基于ANSYS workbench電動輕卡總成懸置系統支架結構的分析

楊含笑，童蕓，趙文虎，楊軍鋒，陳英宏

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710200）

引言

電動載貨車屬于新能源汽車，作為重要的物流運輸車輛，其在應對城市環境污染、能源危機方面有著巨大的優勢，由于物流行業的快速發展，城市和城郊對電動輕卡的需求量日益增長。加之國家對新能源汽車的的優惠政策、其采購及運營成本低等特點使電動汽車出現大幅增長，人們對電動輕卡的續駛里程提出了更高的要求。

電動車的續駛里程主要取決電池的能量和整車的整備質量，本篇文章主要從動力總成的的結構強度優化方面分析不同結構動力總成懸置支架的強度，擇取自重較輕，支架柔性體模態符合整車NVH設計要求的方案。

1 某款電動輕卡動力總成懸置布置形式

電機和變速箱通過支架被連接在幾個橡膠軟墊上。所以懸置系統必須具有控制電機相對運動和位移的功能，使動力總成始終保持在相對穩定位置上。

車輛在行駛過程中同時承受著動態負荷和沖擊負荷，懸置系統應具有保護動力總成的能力，防止電機和變速箱上個別部位因承受過大沖擊載荷而損壞[1]。因此要求動力總成懸置要有足夠的機械強度。

動力總成懸置系統的結構構架如圖 1，目前市場上常見的電動車動力懸置系統，有三點懸置也有四點懸置，各主機廠家根據自己的總體布置和產品結構的自身特點設計出不同的動力總成懸置。陜汽某款商用車設計的方案有兩種，第一種方案（如圖2）是目前的在用方案，第二種方案（如圖3）為新設計的方案，較第一種方案，第二種方案由于是三點懸置，使得其安裝更為簡便，成本更為低廉[2]。

圖1 動力總成懸置系統結構構架

圖2 四點懸置（原方案）

圖3 三點懸置（新方案）

2 載荷分析

動力總成懸置支架主要承受動力總成的重力、沖擊載荷及動力總成的傾覆力矩，主要載荷參數見下表1。

表1 動力總成質量參數表

電機最大扭矩 380N.m，變速箱 1檔速是最大速比為4.655，動力系統的傾覆力矩為：Mq=Tmax*imax380×4.655=1632.8N.m。

分以下五種工況進行分析[3]

工況1：道路不平引起垂向沖擊負荷2.5G

工況2：車輛加速時沖擊負荷1.5G

工況3：車輛制動時向前沖擊負荷1.5G

工況4：車輛轉彎時側向沖擊1.5G

工況5：傾覆力矩+垂向沖擊2.5

圖4 動力總成坐標系定義

在ANSYS workbench界面中從左側選中Static Structural模塊拖入右側主工作區，設置材料為Q235，在Static Structural中依次調入模型，劃分網格，施加約束和載荷，將應力Equivalent和總變形Total Deformation設置為求解對象分析結果如下表2。

表2 兩種方案受力分析結果列表

兩種方案的機械結構均是在上述工況5的條件下，出現了最大應力和變形。（見圖5，圖6……圖10）

圖5 對原方案施加工況5載荷條件

圖6 原方案在工況5下的應力云圖

圖7 原方案在工況5下的變形云圖

圖8 對新方案施加工況5載荷條件

圖9 新方案在工況5下的應力云圖

圖10 新方案在工況5下的變形云圖

方案比較：原方案動力懸置總成總重20kg，新方案動力懸置總成15.8kg，新方案在更輕量化的結構下受力情況也比原方案更為改善。

3 動力總成懸置支架柔性體模態分析

通過ANSYS workbench中Modal模塊的對動力總成懸置支架前6階模態頻率仿真分析，如下圖11，圖12。

圖11 原方案動力總成懸置支架模態頻率

圖12 新方案動力總成懸置支架模態頻率

原狀態：在常用車速時，由于車速引起的車輪激勵和傳動軸二階頻率都集中在100HZ以內，支架的前3階模態頻率處于（40-92HZ）的頻段范圍內，會引起動力總成懸置支架的共振。

新方案：支架的前6階模態頻率大于170HZ。在常用車速時，此頻段與傳動軸二階頻率和輪胎激勵頻率完全沒有的重合。不易引起共振有利于NVH性能的提升。

4 動力總成懸置優化結論

新方案（三點懸置）為本次動力總成懸置最佳布置方案，（三點懸置總重15.8kg）比原方案（四點懸置20kg）有更輕的重量，而且懸置支架的受力情況更為改善。

5 結束語

經過以上分析，我們通過ANSYS workbench軟件對不同形式動力懸置系統的結構強度及固有模態分析，選擇出了較好的懸置支架布置方案，掌握了動力總成懸置系統的設計思路及關鍵點，改善懸置系統的設計方法，提高設計質量，為各類變型車設計及新車型開發提供了理論依據和設計參考。