CN113779693B - 一种电驱动总成双层隔振系统优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电驱动总成双层隔振系统优化方法，包括以下步骤：S1：建立考虑双层隔振的电驱动总成颠簸模型；S2：获取系统的质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵；S3：将质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵代入考虑双层隔振的电驱动总成颠簸模型，对该模型施加路面激励测得系统响应；S4：根据系统响应，对电驱动总成双层隔振系统的具体结构及涉及的集总参数进行优化设计。与现有技术相比，本发明提出了一种考虑双层隔振系统的电驱动总成颠簸特性建模方法，为电驱动总成双层隔振系统的匹配设计提供了理论依据。

Description

一种电驱动总成双层隔振系统优化方法

技术领域

本发明涉及汽车整车NVH技术领域，尤其是涉及一种电驱动总成双层隔振系统优化方法。

背景技术

随着新能源汽车的发展，人们对汽车舒适性的要求也逐渐提高，其中，整车NVH(Noise，Vibration and Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)特性是一个衡量汽车舒适性的重要标准。电驱动总成悬置系统对整车NVH性能有着重要影响，电驱动总成颠簸是用来描述路面周期激励下，电驱动总成弹性支撑对整车振动的影响，因此研究动力总成颠簸问题显得尤为重要。

传统的动力总成悬置系统多为单层隔振系统，即仅有悬置这一弹性元件，此类隔振系统在路面周期激励下容易引起共振，隔振性能不够优越。考虑副车架及衬套的双层隔振系统，可保证较高的系统垂向模态频率，从一定程度上避免了系统共振，且隔振效果明显，能较好改善乘坐舒适性。

因此，为了提高乘车舒适性，需要对电驱动总成双层隔振系统进行优化设计，其离不开动力总成颠簸特性的建模。而目前针对颠簸特性建模方法的研究中，鲜有对考虑双层隔振系统以及衬套等弹性元件，忽略了电驱动总成悬置系统对颠簸特性的影响，降低了模型精度。因此，搭建精度高的电驱动总成整车颠簸特性模型对电驱动总成双层隔振系统的优化设计十分重要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电驱动总成双层隔振系统优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电驱动总成双层隔振系统优化方法，包括以下步骤：

S1：建立考虑双层隔振的电驱动总成颠簸模型；

S2：获取系统的质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵；

S3：将质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵代入考虑双层隔振的电驱动总成颠簸模型，对该模型施加路面激励测得系统响应；

S4：根据系统响应，对电驱动总成双层隔振系统的具体结构及涉及的集总参数进行优化设计。

优选地，所述的电驱动总成双层隔振系统包括以下六个子系统：电驱动总成系统、悬置系统、副车架系统、衬套系统、车身系统以及底盘系统。

优选地，所述的考虑双层隔振的电驱动总成颠簸模型表示为：

其中，M为质量矩阵，K为刚度矩阵，C为阻尼矩阵，q为系统位移矩阵，t为时间，q_h为路面激励。

优选地，所述的系统位移矩阵q包括23个集总参数，表示为：

q_p＝(x_p,y_p,z_p,θ_xp,θ_yp,θ_zp)^T

q_s＝(x_s,y_s,z_s,θ_xs,θ_ys,θ_zs)^T

q_b＝(z_b,θ_xb,θ_yb)^T

q_u＝(z_u1,z_u2,z_u3,z_u4)^T

其中，q_p为动力总成质心位移，q_s为副车架质心位移，q_b为车身质心位移，q_u为簧下质量质心位移，x_p为动力总成X方向位移、y_p为动力总成Y方向位移、z_p为动力总成Z方向位移、θ_xp为动力总成绕X轴角位移、θ_yp为动力总成绕Y轴角位移、θ_zp为动力总成绕Z轴角位移、x_s为副车架X方向位移、y_s为副车架Y方向位移、z_s为副车架Z方向位移、θ_xs为副车架绕X轴角位移、θ_ys为副车架绕Y轴角位移、θ_zs为副车架绕Z轴角位移、z_b为车身Z方向位移、θ_xb为车身绕X轴角位移、θ_yb为车身绕Y轴角位移、z_u1为簧下质量左前方位移、z_u2为簧下质量右前方位移、z_u3为簧下质量左后方位移、z_u4为簧下质量右后方位移。

优选地，所述的系统质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵通过拉格朗日建模法获取。

优选地，步骤S2中获取系统的质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵时根据系统位移矩阵q中集总参数的组成分别确定质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵中集总参数的组成。

