基于聚酰胺材料的純電動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)應(yīng)用研究

黃協(xié)京

摘 要：針對新能源汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)，利用Adams多體動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行建模計(jì)算，匹配優(yōu)化懸置系統(tǒng);通過對比分析金屬支架懸置和聚酰胺支架懸置的重量、成本及隔振率測試結(jié)果，得出以下結(jié)論：（1）聚酰胺懸置尺寸比金屬支架懸置不會明顯增加，可以不改變現(xiàn)在布置空間的情況應(yīng)用;（2）在滿足整車設(shè)計(jì)要求的前提下，聚酰胺懸置相對傳統(tǒng)材料的金屬懸置重量減少約37%～50%，成本降低約10%～28%;（3）聚酰胺材料懸置支架的減震效果優(yōu)于鈑金懸置支架。

關(guān)鍵詞：聚酰胺 懸置支架 輕量化 隔振率

Pure Electric Power train Based on Poly-amide Material——Research on the Application of Mounting System

Huang Xiejing

Abstract：For the new energy vehicle power train suspension system， the Adams multi-body dynamics software is used to perform modeling calculations to match and optimize the suspension system. The article compares and analyzes the weight， cost and separation of metal bracket suspension and polyamide bracket suspension vibration rate test results， and the following conclusions are drawn： （1） The size of polyamide suspension will not increase significantly than that of metal bracket suspension， and it can be applied without changing the current layout space; （2） Under the premise of meeting the requirements of vehicle design， compared with the metal suspension of traditional materials， the weight of polyamide suspension is reduced by about 37%-50%， and the cost is reduced by about 10%-28%; （3） The shock absorption effect of polyamide suspension bracket is better than that of sheet metal suspension bracket.

Key words：polyamide， suspension bracket， lightweight， vibration isolation rate

1 引言

懸置系統(tǒng)主要用于支撐動(dòng)力總成，同時(shí)具有減緩?fù)饨鐚?dòng)力總成的沖擊和隔離動(dòng)力總成噪聲與振動(dòng)的作用，由支架和彈性元件組成。傳統(tǒng)的支架通常為金屬材質(zhì)，但隨著新能源汽車輕量化和節(jié)能要求的提高，工程塑料應(yīng)運(yùn)而生[1]。保時(shí)捷采用的塑料扭矩桿，減重效果明顯;通用某車型采用工程塑料擺動(dòng)支架，相對于原來壓鑄鋁產(chǎn)品減重45%;寶馬某車型的塑料變速器橫梁支架，達(dá)到了50%減重效果[2]。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與生產(chǎn)制造水平的提高，巴斯夫于針對汽車工業(yè)發(fā)布了幾種新型工程塑料，其中，長玻纖增強(qiáng)聚酰胺具有高抗沖擊能力，可應(yīng)用于動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)，抗沖擊的同時(shí)又具備良好的降噪效果[3]。

本文針對某新能源汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)，利用Adams多體動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行建模，通過優(yōu)化懸置系統(tǒng)參數(shù)從而滿足解耦率和固有頻率需求;利用Hyperworks軟件進(jìn)行強(qiáng)度分析，保證零件滿足整車壽命要求;最后，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。對金屬支架懸置和聚酰胺支架懸置進(jìn)行對比分析。

2 懸置系統(tǒng)的匹配計(jì)算

2.1 建立模型

采用三點(diǎn)式動(dòng)力懸置布置型式，動(dòng)力總成通過左右懸置與車身連接，底部通過抗扭拉桿與副車架連接。將動(dòng)力總成簡化為剛體，采用Adams多體動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行建模[4]，模型如圖1所示。

2.2 固有頻率解耦率計(jì)算與優(yōu)化

采用相同的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)及布置坐標(biāo)進(jìn)行固有頻率和解耦率計(jì)算結(jié)果如表1所示。電動(dòng)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)匹配時(shí)，要考慮與人體敏感頻率的避讓，還要考慮與空調(diào)壓縮機(jī)、冷卻風(fēng)扇、車身、懸架等零部件的工作頻率進(jìn)行模態(tài)分離，此外，還要考慮電動(dòng)汽車對瞬態(tài)扭矩沖擊振動(dòng)的控制。

2.3 工況分析

按照通用汽車公司的設(shè)計(jì)規(guī)范中定義的28工況[5]進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。計(jì)算得出動(dòng)力總成的最大位移如表2所示，滿足常規(guī)布置要求。

3 懸置支架設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析

零件設(shè)計(jì)方案如表3所示，方案一選用傳統(tǒng)金屬材料，支架用鈑金材料，左右懸置托臂采用高壓鑄鋁;方案二選用工程塑料，支架和托臂均采用聚酰胺材料。采用相同的提取載荷進(jìn)行工況強(qiáng)度分析。

利用HyperMesh軟件對懸置支架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用Optistruct計(jì)算懸置支架強(qiáng)度[6-7]，材料信息如表4所示，強(qiáng)度分析結(jié)果如表5所示，滿足設(shè)計(jì)要求。

金屬支架與聚酰胺支架的重量與價(jià)格對比如表3所示。聚酰胺左懸置比金屬方案減重41.5%，降本13%;聚酰胺右懸置比金屬方案減重37.3%，降本10%;聚酰胺后懸置塑料方案比金屬方案減重50.4%，降本28%。所以，在滿足整車設(shè)計(jì)要求的前提下，聚酰胺懸置相對傳統(tǒng)材料的金屬懸置在重量和成本方面均有比較明顯的優(yōu)勢。

4 驗(yàn)證

搭載整車，利用加速度傳感器測試了兩種方案懸置Z向隔振率。方案一金屬支架懸置和方案二塑料支架懸置的隔振率隨著車速的增加，變化趨勢基本一致。其中，懸置塑料支架懸置的隔振率優(yōu)于金屬支架懸置，可見，聚酰胺材料具有二級隔振效果。

5 結(jié)語

通過對新能源汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的研究，得出以下結(jié)論：

（1）聚酰胺懸置尺寸比金屬支架懸置不會明顯增加，可以不改變現(xiàn)在布置空間的情況應(yīng)用;（2）在滿足整車設(shè)計(jì)要求的前提下，聚酰胺懸置相對傳統(tǒng)材料的金屬懸置重量減少約37%～50%，成本降低約10%～28%;（3）懸置塑料支架懸置的減震效果優(yōu)于金屬支架懸置。

參考文獻(xiàn)：

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