纯电动汽车三点悬置系统典型问题整改过程

李保奎，陈松鹤，王梁，谢思发

纯电动汽车三点悬置系统典型问题整改过程

李保奎，陈松鹤，王梁，谢思发

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009）

以某款纯电动汽车三点悬置系统为例，文章尝试从改变系统布置、CAE分析、道路试验一系列过程整改三点悬置系统典型质量问题。当后悬置在某些特殊工况下受力较大时，会引起后悬置零件断裂或者紧固件松脱等质量问题。

纯电动汽车；悬置系统；三点悬置系统

引言

纯电动汽车与传统燃油车动力总成悬置系统设计有很大的差异，主要是动力源不同导致。电动汽车采用电机驱动，电机无怠速；减速器也没有传统车变速器设置的多个档位[1]。特别是电机与发动机的动力特性有很大不同，电机在刚开始转动瞬间也能输出很大的转矩，且响应速度很快，能够在极短时间里使输出转矩发生很大变化，所以电动汽车在起步时有明显的“推背”感觉[2]。电动汽车在急加速和紧急制动工况下其悬置系统受力变化很快，突然的冲击会引起悬置零部件断裂等质量问题。

电动汽车悬置系统不同工况下分析受力发现，一般后悬置处最大力都远远超过左右悬置处的最大受力。所以电动汽车悬置系统的设计难点在后悬置安装点和类型的选择上。

本文尝试首先用典型12工况初步分析零部件强度，寻找悬置应力集中的部位。再针对后悬置应力集中的部位做原因排查和方案优化。然后针对优化方案用软件分析在通用28工况下的零部件强度。强度分析合格后做完台架试验，再搭载整车路试，直到整车路试结果合格，悬置系统达到设计目标。

1 悬置系统布置

本文采用的基础电动车为电机前置前驱，电机总成横向布置，其电机在驾驶员左手方向，减速器在右手方向。其悬置系统采用TRA轴理论布置，为左、右、后三点钟摆式悬置系统，后悬置为拉杆式后悬置，见图1[3]。这种三点悬置系统布置型式在传统燃油车上非常普遍，当主机厂把传统燃油车的动力总成更换成电机总成，这种“油改电”的项目会见到这种悬置系统设计，可以降低项目开发费用和缩短项目开发周期。左悬置包含左悬置软垫总成及左悬置支架，电机通过左悬置支架和左悬置软垫总成与前舱左纵梁连接。减速器通过右悬置支架和右悬置软垫总成与前舱右纵梁连接；通过后悬置支架和后悬置软垫总成与车身底板连接，其后悬置软垫总成小端衬套在前，大端衬套在后。

图1 悬置系统布置简图

2 CAE分析

收集悬置参数及动总参数，见表1、表2、表3、表4，用NASTRAN分析软件建立分析模型，将收集到的主要参数输入分析模型，主要分析悬置系统其金属支架的强度，为进一步优化设计提供参考[4]。

表1 软垫中心点位置坐标

表2 悬置衬套刚度

表3 动总参数

2.1 强度分析结果及评价

用软件分析悬置系统各零部件金属支架在12个典型工况下的强度，左悬置车身侧和托臂以及动总侧满足要求，右悬置车身侧以及动总侧满足要求。后悬置动总侧为铸铝结构的后悬置支架，几个工况下最大应力超过材料的极限，不能满足强度要求见表5以及应力云图见图2、图3、图4、图5。

表4 电机总成转动惯量

表5 结果及评价

图2 前进挡+转弯工况应力云图

图3 倒挡工况应力云图

图4 前进挡误用工况应力云图

图5 倒挡误用工况应力云图

2.2 原因分析

首先，从后悬置安装布置看，后悬置动总侧支架在减速器上的安装点选择不当，最下面的安装点偏离拉杆后悬置小端Z向距离达到112mm，力臂较长。

其次，悬置系统在12个典型工况下的受力分析显示，后悬置处X向最大受力高达8572.1N。

图6 后悬置动总侧支架安装点位置示意图

考虑到电动车起步瞬间电机就能输出很大的转矩，且响应速度很快，后悬置及支架需要优化设计。

2.3 布置调整

因为左悬置和右悬置金属支架强度分析均合格，所以左悬置和右悬置的安装点不做调整，主要调整后悬置的安装点和型式。

将拉杆式后悬置调整为承载后悬置，见图7，左悬置和右悬置均为承载悬置，这样悬置系统成为典型三点悬置系统，见图8。

图7 承载式后悬置连接示意图

图8 典型三点悬置系统布置简图

2.4 优化方案分析结果

收集后悬置更改后的悬置参数，更新主要分析参数输入分析模型，见表6和表7；另外初步分析的12个典型工况是不够的，改用通用28工况分析悬置系统零部件的强度，并且提高评判标准，为进一步优化设计提供参考。

表6 后悬置更改后软垫中心点位置坐标

表7 后悬置更改后衬套刚度

用更改参数后的分析模型针对承载式后悬置车身侧和动总侧支架做强度分析，结果见表8。

表8 后悬置支架强度分析结果

结果显示，优化后的后悬置车身侧和动总侧支架强度分析合格。

3 效果验证

本文涉及电动车采用左右后典型“三点”悬置系统，其中后悬置为承载式后悬置，进行整车路试，所有的悬置零部件及紧固件没有断裂发生，也没有紧固件松脱发生，方案可靠有效。

4 总结

因为电机总成重量一般60Kg左右，纯电动汽车悬置系统常见的布置形式还是以三点居多，一般左右后悬置采用橡胶衬套式悬置。如果电驱动悬置系统基于TRA轴理论布置的话，后悬置处受力较大，容易发生零件断裂，或者螺栓松脱等质量问题。

本文涉及电动车调整为典型“三点”悬置系统后，并选择合适的后悬置安装点位置，可以明显降低后悬置受力，避免悬置零件断裂的质量问题。本文讨论的纯电动汽车悬置系统整改过程和方法可以被其他电驱动悬置系统借鉴。

[1] 徐中明,李晓,刘和平.纯电动汽车动力总成悬置系统的优化[J].汽车工程,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,刘晓昂,陈勇,等.纯电动汽车动力总成悬置系统设计方法[J]. 噪声与振动控制, 2019, 39(2):85-89.

[4] 何伟丽,范雷云,汪超,等.基于 HyperMesh 悬置支架强度分析[J]. 农业装备与车辆工程,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

U469.72

A

1671-7988(2021)07-07-04

李保奎，主管工程师，就职于奇瑞汽车股份有限公司汽车工程研发总院，毕业于重庆理工大学本科学士学位，主要从事悬置系统开发工作。