純電動汽車三點懸置系統(tǒng)典型問題整改過程

李保奎，陳松鶴，王梁，謝思發(fā)

純電動汽車三點懸置系統(tǒng)典型問題整改過程

李?？愃生Q，王梁，謝思發(fā)

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

以某款純電動汽車三點懸置系統(tǒng)為例，文章嘗試從改變系統(tǒng)布置、CAE分析、道路試驗一系列過程整改三點懸置系統(tǒng)典型質(zhì)量問題。當(dāng)后懸置在某些特殊工況下受力較大時，會引起后懸置零件斷裂或者緊固件松脫等質(zhì)量問題。

純電動汽車；懸置系統(tǒng)；三點懸置系統(tǒng)

引言

純電動汽車與傳統(tǒng)燃油車動力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計有很大的差異，主要是動力源不同導(dǎo)致。電動汽車采用電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)無怠速；減速器也沒有傳統(tǒng)車變速器設(shè)置的多個檔位[1]。特別是電機(jī)與發(fā)動機(jī)的動力特性有很大不同，電機(jī)在剛開始轉(zhuǎn)動瞬間也能輸出很大的轉(zhuǎn)矩，且響應(yīng)速度很快，能夠在極短時間里使輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生很大變化，所以電動汽車在起步時有明顯的“推背”感覺[2]。電動汽車在急加速和緊急制動工況下其懸置系統(tǒng)受力變化很快，突然的沖擊會引起懸置零部件斷裂等質(zhì)量問題。

電動汽車懸置系統(tǒng)不同工況下分析受力發(fā)現(xiàn)，一般后懸置處最大力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過左右懸置處的最大受力。所以電動汽車懸置系統(tǒng)的設(shè)計難點在后懸置安裝點和類型的選擇上。

本文嘗試首先用典型12工況初步分析零部件強(qiáng)度，尋找懸置應(yīng)力集中的部位。再針對后懸置應(yīng)力集中的部位做原因排查和方案優(yōu)化。然后針對優(yōu)化方案用軟件分析在通用28工況下的零部件強(qiáng)度。強(qiáng)度分析合格后做完臺架試驗，再搭載整車路試，直到整車路試結(jié)果合格，懸置系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。

1 懸置系統(tǒng)布置

本文采用的基礎(chǔ)電動車為電機(jī)前置前驅(qū)，電機(jī)總成橫向布置，其電機(jī)在駕駛員左手方向，減速器在右手方向。其懸置系統(tǒng)采用TRA軸理論布置，為左、右、后三點鐘擺式懸置系統(tǒng)，后懸置為拉桿式后懸置，見圖1[3]。這種三點懸置系統(tǒng)布置型式在傳統(tǒng)燃油車上非常普遍，當(dāng)主機(jī)廠把傳統(tǒng)燃油車的動力總成更換成電機(jī)總成，這種“油改電”的項目會見到這種懸置系統(tǒng)設(shè)計，可以降低項目開發(fā)費用和縮短項目開發(fā)周期。左懸置包含左懸置軟墊總成及左懸置支架，電機(jī)通過左懸置支架和左懸置軟墊總成與前艙左縱梁連接。減速器通過右懸置支架和右懸置軟墊總成與前艙右縱梁連接；通過后懸置支架和后懸置軟墊總成與車身底板連接，其后懸置軟墊總成小端襯套在前，大端襯套在后。

圖1 懸置系統(tǒng)布置簡圖

2 CAE分析

收集懸置參數(shù)及動總參數(shù)，見表1、表2、表3、表4，用NASTRAN分析軟件建立分析模型，將收集到的主要參數(shù)輸入分析模型，主要分析懸置系統(tǒng)其金屬支架的強(qiáng)度，為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提供參考[4]。

表1 軟墊中心點位置坐標(biāo)

表2 懸置襯套剛度

表3 動總參數(shù)

2.1 強(qiáng)度分析結(jié)果及評價

用軟件分析懸置系統(tǒng)各零部件金屬支架在12個典型工況下的強(qiáng)度，左懸置車身側(cè)和托臂以及動總側(cè)滿足要求，右懸置車身側(cè)以及動總側(cè)滿足要求。后懸置動總側(cè)為鑄鋁結(jié)構(gòu)的后懸置支架，幾個工況下最大應(yīng)力超過材料的極限，不能滿足強(qiáng)度要求見表5以及應(yīng)力云圖見圖2、圖3、圖4、圖5。

表4 電機(jī)總成轉(zhuǎn)動慣量

表5 結(jié)果及評價

圖2 前進(jìn)擋+轉(zhuǎn)彎工況應(yīng)力云圖

圖3 倒擋工況應(yīng)力云圖

圖4 前進(jìn)擋誤用工況應(yīng)力云圖

圖5 倒擋誤用工況應(yīng)力云圖

2.2 原因分析

首先，從后懸置安裝布置看，后懸置動總側(cè)支架在減速器上的安裝點選擇不當(dāng)，最下面的安裝點偏離拉桿后懸置小端Z向距離達(dá)到112mm，力臂較長。

