純電動(dòng)汽車后副車架懸置支架研究
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隨著國家“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，見表5。
三、結(jié)論
通過對(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大，同時(shí)避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)NVH問題。
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