CN112084687B - 一种汽车动力系统悬置主动端支架刚度提升设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车动力系统悬置主动端支架刚度提升设计方法，包括以下步骤：建立汽车动力总成有限元模型；根据经验和壳体结构，确定汽车动力总成与悬置主动端支架连接点最优位置；进行悬置主动端支架拓扑结构优化；确定悬置主动端支架模态是否满足优化目标要求，如果未满足要求则继续进行后续步骤；根据汽车动力总成与悬置主动端支架结构，增加支架辅助支撑；校核悬置主动端支架模态，完成校核悬置主动端支架优化设计。发明能够在确定悬置位置的情况下实现轻量化的悬置支架结构设计与优化，并能够确保支架刚度目标的达成。

Description

一种汽车动力系统悬置主动端支架刚度提升设计方法
技术领域
本发明涉及一种完善的悬置支架设计方法，具体涉及一种汽车动力系统悬置主动端支架刚度提升设计方法，能够结合经验与拓扑方法达到预期的悬置支架设计优化目标。
背景技术
悬置支架是汽车动力总成与车架连接结构，其中悬置主动端支架装配状态的刚度和模态对总成在整车上的NVH表现影响显著。悬置支架连接点位置不当、结构不合理等容易导致支架在总成工作状态产生共振而引起NVH问题。
论文(Hypermesh在动力总成悬置系统NVH改进中的应用)中，以一款整车特定工况下噪声优化改进为例，介绍了运用Hypermesh进行支架建模分析，确定结构设计缺陷，并进行结构优化分析。
论文(纯电动汽车电驱动总成悬置设计原则研究)中，对电驱动车与燃油车动力总成振动特性以及不同悬置布置方案进行了对比，分析了影响电驱动总成悬置隔振率的主要因素，总结了电驱动汽车悬置总成设计的一般原则。
专利(CN20162145139.3)中提供了一种悬置支架结构，悬置支架结构包括分别设于汽车纵置发动机左右两侧的左悬置支架与右悬置支架，该悬置支架结构，优化了支架本体结构，通过改变支架本体断面形状和增设加强筋等措施，从结构方面提高了支架的刚度和固有频率，从而能够达到设计目标需求，避免与激励共振的问题。
论文1中，并未对具体的优化方法进行描述，且所进行的优化较为简单。论文2主要针对悬置整体布置进行了研究，未能够详细研究悬置支架本身的优化。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种汽车动力系统悬置主动端支架刚度提升设计方法，针对悬置主动端支架连接点、支架本体的设计提出了优化方法，并且可根据目标达成情况确定进一步的加强结构。本发明能够在确定悬置位置的情况下实现轻量化的悬置支架结构设计与优化，并能够确保支架刚度目标的达成。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种汽车动力系统悬置主动端支架刚度提升设计方法，包括以下步骤：
步骤一、建立汽车动力总成有限元模型；
步骤二、根据经验和壳体结构，确定汽车动力总成与悬置主动端支架连接点最优位置；
步骤三、进行悬置主动端支架拓扑结构优化；
步骤四、确定悬置主动端支架模态是否满足优化目标要求，如果未满足要求则继续进行后续步骤；
步骤五、根据汽车动力总成与悬置主动端支架结构，增加支架辅助支撑；
步骤六、校核悬置主动端支架模态，完成校核悬置主动端支架优化设计。
进一步地，所述步骤三进行悬置主动端支架拓扑结构优化是根据悬置位置与连接点位置，做出悬置主动端支架设计空间。
更进一步地，所述步骤三包括以下步骤：
1)在确定支架连接点的基础上，根据整车布置空间初步确定支架的最大轮廓，轮廓分布于连接点至连接点连线附近的区域；
2)以支架最大轮廓为设计空间，以支架1阶模态最大为优化目标，采用相对密度法进行结构优化。
更进一步地，所述相对密度法优化模型如下：
设材料模型为：
Figure BDA0002637115990000021
则拓扑优化模型为：
Figure BDA0002637115990000031
KU＝F
0＜xmin≤xe≤1
式中：ρ0和E0分别是均质实体的密度和弹性，xe是单元的相对密度，p是惩罚因子；U、F是分别是位移矢量、力矢量，K是总体刚度矩阵，Ue是单元位移矢量，Ke是单元刚度矩阵，N是单元总数，f是体积系数；优化时以单元的相对密度xe为拓扑设计变量。
进一步地，所述步骤五中，采用拓扑结构优化进行支架辅助支撑结构设计。
进一步地，所述步骤六中，校核悬置主动端支架1阶模态。
本发明具有以下有益效果：
1、基于经验确定最优的支架与总成连接点位置；
2、在总成连接点与悬置位置确定的基础上，基于拓扑优化方法实现设定目标下的支架结构设计；
3、根据优化后结构的目标达成情况，若未能达成目标，增加支架加强结构；
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
一种汽车动力系统悬置主动端支架刚度提升设计方法，包括以下步骤：
步骤一、建立汽车动力总成有限元模型；
步骤二、根据经验和壳体结构，确定汽车动力总成与悬置主动端支架连接点最优位置；
步骤三、进行悬置主动端支架拓扑结构优化；
步骤四、确定悬置主动端支架模态是否满足优化目标要求，如果未满足要求则继续进行后续步骤；
步骤五、根据汽车动力总成与悬置主动端支架结构，增加支架辅助支撑；
步骤六、校核悬置主动端支架模态，完成校核悬置主动端支架优化设计。
进一步地，所述步骤三进行悬置主动端支架拓扑结构优化是根据悬置位置与连接点位置，做出悬置主动端支架设计空间。
更进一步地，所述步骤三包括以下步骤：
1)在确定支架连接点的基础上，根据整车布置空间初步确定支架的最大轮廓，轮廓分布于连接点至连接点连线附近的区域；
2)以支架最大轮廓为设计空间，以支架1阶模态最大为优化目标，采用相对密度法进行结构优化。
更进一步地，所述相对密度法优化模型如下：
设材料模型为：
Figure BDA0002637115990000041
则拓扑优化模型为：
Figure BDA0002637115990000042
KU＝F
0＜xmin≤xe≤1
式中：ρ0和E0分别是均质实体的密度和弹性，xe是单元的相对密度，p是惩罚因子；U、F是分别是位移矢量、力矢量，K是总体刚度矩阵，Ue是单元位移矢量，Ke是单元刚度矩阵，N是单元总数，f是体积系数；优化时以单元的相对密度xe为拓扑设计变量。
进一步地，所述步骤五中，采用拓扑结构优化进行支架辅助支撑结构设计。
进一步地，所述步骤六中，校核悬置主动端支架1阶模态。
本发明能够在确定悬置位置的情况下实现轻量化的悬置支架结构设计与优化，并能够确保支架刚度目标的达成。
实施例
一种汽车动力系统悬置主动端支架刚度提升设计方法，包括以下步骤：
步骤一、建立汽车动力总成有限元模型；
步骤二、根据经验和壳体结构，确定汽车动力总成与悬置主动端支架连接点最优位置；
其中，支架连接点在动力总成壳体上分布方式应尽量分散，避免分布过于集中，避免各点在单一方向上尺寸过小；且支架连接点位置应尽量选择在动力总成壳体加强筋交叉点等刚度较大的位置。
步骤三、进行悬置主动端支架拓扑结构优化，根据悬置位置与连接点位置，做出悬置主动端支架设计空间；
1、在确定支架连接点的基础上，根据整车布置空间初步确定支架的最大轮廓，轮廓原则上分布于连接点至连接点连线附近的区域，尽量减少弯曲；
2、以支架最大轮廓为设计空间，以支架1阶模态最大为优化目标，采用相对密度法进行结构优化。相对密度法优化模型如下：
设材料模型为：
Figure BDA0002637115990000051
则拓扑优化模型为：
Figure BDA0002637115990000052
KU＝F
0＜xmin≤xe≤1
式中：ρ0和E0分别是均质实体的密度和弹性，xe是单元的相对密度，p是惩罚因子；U、F是分别是位移矢量、力矢量，K是总体刚度矩阵，Ue是单元位移矢量，Ke是单元刚度矩阵，N是单元总数，f是体积系数。优化时以单元的相对密度xe为拓扑设计变量。
步骤四、确定悬置主动端支架模态是否满足优化目标要求，如果未满足要求则继续进行后续步骤；
步骤五、根据汽车动力总成与悬置主动端支架结构，增加支架辅助支撑，采用拓扑结构优化进行支架辅助支撑结构设计；
其中，支架的辅助支撑两端分别连接支架和动力总成壳体，用以加强支架在某个方向的连接刚度，其与支架连接点应尽量靠近悬置，与动力总成壳体连接点应分布于刚度较强的位置。
步骤六、校核悬置主动端支架模态，完成校核悬置主动端支架1阶模态。

