基于Adams的電動汽車動力總成懸置系統分析與優化設計

張珂 趙鵬飛 趙增耀 李重浩 陳文斌 童蕓

摘 要：電動汽車動力總成與傳統燃油汽車相比結構差異較大，動力總成的改變致使電動汽車表現出了不同于傳統燃油汽車的NVH問題，動力總成振動對整車的NVH的影響很大程度上決定于動力總成懸置系統的設計，文章以某款電動載貨汽車動力總成懸置系統優化為研究對象，利用仿真軟件Adams對兩種不同布置形式懸置系統進行了模態和振動能量解耦率分析，選擇出合理的一套動力總成懸置方案，并結合整車的NVH對動力總成懸置墊塊的剛度進行優化，提升了整車的NVH性能，研究內容對工程實際具有指導意義。

關鍵詞：電動汽車；動力總成懸置系統；NVH；模態；解耦率

中圖分類號：U467 文獻標識碼：B 文章編號：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

電動載貨汽車屬于新能源汽車，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及運營成本低等特點使電動汽車越來越被人們接受，人們對電動汽車的舒適性也提出更高的要求。

電動載貨汽車的NVH性能主要取決于動力總成的振動、路面的激勵、駕駛室的激勵等，本篇文章主要從動力總成振動控制方面入手，利用Adams軟件優化動力總成懸置剛體模態，分析影響車輛行駛品質的相關因素，從振動的產生的根源上優化懸置設計。

1 電動載貨汽車優化的基本目標

由于電動載貨汽車不使用傳統的燃油發動機，所以電動載貨車的動力總成振動情況不同于傳統的燃油車輛，理論上應該把電機所有工作轉速范圍內產生的振動通過懸置系統加以阻隔[1]，從而降低傳遞給汽車底盤和車身的振動，改善整車NVH性能。

懸置性能優化主要是通過Adams軟件進行仿真運算和優化使得動力總成前六階模態分布合理并解耦，一般要達到如下兩點：

（1）懸置系統的振動能量分布間隔大于1HZ；

（2）系統的前6階振型的能量解耦達到80%；

（3）前六階頻率盡可能避開電動汽車車速激勵頻率和傳動軸的二階頻率

2 某款電動載貨車動力總成懸置兩種布置形式

目前市場上常見的電動車動力懸置系統，有三點懸置[2]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，某款商用車設計的方案有兩種，第一種方案（如圖1）是目前的在用方案，第二種方案（如圖2）為新設計的方案。

3 動力總成剛體模態解耦分析

依照動力線的布置角度，動力總成的質心位置，懸置軟墊連接的硬點位置和六方向轉動慣量在Adams中建立簡化三維模型。

在Adams軟件里面設置好各個約束點，用Force→bushing 建立四個懸置橡膠軟墊，其三向初始剛度約為：X/Y向設置300N/mm；Z向設置1500N/mm，并依選擇Plugins→test→Vibration Analysis建立腳本文件，對動力總成懸置系統前六階模態進行解耦仿真[3]。仿真結果如下表1、表2。

對比結論：兩種方案的各方向的解耦率較好，均大于80%，原方案X向的平動和Y向的平動模態頻率間隔0.01HZ，不滿足設計要求（前六階頻率間隔大于1HZ），新方案的頻率間隔滿足要求。

3.1 動力總成懸置剛度優化

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

目前對新方案（三點懸置）的剛度進行優化，將懸置軟墊的X、Y向的剛度設置為常數（300N/mm）、僅對Z向剛度設置為變量，各向解耦目標值設置為大于80%進行優化，在ADAMS軟件環境中進行優化，得到以下幾組典型值，如表3。

運行仿真時，發現Z向剛度從600N/mm向2000N/mm變化時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分析

電動載貨汽車實際運行過程中的頻率激勵有很大成度主要是由于車速的變化引起的[5]，其本質是輪胎的轉動頻率和傳動軸的二階頻率。

車速引起的激勵與輪胎參數密切相關，我們所選輪胎規格為7.00R16，滾動半徑為r=376.393mm，滾動周長s=2364.95 mm，驅動橋速比為i=4.33，推算相關激振頻率如右表4：

電動載貨車車通常都是在鋪裝路面行駛的，據調查，常用車速一般都在40—70km/h（高速工況可能會達到90km/h），輪胎的激勵頻率都比較低，基本都在11HZ以下。不管是原方案還是新方案，動力總成懸置剛體模態的最低頻率都大于11HZ，輪胎的激勵不會引起動力總成的共振。

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

4 動力總成懸置優化結論

通過以上分析和優化，新方案（三點懸置）為本次動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，同時避開了常用車速下傳動軸的二階頻率和輪胎激勵，有利于整車NVH性能的改善。

5 結束語

經過以上分析，我們對不同形式動力懸置系統的剛體模態和能量解耦分析，并且通過Adams軟件的懸置系統仿真和解耦計算，掌握了動力總成懸置系統的設計思路及關鍵點，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。

參考文獻

[1] 趙塹.純電動汽車動力懸置系統仿真與優化設計[D].武漢：武漢理工大學，2012.

[2] 范讓林，呂振華，汽車動力總成三點式懸置系統的設計方法探討[J].汽車工程，2005，27（3）：304-308.

[3] 周舟，王曉光等.基于MSC Adams/View的動力總成懸置系統匹配設計[J].計算機輔助工程，2006，9（15）.

[4] 呂振華，范讓林.動力總成懸置系統振動解耦設計方法.機械工程學報，2005，（04）.

[5] 于學華.燃料電池電機懸置系統的減震設計與分析[J].機械科學與技術，2008，27（10）：1136-1140.