其次，懸置系統(tǒng)在12個典型工況下的受力分析顯示，后懸置處X向最大受力高達(dá)8572.1N。

圖6 后懸置動總側(cè)支架安裝點位置示意圖

考慮到電動車起步瞬間電機(jī)就能輸出很大的轉(zhuǎn)矩，且響應(yīng)速度很快，后懸置及支架需要優(yōu)化設(shè)計。

2.3 布置調(diào)整

因為左懸置和右懸置金屬支架強(qiáng)度分析均合格，所以左懸置和右懸置的安裝點不做調(diào)整，主要調(diào)整后懸置的安裝點和型式。

將拉桿式后懸置調(diào)整為承載后懸置，見圖7，左懸置和右懸置均為承載懸置，這樣懸置系統(tǒng)成為典型三點懸置系統(tǒng)，見圖8。

圖7 承載式后懸置連接示意圖

圖8 典型三點懸置系統(tǒng)布置簡圖

2.4 優(yōu)化方案分析結(jié)果

收集后懸置更改后的懸置參數(shù)，更新主要分析參數(shù)輸入分析模型，見表6和表7；另外初步分析的12個典型工況是不夠的，改用通用28工況分析懸置系統(tǒng)零部件的強(qiáng)度，并且提高評判標(biāo)準(zhǔn)，為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提供參考。

表6 后懸置更改后軟墊中心點位置坐標(biāo)

表7 后懸置更改后襯套剛度

用更改參數(shù)后的分析模型針對承載式后懸置車身側(cè)和動總側(cè)支架做強(qiáng)度分析，結(jié)果見表8。

表8 后懸置支架強(qiáng)度分析結(jié)果

結(jié)果顯示，優(yōu)化后的后懸置車身側(cè)和動總側(cè)支架強(qiáng)度分析合格。

3 效果驗證

本文涉及電動車采用左右后典型“三點”懸置系統(tǒng)，其中后懸置為承載式后懸置，進(jìn)行整車路試，所有的懸置零部件及緊固件沒有斷裂發(fā)生，也沒有緊固件松脫發(fā)生，方案可靠有效。

4 總結(jié)

因為電機(jī)總成重量一般60Kg左右，純電動汽車懸置系統(tǒng)常見的布置形式還是以三點居多，一般左右后懸置采用橡膠襯套式懸置。如果電驅(qū)動懸置系統(tǒng)基于TRA軸理論布置的話，后懸置處受力較大，容易發(fā)生零件斷裂，或者螺栓松脫等質(zhì)量問題。

本文涉及電動車調(diào)整為典型“三點”懸置系統(tǒng)后，并選擇合適的后懸置安裝點位置，可以明顯降低后懸置受力，避免懸置零件斷裂的質(zhì)量問題。本文討論的純電動汽車懸置系統(tǒng)整改過程和方法可以被其他電驅(qū)動懸置系統(tǒng)借鑒。

[1] 徐中明,李曉,劉和平.純電動汽車動力總成懸置系統(tǒng)的優(yōu)化[J].汽車工程,2012 (9):806-810.

[2] Shital, P.,Ghosh, C., Talwar, H., Gosain, A. et al., "A Study of Engine Mount Optimisation of Three-Cylinder Engine through Multi-Body Dynamic Simulation and Its Verification by Vehicle Measurement," SAE Technical Paper 2015-26-0126, 2015, doi:10.4271/2015-26- 0126.

[3] 朱鑫,劉曉昂,陳勇,等.純電動汽車動力總成懸置系統(tǒng)設(shè)計方法[J]. 噪聲與振動控制, 2019, 39(2):85-89.

[4] 何偉麗,范雷云,汪超,等.基于 HyperMesh 懸置支架強(qiáng)度分析[J]. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2015,53(3):15-17.

A solving process of typical issues of three points mount system of electric vehicle

Li Baokui, Chen Songhe, Wang Liang, Xie Sifa

( Chery Automobile Co., Ltd., Anhui Wuhu 241009 )

By an example of three points mount system of an electric vehicle, this paper attempts to solve typical issues of three points mount system by a process of changing system layout, computer aided engineering of analysis, and road test validation. when more loading forces on rear mount at some special cases, this can lead to part fracture or fastener loose of quality issues.

Electric vehicle; Mount system; Three points mount system

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.003

U469.72

A

1671-7988(2021)07-07-04

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李保奎，主管工程師，就職于奇瑞汽車股份有限公司汽車工程研發(fā)總院，畢業(yè)于重慶理工大學(xué)本科學(xué)士學(xué)位，主要從事懸置系統(tǒng)開發(fā)工作。