Claims (3)

1.一种汽车动力系统悬置主动端支架刚度提升设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、建立汽车动力总成有限元模型；
步骤二、根据经验和壳体结构，确定汽车动力总成与悬置主动端支架连接点最优位置；
步骤三、进行悬置主动端支架拓扑结构优化，根据悬置位置与连接点位置，做出悬置主动端支架设计空间；所述步骤三包括以下步骤：
1)在确定支架连接点的基础上，根据整车布置空间初步确定支架的最大轮廓，轮廓分布于连接点至连接点连线附近的区域；
2)以支架最大轮廓为设计空间，以支架1阶模态最大为优化目标，采用相对密度法进行结构优化：
所述相对密度法优化模型如下：
设材料模型为：
Figure FDA0004126114560000011
则拓扑优化模型为：
Figure FDA0004126114560000012
Figure FDA0004126114560000013
KU＝F
0＜xmin≤xe≤1
式中：ρ0和E0分别是均质实体的密度和弹性；xe是单元的相对密度；p是惩罚因子；U、F是分别是位移矢量、力矢量；K是总体刚度矩阵；Ue是单元位移矢量；K0是单元刚度矩阵；N是单元总数；f是体积系数；优化时以单元的相对密度xe为拓扑设计变量；
步骤四、确定悬置主动端支架模态是否满足优化目标要求，如果未满足要求则继续进行后续步骤；
步骤五、根据汽车动力总成与悬置主动端支架结构，增加支架辅助支撑；
步骤六、校核悬置主动端支架模态，完成校核悬置主动端支架优化设计。
2.如权利要求1所述的一种汽车动力系统悬置主动端支架刚度提升设计方法，其特征在于，所述步骤五中，采用拓扑结构优化进行支架辅助支撑结构设计。
3.如权利要求1所述的一种汽车动力系统悬置主动端支架刚度提升设计方法，其特征在于，所述步骤六中，校核悬置主动端支架1阶模态。
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