一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法，包括以下步骤：该方法首先建立了动力总成质心坐标系，并在此基础上获取了动力总成惯性参数、质心位置以及橡胶悬置的安装位置和静刚度曲线等参数；进一步建立了动力总成悬置系统的动力学模型，推导得出运动微分方程；根据能量解耦理论和瞬态响应特性建立目标函数；选取悬置系统能量解耦率最高、瞬态响应下动力总成质心纵向加速度以及冲击度幅值最小为目标，以悬置线性段刚度为设计变量，固有频率合理分布以及悬置刚度变化范围为约束条件，采用多岛遗传算法进行优化，最后通过一例实例验证了该方法的可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法
本专利技术属于汽车动力总成悬置系统优化设计邻域，特别涉及一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法。
技术介绍
动力总成作为汽车的主要激励源，其产生的振动经悬置系统传递到副车架，再传递至车身，从而引起车身的振动。性能良好的悬置系统不仅可以减少动力总成传向车架的振动，提高乘坐舒适性，而且还能更好地延长动力总成和其它零部件的使用寿命，因此悬置系统的设计就变得尤为重要。与传统燃油车不同的是，电动汽车驱动电机输出响应快，输出扭矩大。驱动电机的输出扭矩通常在几毫秒内就能上升到几百牛米，具有比较明显的冲击特征，这对电动汽车悬置系统的设计提出了新的要求。目前关于动力总成悬置系统的研究中，一般是以各阶固有频率合理分布和能量解耦率最大为优化目标。单纯考虑动力总成悬置系统的固有特性在一定程度上忽略了系统在特定工况下的隔振性能。尤其是在电动汽车悬置系统中，电驱动总成受到的激励具有比较明显的冲击特征，如果仅仅只是考虑动力总成悬置系统的固有特性，则无法评估瞬态冲击对系统的影响。目前还没有关于冲击工况下的电动汽车悬置系统优化设计方面的专利技术专利。在中国授权专利“一种动力总成悬置系统的设计优化方法和优化装置(CN102609551B)”中，构建的动力总成悬置系统模型为六自由度模型，并未考虑目前汽车中广泛使用的副车架对系统振动的影响，并且只进行了动力总成悬置系统的固有特性分析和优化，也就是只进行了静态的优化，对于电动汽车中频繁出现的瞬态工况没有进行分析，这样处理的缺陷就在于可能会使得固有特性达到优化目标，但是在实际工况中却依然存在不良的振动问题。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法，在考虑动力总成悬置系统固有频率和能量解耦率的同时，引入冲击度和纵向加速度两个指标，充分考虑系统的固有特性和瞬态响应，以固有频率合理分布、能量解耦率最高以及瞬态响应指标最优为优化目标，为电动汽车动力总成悬置系统的设计研发提供指导。本专利技术目的至少通过以下技术方案之一实现。一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法，包括以下步骤：(1)建立参考坐标系并获取动力总成和副车架的惯性参数；(2)获取悬置的安装位置与安装角度；(3)建立动力总成悬置系统的无阻尼运动微分方程；(4)建立动力总成悬置系统的参数化动力学模型并以阶跃函数为激励，计算动力总成的质心纵向加速度和冲击度，将悬置刚度、安装位置作为模型输入参数，质心纵向加速度(Ax)和冲击度(J)作为模型的输出；(5)以悬置的线性段刚度为设计变量，动力总成的固有频率为约束条件，动力总成的能量解耦率最大、冲击工况下动力总成的质心纵向加速度和冲击度幅值最小为优化目标，建立优化模型，根据所述优化模型得到悬置的设计刚度。进一步地，步骤(1)中所述建立参考坐标系并获取动力总成的惯性参数，具体包括：获得动力总成的质量m，以动力总成的质心位置O为坐标原点建立固定坐标系O-XYZ，Y轴平行于电机输出轴线、正向指向电机输出轴自由端，Z轴正向竖直向上，X轴以右手定则确定；获得动力总成分别对X轴、Y轴、Z轴的转动惯量Ixx、Iyy、Izz，获得动力总成对X轴和Y轴的惯性积Ixy、对Y轴和Z轴的惯性积Iyz以及对X轴和Z轴的惯性积Ixz。进一步地，步骤(2)中所述安装位置定义为悬置各弹性主轴的交点，第i个悬置的安装位置可以表示为[axiayiazi]。进一步地，步骤(3)所建立的无阻尼运动微分方程为：其中质量矩阵M为：Mw＝diag([mmm])，刚度矩阵K为：其中：Kgi＝RKsiRT矩阵R为悬置局部坐标系与动力总成质心坐标系之间的余弦矩阵，其值由悬置的安装角度决定；运动微分方程中，q＝[wxwywzθxθyθz]T为动力总成质心位移向量，为加速度向量。进一步地，步骤(4)中在建立所述动力总成悬置系统的参数化动力学模型时，电驱动总成和副车架均采用刚体模型。进一步地，步骤(4)中所述悬置的刚度是指在悬置局部坐标系下的弹性主轴静刚度：kui、kvi、kwi，分别为悬置在其局部坐标系下三个弹性主轴方向上的静刚度，即分别为u、v、w三个方向上的静刚度，悬置局部坐标系是以悬置的弹性中心为坐标原点，三个弹性主轴为坐标轴建立的坐标系，第i个悬置的静刚度矩阵形式可以表示为：Ksi＝diag([kuikvikwi])。进一步地，步骤(4)中所述冲击度的计算方法为：其中，aβ为动力总成绕Y轴转动的角加速度。进一步地，步骤(5)中，建立所述动力总成的能量解耦率最大的目标函数为：在动力总成质心坐标中，根据质量矩阵M和刚度矩阵K求解出动力总成悬置系统的六阶固有频率ωj(j＝1,2,...,6)和振型矩阵Φ，然后可获得系统在作各阶主振动时的能量分布，当系统作第j(j＝1,2,...,6)阶主振动时，其最大动能为：展开式为：那么，第k(k＝1,2,...,6)个广义坐标在第j阶主振动时能量占比为：通过该公式可以获得动力总成六个主振动方向上的能量分布；若ej＝maxE(k,j),k＝1,2,3...6，则ej为动力总成某个振动方向上的解耦率，则优化的目标便是：通过改变悬置的刚度，使得ej在满足约束条件的情况下尽可能接近1。进一步地，由于各个方向的振动对整车NVH性能影响程度不同，若要绕Y轴和垂直方向上的解耦程度最高，为此引入一个六维的权重向量b＝[b1b2b3b4b5b6]来表示各个方向上能量解耦率的重要程度。进一步地，步骤(5)所述动力总成的能量解耦率最大、冲击工况下动力总成的质心纵向加速度和冲击度幅值最小为优化目标中，建立的优化模型如下：minf2＝max(Ax)minf3＝max(J)s.t.kuil≤kui≤kuiu；kvil≤kvi≤kviu；kwil≤kwi≤kwiu；ωj-ωj+1≤-1,(j＝1,2,...,6)；5-ω1≤0；ω6-40≤0；90-e5≤0.本专利技术与现有技术相比，至少具有如下技术效果：1)本专利技术的设计计算与优化方法充分考虑了悬置系统的固有特性和瞬态响应特征，并以此为优化目标，建立优化模型进行优化，兼顾了静态和动态两者的优化效果；2)本专利技术所述方法同时考虑了动力总成悬置系统的静态特性和动态特性，既能保证动力总成的固有频率分布合理，有较高的解耦率，同时还能保证其在瞬态冲击工况下有较好的隔振效果。3)本专利技术在悬置系统设计的初期阶段即可预测悬置系统振动特性以及优化空间，通过对悬置系统相关参数的修改，可快速、高效的得到优化方案，缩短悬置系统的前期研发周期，降低企业的研发成本，同时对保障悬置系统的整体性能具有比较重要的工程意义。...

