本文参数化优化是将几个悬置的刚度设置成变量，将解耦值设置成优化目标[4]，通过变量的变化，找出最优的一组刚度值，但是在采用此方法参数化优化的时候，变量不宜太多，否则会有成百上千组优化组合，仿真速度特别的慢。

目前对新方案（三点悬置）的刚度进行优化，将悬置软垫的X、Y向的刚度设置为常数(300N/mm)、仅对Z向刚度设置为变量，各向解耦目标值设置为大于80％进行优化，在ADAMS软件环境中进行优化，得到以下几组典型值，如表3。



3.4由车速引起频率激励分析运行仿真时，发现Z向刚度从600N/mm向2000N/mm变化时各向最低的解耦率是逐步降低的，但是都是大于80％的。

电动载货汽车实际运行过程中的频率激励有很大成度主要是由于车速的变化引起的，其本质是轮胎的转动频率和传动轴的二阶频率。

车速引起的激励与轮胎参数密切相关，我们所选轮胎规格为7.00R16，滚动半径为r=376.393mm，滚动周长s=2364.95mm，驱动桥速比为i=4.33，推算相关激振频率如右表4：



常用车速引起的传动轴二阶频率都在在40.7HZ以上，而橡胶软垫的Z向刚度在600—750N/mm时，新方案刚体模态前6阶频率都低于40HZ,原状态的刚体模态前六阶频率仍出现大于40HZ的值，显然新方案的模态分析结果更具有优势可以有效的避免有传动轴二阶频率引起的共振。电动载货车车通常都是在铺装路面行驶的，据调查，常用车速一般都在40—70km/h（高速工况可能会达到90km/h），轮胎的激励频率都比较低，基本都在11HZ以下。不管是原方案还是新方案，动力总成悬置刚体模态的最低频率都大于11HZ,轮胎的激励不会引起动力总成的共振。

4 动力总成悬置优化结论

通过以上分析和优化，新方案（三点悬置）为本次动力总成悬置最佳布置方案，垫刚度建议取值X/Y向：300N/mm； Z向取600—750N/mm；这样新方案在解耦率方面是可以很好的满足要求的（六方向解耦率均大于80％），，且前六阶频率间隔大于1HZ，同时避开了常用车速下传动轴的二阶频率和轮胎激励，有利于整车NVH性能的改善。

5 结束语

经过以上分析，我们对不同形式动力悬置系统的刚体模态和能量解耦分析，并且通过Adams软件的悬置系统仿真和解耦计算，掌握了动力总成悬置系统的设计思路及关键点，为各类变型车设计及新车型开发提供了理论依据和设计参考。