纯电动城市客车底盘车架的模态分析与优化

纯电动城市客车底盘车架的模态分析与优化

李东方

哈尔滨哈飞航空技术发展有限公司黑龙江省哈尔滨市150090

摘要：纯电动城市客车是新能源汽车的一种，在行驶过程中由于受到路面激励以及各种外部载荷激励等会产生振动。汽车振动不仅会影响操纵稳定性、乘客乘坐汽车的舒适性与稳定性、引起共振等，还会严重影响汽车零部件的使用寿命。汽车模态分析是研究汽车动力特性的重要手段，从事汽车结构研究工作的学者都会对汽车的模态进行大量分析。有关学者利用阶次跟踪法与模态分析相结合的方法，对轻型客车进行模态灵敏度分析及尺寸优化，有效的控制了客车地板的剧烈。同时，针对某客车存在的共振问题，对车身进行模态分析，根据结果参数进行仿真分析，提出优化措施并改善白车身的NVH性能。本文针对某城市客车底盘车架，对其进行模态分析，将分析结果进行评价并结合分析结果对车架进行参数优化以达到轻量化目的。

关键词：城市客车车架；有限元；模态分析；优化设计

1.纯电动城市客车的建模与简化

根据电动客车的二维图形在SolidWorks中建立客车三维模型，导出stp格式的模型，将模型导入SCDM软件中，对模型进行前处理。在SCDM软件中，删除简化模型中非承载件并根据梁的不同厚度抽取中间面。将抽取完中间面的模型导出导入到Hypermesh中。

2.纯电动客车的有限元模型处理

在Hypermesh中，耦合连接各零件，划分网格，设置单元及其属性，如图1所示。在Hypermesh中划分网格，网格尺寸为10mm，网格数量600109，节点数589727。检查网格质量，2D单元qualityindex质量为优占99.9%，雅克比系数均大于0.6。三角形网格最大内角小于120°，最小内角大于20°；四边形网格最大内角小于135°，最小内角大于45°，无重合网格，网格之间悉数缝合。在Hypermesh中，赋予网格单元PSHELL单元并根据不同零件的壳厚赋予厚度。车架材料为Q345，材料属性如表1所示。

图1.纯电动城市客车车架有限元模型：

6.优化结果评价

对纯电动城市客车底盘基于模态分析结果与静强度要求参数化优化设计后，各阶模态由表3知，第一阶自振频率为6.092736×100Hz，第七阶自振频率为2.640886×101Hz，第八阶自振频率为3.345645×101Hz。第一阶自振频率大于路面激振频率1～3Hz，七阶与八阶自振频率也都避开了城市客车传动轴的激励频率30Hz，结果理想，相应的振型图如图5所示。优化计算前车架质量为2.2吨，优化后质量为2.068吨，减重6%。优化前后各设计变量数值对比如表5所示，对优化后车架典型工况进行静强度分析可知，优化后满载弯曲工况最大应力为170Mpa，最大变形为5.70mm，急转弯工况最大应力为187Mpa，最大变形为6.70mm，均满足车架的强度要求。

结论

简而言之，优化后车架质量减轻6%，最大应力为187Mpa，最大变形为6.70mm。厚度为4.00mm的前轮过桥梁增至4.39mm；后段车载电池包上方纵向车架、后段车载电池包上方最后端横向车架、后轮过桥梁中间夹板、后轮过桥梁前支板以、车架前端横梁以及斜撑支架等由5.00mm减至3.50mm；前轮过桥梁两侧安装板由6.00mm减至4.50mm；后轮过桥梁由8.00mm增至9.00mm；车架前端搭接板由11.00mm减至8.00mm，这对以后生产加工该车底盘车架具有指导意义[3]。

参考文献

[1]傅志方.模态分析理论与应用[M].上海交通大学出版社,2017.

[2]胡侃,戴作强,张铁柱.某混合动力城市客车车架结构模态分析与优化[J].青岛大学学报(工程技术版),2016,31(2):95-100.

[3]沈光烈,林圣存.基于有限元法的大型客车模态分析与结构改进[J].公路与汽运,2018(6):1-4.