【技术保护点】
1.一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法，其特征在于，包含以下步骤：/n(1)建立参考坐标系并获取动力总成和副车架的惯性参数；/n(2)获取悬置的安装位置与安装角度；/n(3)建立动力总成悬置系统的无阻尼运动微分方程；/n(4)建立动力总成悬置系统的参数化动力学模型并以阶跃函数为激励，计算动力总成的质心纵向加速度和冲击度，将悬置刚度、安装位置作为模型输入参数，质心纵向加速度(A

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)建立参考坐标系并获取动力总成和副车架的惯性参数；
(2)获取悬置的安装位置与安装角度；
(3)建立动力总成悬置系统的无阻尼运动微分方程；
(4)建立动力总成悬置系统的参数化动力学模型并以阶跃函数为激励，计算动力总成的质心纵向加速度和冲击度，将悬置刚度、安装位置作为模型输入参数，质心纵向加速度(Ax)和冲击度(J)作为模型的输出；
(5)以悬置的线性段刚度为设计变量，动力总成的固有频率为约束条件，动力总成的能量解耦率最大、冲击工况下动力总成的质心纵向加速度和冲击度幅值最小为优化目标，建立优化模型，根据所述优化模型得到悬置的设计刚度。


2.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法，其特征在于：步骤(1)中所述建立参考坐标系并获取动力总成的惯性参数，具体包括：获得动力总成的质量m，以动力总成的质心位置O为坐标原点建立固定坐标系O-XYZ，Y轴平行于电机输出轴线、正向指向电机输出轴自由端，Z轴正向竖直向上，X轴以右手定则确定；获得动力总成分别对X轴、Y轴、Z轴的转动惯量Ixx、Iyy、Izz，获得动力总成对X轴和Y轴的惯性积Ixy、对Y轴和Z轴的惯性积Iyz以及对X轴和Z轴的惯性积Ixz。


3.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法，其特征在于：步骤(2)中所述安装位置定义为悬置各弹性主轴的交点，第i个悬置的安装位置可以表示为[axiayiazi]。


4.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法，其特征在于，步骤(3)所建立的无阻尼运动微分方程为：



其中质量矩阵M为：

Mw＝diag([mmm])，
刚度矩阵K为：



其中：
Kgi＝RKsiRT



矩阵R为悬置局部坐标系与动力总成质心坐标系之间的余弦矩阵，其值由悬置的安装角度决定；
运动微分方程中，q＝[wxwywzθxθyθz]T为动力总成质心位移向量，为加速度向量。


5.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法，其特征在于：步骤(4)中在建立所述动力总成悬置系统的参数化动力学模型时，电驱动总成和副车架均采用刚体模型。


6.根据权利要求1所述的一种电动汽车动力总成悬置系统的设计计算与优化方法，其特征在于：步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：康英姿，肖兵，上官文斌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44