某商用轻卡动力总成悬置系统力学性能仿真研究

熊敏，孙丽娟

（1.江西江铃集团特种专用车有限公司 技术部，江西 南昌 330010；2.江西交通职业技术学院 汽车工程系，江西 南昌 330013）

1 引言

随着国家经济飞速发展，商用轻卡销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择[1-3]。同时，科技也日新月异进步，人们对轻卡驾乘的舒适性提出了更高的要求，作为汽车主要振动源之一的动力总成，其悬置系统的优劣直接影响了整车NVH和力学性能的好坏[4-5]，因此，研究动力总成悬置系统力学性能具有重要的经济和社会价值。

本文基于有限元法，首先进行了动力总成的质心和转动惯量测试，然后采用Hyperworks和Nastran软件，对某商用轻卡的动力总成悬置系统进行了CAE模态和强度分析，结果显示，悬置系统主被动侧支架的各阶振型模态满足目标值，符合设计要求，同时二十八工况强度分析结果显示支架最大应力和塑性应变满足目标。

2 动力总成质心和转动惯量测试

动力总成是整车的核心动力源和传动系统部件，通过悬置系统安装于轻卡车架部件上。动力总成质心和转动惯量是基本设计参数，对悬置系统力学性能有着直接影响。本文采用悬吊扭摆法，即用标定好的扭转刚度的悬索悬吊动力总成，测量动力总成旋转自由摆动的周期，如图 1，试验需分别测量动力总成在六个悬吊姿态下的摆动周期，其质心坐标采用悬吊线交点法确定，测试得到的动力总成参数如表1。

图1 动力总成质心测试

表1 某商用车动力总成质量和转动惯量参数表

3 悬置系统CAE模态分析

本文采用Hypermesh软件对某商用轻卡悬置系统主动侧和被动侧支架进行建模，悬置支架材料为QT450和Q235，通过Nastran软件进行CAE模态分析，提取前四阶模态频率。

3.1 主动侧悬置支架模态分析

本文对某商用车悬置系统主动侧支架进行了约束模态分析，边界条件如图2，约束悬置支架安装位置孔全部自由度，主动侧悬置支架质量为8.4kg。

图2 悬置系统主被动侧支架模态约束边界示意图

本文对某商用车悬置系统主动侧支架进行了约束模态分析，得到如图3的CAE分析结果，其中主动侧左前悬置支架模态为824Hz，主动侧右前悬置支架模态为2846Hz，主动侧左后悬置支架模态为 300Hz，主动侧右后悬置支架模态为249.2Hz，而目标频率为235Hz，满足设计要求。

3.2 被动侧悬置支架模态分析

本文对某商用车悬置系统被动侧支架进行了约束模态分析，得到如图4的CAE分析结果，其中被动侧左前悬置支架模态为387Hz，被动侧右前悬置支架模态为387Hz，主动侧左后悬置支架模态为 519Hz，主动侧右后悬置支架模态为481Hz，而目标频率为235Hz，满足设计要求。

图3 悬置系统主动侧支架模态分析结果

图4 悬置系统被动侧支架模态分析结果

4 悬置系统CAE强度分析

本文对某商用车悬置系统主被动侧支架进行了二十八工况强度分析，其中发动机输出最大扭矩为450Nm，工况主要包括WOT全油门工况和加减速工况及碰撞等工况，包括整车运行常见工况和部分极限工况。

本文按照上述工况边界要求，对某商用轻卡动力总成悬置系统主动侧和被动侧支架进行了二十八工况强度分析，得到如图5的分析结果，并给出了典型工况应力结果云图，其中主动侧悬置支架最大应力为 201MPa，被动侧悬置支架最大应力为183MPa，小于Q235材料屈服强度235MPa，满足设计目标。

图5 悬置系统主动侧和被动侧支架强度分析结果

5 结论

本文基于有限元法，首先进行了动力总成的质心和转动惯量测试，然后采用Hyperworks和Nastran软件，对某商用轻卡的动力总成悬置系统进行了CAE模态和强度分析，结果显示：

（1）主动侧左前悬置支架模态为824Hz，主动侧右前悬置支架模态为2846Hz，主动侧左后悬置支架模态为300Hz，主动侧右后悬置支架模态为249Hz，而标频率为235Hz，满足设计要求；

（2）被动侧左前悬置支架模态为387Hz，被动侧右前悬置支架模态为387Hz，主动侧左后悬置支架模态为519Hz，主动侧右后悬置支架模态为481Hz，目标频率为235Hz，满足设计要求；

（3）主动侧和被动侧悬置支架最大应力都小于Q235材料屈服强度235MPa，满足设计目标；

（4）综合评估该商用车动力总成悬置系统力学性能符合设计目标。