摘要：结合当前电动汽车的发展情况，从自身的电动汽车结构优化设计的经验出发，在分析了电动汽车的悬置系统的静特性的基础上，探讨了电动汽 车动力总成悬置系统静特性设计问题，并通过仿真模式分析来说明了提出的动力总成悬置系统静特性优化设计的可行性。
关键词：电动汽车，动力总成，结构优化，悬置系统，静特性设计
0引言
在经济社会快速发展的背景下，人们越来越关注到环境保护问题，国家出台了一系列的控制二氧化碳排放规定和要求。在当前的汽车行业发展中，由于电动汽车具有零碳排放的特点，所以其具有较为广泛的应用前景。在电动汽车的核心零部件中，悬置系统主要是对于动力总成能够起到隔振、抗扭以及及承载的多重作用。在悬置系统的研发设计过程中，其系统特性的设计、优化工作不可或缺，且具有十分重要的意义。本文从传统内燃机汽车和电动汽车的异同点入手，重点论述电动汽车悬置系统的静特性设计中应该注意的问题。
1悬置系统的静特性
结合电动汽车的特点，进行动力总成设计的振动控制过程中，则是将动力总成视为刚体结构，主要是将N个悬置承载于车身或副车架的位置，其中N≥3。结合实际情况，进行悬置的简化处理，可以把单个悬置视为具有刚度的阻尼元件，并且在三个相互垂直的弹性主轴方向所具备不同的刚度和阻尼。考虑到动力总成在限位方面的要求，主要进行悬置的三个弹性主轴方向进行分析，得到主轴方向的力一位移曲线，其表现为非线性的特点。结合图1的实际情况来看，可以对悬置力-位移非线性特性的表述分为五部分进行线性曲线分析。在图1中，所谓的静刚度是直线段的斜率k3，其中硬拐点则为a、d，软拐点则为b、c。在实际电动汽车的悬置分析中，k1、k5为大扭矩加减速工况，而k2和k4为常用加减速工况。在进行分析的过程中，主要是考虑动力总成在机舱内的限位的情况。
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图1 力-位移非线性特性
Figure 1 Nonlinear characteristics of force-displacement
2电动汽车动力总成悬置系统静特性设计
2.1 静刚度
结合上述分析，通过能量解藕率、动力总成固有频率相应的内容，经过整理推导，可以得到相应的静刚度的计算表达式如下：
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其中，表示在动力总成悬置系统中，相应第i阶固有频率和阵型的T振动情况下，第k个广义坐标上的能量分布；其中，[M]为质量矩阵。
经过相关的设计分析，就可以得到相应的悬置系统中的6阶振动频率，从设计要求可以得到相应的振动方向的能量解藕率，并能在此基础上优化处理相应悬置系统，保证相应的安装方位、安装位置以及悬置静刚度得到合理化确定。其中，在对于纯电动汽车悬置系统的6阶振动频率进行分析的过程中，没有怠速工况的影响下，可以推出，内燃气的低频振动（四缸机的二阶振动）的振动情况，就可以在高频段放置动力总成6阶振动频率。这样处理的好处是避免了传统的内燃机在运行过程中所存在着ENG Shake频率(10HZ附近)情况。利用较高的悬置刚度特点，有利于进一步保障其耐久性得到提升。但应该注意一点，要避免其与传动系统、悬架等固有频率出现相应的耦合问题。
2.2 静刚度曲线
2.2.1初步拟定曲线
从动力总成各向平动位移及转动位移的情况来看，结合相应的已量产悬置刚度曲线来进行参考，利用多项式拟合的方式来得到相应的悬置各向刚度曲线，这样能得到k1、k2、k4、k5处的曲线设计。
2.2.2基于电机输出扭矩的变化差异，优化静刚度曲线
从相关的曲线中可以看判断，EV（HEV）比ICE具有更快的扭矩响应速度，这就意味着在保障同等最大输入扭矩的情况下，EV在0.3秒能够达到峰值扭矩，而ICE则需要在0.8秒才能达到峰值扭矩。
根据相关的Adams CarView软件来构建动力总成悬置系统模型。在设定中将最大输出扭矩统一化为7500Nm，选择达到峰值扭矩时间为变化点，经过相应的对比分析，并得到整车X向的最大受力的仿真分析。查阅相关统计数据，相应的峰值扭矩时间分别设定为0.3s、1.0s、10.0s的情况下，后扭力杆处最大动态载荷基本相同，大都为15.2KN。经过仿真分析，在峰值扭矩时间为0.1s情况下，相应的最大动态载荷则为35.5KN，为前者的2.3倍左右。通过上述分析，可以看出存在严重的结构强度不足，如果不加以注意，则会造成悬置安装部位的滑移的可能，造成螺纹松动以及异音现象的出现。如果进行动载荷过大问题进行结构补强，就会造成车辆成本上涨。另外，特别是在急速的情况下，如果采用悬置橡胶的方式，相应的冲击感较为强烈，容易被乘客所感觉到，造成整体车辆的乘坐品质有所下降。而进行控制逻辑（ECU）的修改，调整电机转子扭矩输出曲线，能有效解决上述存在的动态载荷过大的情况，但会造成电动汽车的加速感等客户体验有所降低。
根据EV(HEV)扭矩输出特点，利用静刚度曲线的优化方式，根据实际情况，保证静刚度曲线k3长度有所减少，进行k1、k2、k4、k5斜率的优化，可以有效避免动态力以及加速冲击感的减少。在这个思路下，结合转子最大输出扭矩同样为7500Nm的条件，通过0.1s秒达到峰值扭矩要求，利用对于静刚度曲线进行有效优化。经过相应的优化处理，后扭力杆处最大动态载荷能够从35.5KN下降到16.5KN。
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图2 静刚度曲线对动态载荷的影响
Figure2 Effect of static stiffness curve on dynamic load
结合相应的V(HEV)的扭矩输出特点，并通过相应的正弦波方式进行输入处理，对相应的各个悬置的动态载荷进行校核处理，对相应的悬置静刚度曲线进行优化处理，能有效实现EV(HEV)动态载荷减少，有效避免上述存在的部位滑移情况，并能使得冲击感得到有效改善。通过相关的仿真模拟，能够有效验证上述结论的成立。
3结论
结合电动汽车的特点，并考虑到其和传统内燃机汽车的相同之处，可以结合实际情况进行动力总成悬置系统的简化处理，将其视为三个弹性主轴方向的刚度，优化动力总成六个固有模态，并确定相应的静刚度值，通过多项式拟合的方式得到相应的各个悬置静刚度曲线，这样能有效进行对于动力总成的移动位移、平动位移进行校核处理，可有效确定电动汽车的动力总成悬置系统的静特性。同时，由于电动汽车具有比较快的扭矩变化的情况，利用正弦方式进行动态载荷输入方式下的数值模拟仿真分析，进行静刚度曲线的有效优化处理，这样就可以有效地解决瞬时动态力影响下的悬置的滑移异音以及大冲击感等方面的问题。由此可见，利用动汽车动力总成悬置系统的静特性的优化设计，能大大提升电动汽车的动力总成在传统模式中存在的问题，有利于进一步实现电动汽车的优化发展。
参考文献
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作者简介：孟祥伟（1986- ），男，工程师，研究方向：汽车传动系统、悬置系统设计及技术研究。E-mail：mxw201608@139.com