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純電動(dòng)汽車后副車架懸置支架研究

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純電動(dòng)汽車后副車架懸置支架研究

隨著國(guó)家“碳中和”目標(biāo)的提出,新能源汽車在沿海城市將成為出行的首選。汽車不斷更新?lián)Q代,市場(chǎng)將有大量的新能源車型。純電動(dòng)汽車續(xù)駛里程不斷增加,電池容量及電池包體積逐漸加大,前驅(qū)布置的動(dòng)力總成已不適合中高端電動(dòng)汽車底盤平臺(tái)。全新電動(dòng)汽車底盤平臺(tái),動(dòng)力總成多采用后驅(qū)驅(qū)動(dòng),舊平臺(tái)懸置兩點(diǎn)布置在車身,一點(diǎn)布置在后副車架上的方案已經(jīng)逐步被淘汰,新的純電動(dòng)懸置的三個(gè)固定點(diǎn)均布置在后副車架上,本文通過(guò)對(duì)后副車架懸置支架動(dòng)靜剛度研究分析,可為純電動(dòng)平臺(tái)后副車架懸置支架剛度目標(biāo)值,提供準(zhǔn)確性設(shè)定及技術(shù)支持,從而避免NVH問(wèn)題的產(chǎn)生。

一、后副車架有限元模型建立

后副車架數(shù)據(jù)采用三維設(shè)計(jì)CATIA軟件設(shè)計(jì)完成,后驅(qū)動(dòng)電機(jī)懸置與后副車架三點(diǎn)連接,如圖1所示。使用Hypermesh對(duì)后副車架三維數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,殼單元類型為Quad4,Tria3,單元網(wǎng)格為5mm×5mm,殼單元數(shù)量78620,實(shí)體單元類型為Tria4,尺寸為5mm×5mm,數(shù)量3016,材料為QSTE420,密度為7.850e3kg/m³,楊氏模量2.1e11N/㎡,泊松比0.3,如表1所示。

二、后副車架懸置支架靜剛度、動(dòng)剛度計(jì)算

1.靜剛度加載及約束

對(duì)后副車架網(wǎng)格添加約束和載荷,后副車架無(wú)襯套剛性連接,約束后副車架與車身4個(gè)安裝點(diǎn)的1~6自由度,在后副車架懸置支架硬點(diǎn)位置X、Y和Z三個(gè)方向分別施加1kN的載荷,靜剛度按照公式Ki=Fi/Si計(jì)算,其中Ki為支架靜剛度,F(xiàn)i為各項(xiàng)施加載荷,Si為單位載荷下的位移量,如表2所示。對(duì)后副車架網(wǎng)格施加約束及載荷,如圖2所示。

2.靜剛度分~析結(jié)果

通過(guò)有限元計(jì)算分析,后副車架三個(gè)懸置固定支架靜剛度計(jì)算結(jié)果如下:1)左懸置支架在X方向的計(jì)算結(jié)果為15380N/mm,在Y方向的計(jì)算結(jié)果為8979N/mm,在Z方向的計(jì)算結(jié)果為15323N/mm,分別都達(dá)到目標(biāo),判定合格。2)右懸置支架在X方向的計(jì)算結(jié)果為15384N/mm,在Y方向的計(jì)算結(jié)果為8979N/mm,在Z方向的計(jì)算結(jié)果為15330N/mm,分別都達(dá)到目標(biāo),判定合格。3)后懸置支架在X方向的計(jì)算結(jié)果為17710N/mm,在Y方向的計(jì)算結(jié)果為110643N/mm,在Z方向的計(jì)算結(jié)果為26099N/mm,分別都達(dá)到目標(biāo),判定合格。

3.動(dòng)剛度加載及約束

后副車架懸置支架動(dòng)剛度計(jì)算分析,需要對(duì)劃分后的后副車架網(wǎng)格添加約束和載荷,后副車架無(wú)襯套剛性連接,約束后副車架與車身4個(gè)安裝點(diǎn)1~6的自由度,在懸置支架位置X、Y和Z三個(gè)方向分別施加單位力載荷,計(jì)算20~200Hz的平均動(dòng)剛度KD1,如表3所示。

4.動(dòng)剛度分析結(jié)果

通過(guò)有限元計(jì)算分析,后副車架上的三個(gè)懸置支架動(dòng)剛度計(jì)算結(jié)果如下:1)左懸置支架在X方向的計(jì)算結(jié)果為14585N/mm,在Y方向的計(jì)算結(jié)果為8549N/mm,在Z方向的計(jì)算結(jié)果為11413N/mm,分別都達(dá)到目標(biāo),判定合格。2)右懸置支架在X方向的計(jì)算結(jié)果為14589N/mm,在Y方向的計(jì)算結(jié)果為8549N/mm,在Z方向的計(jì)算結(jié)果為11423N/mm,分別都達(dá)到目標(biāo),判定合格。算結(jié)果為14434N/mm,在Y方向的計(jì)算結(jié)果為93335N/mm,在Z方向的計(jì)算結(jié)果為15540N/mm,分別都達(dá)到目標(biāo),判定合格。

5.后副車架懸置支架動(dòng)靜剛度比研究

后副車架懸置支架動(dòng)剛度和靜剛度計(jì)算結(jié)果分析完成后,對(duì)動(dòng)靜剛度進(jìn)行對(duì)比分析,得出懸置支架動(dòng)靜比均值為0.838,可得出懸置支架無(wú)動(dòng)剛度遲滯現(xiàn)象,且隨著振動(dòng)頻率的增加,懸置動(dòng)剛度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。后副車架懸置支架動(dòng)靜剛度比值如表4所示。三、懸置襯套剛度與懸置支架剛度分析依據(jù)整車目標(biāo)要求,驅(qū)動(dòng)電機(jī)解耦率要求≥80%的目標(biāo),通過(guò)解耦分析計(jì)算可得出懸置襯套各方向的動(dòng)剛度要求,依據(jù)襯套隔振率需求,后副車架襯套動(dòng)剛度與懸置襯套動(dòng)剛度的目標(biāo)比值是20倍,見(jiàn)表5。

三、結(jié)論

通過(guò)對(duì)純電動(dòng)汽車后副車架懸置支架動(dòng)靜剛度分析研究,得出懸置支架動(dòng)靜剛度平均比值為0.838,通過(guò)解耦率計(jì)算出懸置襯套動(dòng)剛度后,依據(jù)隔振率要求,后副車架懸置支架動(dòng)剛度與懸置襯套動(dòng)剛度20倍比值關(guān)系,確定后副車架懸置支架的動(dòng)剛度,再依據(jù)后副車架懸置支架動(dòng)靜剛度比值,確定后副車架懸置支架靜剛度目標(biāo)值,以此得到的后副車架懸置支架動(dòng)剛度目標(biāo)值較為準(zhǔn)確,可避免后副車架懸置支架剛度不足或者剛度過(guò)大,同時(shí)避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)NVH問(wèn)題。

作者:聶延志 江慶飛 吳毅 朱登火 孔凡永 單位:合眾新能源汽車有限公司