优选地，所述的质量矩阵M中通过系统动能的描述公式获得，表示为：

式中，E_T为系统动能，m_p表示动力总成质量、I_xx表示动力总成绕x轴惯量、I_yy表示动力总成绕y轴惯量、I_zz表示动力总成绕z轴惯量、I_xy表示动力总成绕xy轴惯性积、I_yz表示动力总成绕yz轴惯性积、I_xz表示动力总成绕xz轴惯性积、m_s表示副车架质量、J_xx表示副车架绕x轴惯量、J_yy表示副车架绕y轴惯量、J_zz表示副车架绕z轴惯量、J_xy表示副车架绕xy轴惯性积、J_yz表示副车架绕yz轴惯性积、J_xz表示副车架绕xz轴惯性积、m_b表示车身质量、J_x表示车身绕x轴惯量、J_y表示车身绕y轴惯量、m_u2表示簧下左前方质量、m_u2表示簧下右前方质量、m_u3表示簧下左后方质量、m_u4表示簧下右后方质量，表示动力总成质心速度，/>为q_p的导数，表示副车架质心速度，/>为q_s的导数，/>表示车身质心速度，/>为q_b的导数，/>表示簧下质量质心速度，/>为q_u的导数，/>表示系统速度，/>为q的导数。

优选地，所述的刚度矩阵K通过系统势能的描述公式获得，表示为：

K₃'＝E_i ^TK_siE_i

K₄'＝F_i ^TK_tF_i

K＝K₁'+K₂'+K₃'+K₄'

式中，E_V为系统势能，K₁'表示悬置势能、K₂'表示衬套势能、K₃'表示悬架势能、K₄'表示轮胎势能、B_i表示从输入到悬置转移矩阵、T_i表示悬置方向转移矩阵、K_im表示悬置复刚度或静态矩阵、D_j表示从输入到衬套转移矩阵、R_j表示衬套方向转移矩阵、K_jc表示衬套线性刚度矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、K_si表示悬架刚度矩阵、F_i表示从输入到轮胎转移矩阵、K_t表示轮胎刚度矩阵、B_i ^T为B_i的转置矩阵、T_i ^T为T_i的转置矩阵、D_j ^T为D_j的转置矩阵、R_j ^T为R_j的转置矩阵、E_i ^T为E_i的转置矩阵、F_i ^T为F_i的转置矩阵，表示系统速度、/>为q的导数，下标i表示第i个悬置，下标j表示第j个衬套，n1表示悬置总个数，n2表示衬套总个数。

优选地，所述的阻尼矩阵C通过系统耗散能的描述公式获得，表示为：

C＝C₁'+C₂'+C₃'

式中，E_D为系统耗散能，C₁'表示悬置耗散能、C₂'表示衬套耗散能、C₃'表示轮胎耗散能、B_i表示从输入到悬置转移矩阵、T_i表示悬置方向转移矩阵、C_im表示悬置阻尼矩阵、D_j表示从输入到衬套转移矩阵、R_j表示衬套方向转移矩阵、C_jc表示衬套阻尼矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、C_si表示悬架阻尼矩阵、B_i ^T为B_i的转置矩阵、T_i ^T为T_i的转置矩阵、D_j ^T为D_j的转置矩阵、R_j ^T为R_j的转置矩阵、E_i ^T为E_i的转置矩阵、表示系统速度、/>为q的导数，下标i表示第i个悬置，下标j表示第j个衬套，n1表示悬置总个数，n2表示衬套总个数。

优选地，所述的路面激励q_h表示为：

q_h＝(z_h1,z_h2,z_h3,z_h4)^T

式中，z_h1为左前轮位移激励、z_h2为右前轮位移激励、z_h3为左后轮位移激励、z_h4为右后轮位移激励。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)通过本发明方法优化后的电驱动总成双层隔振系统隔振效果好，本发明考虑双层隔振的电驱动总成颠簸特性，采用了双层隔振系统，保证系统有较高的垂向模态频率，从一定程度上避免了系统共振，提高了隔振效果。

(2)精确度高，本发明的考虑双层隔振的电驱动总成颠簸特性计算方法，在建模时考虑了副车架以及衬套等弹性元件对系统的影响，解决了集总参数模型在描述电驱动总成颠簸特性时精度不足的问题，能更精确地对电驱动总成颠簸特性进行建模，为电驱动总成双层隔振系统的匹配设计提供了理论依据。

附图说明

图1为本发明一种电驱动总成双层隔振系统优化方法的流程框图；

图2为本发明中电驱动总成颠簸特性整车模型示意图；

图3为本发明中电驱动总成颠簸特性座椅导轨幅频响应曲线；

图4为本发明中电驱动总成颠簸特性座椅导轨相频响应曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种电驱动总成双层隔振系统优化方法，包括以下步骤：

S1：建立考虑双层隔振的电驱动总成颠簸模型；

S2：获取系统的质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵；

S3：将质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵代入考虑双层隔振的电驱动总成颠簸模型，对该模型施加路面激励测得系统响应；

S4：根据系统响应，对电驱动总成双层隔振系统的具体结构及涉及的集总参数进行优化设计。

电驱动总成双层隔振系统包括以下六个子系统：电驱动总成系统、悬置系统、副车架系统、衬套系统、车身系统以及底盘系统。动力总成颠簸特性整车模型如图2所示，该模型包括19个自由度，含动力总成的6个自由度，副车架的6个自由度，车身的3个自由度和4个簧下自由度。根据拉格朗日能量法，建立电驱动总成颠簸特性整车模型。考虑双层隔振的电驱动总成颠簸模型表示为：

其中，M为质量矩阵，K为刚度矩阵，C为阻尼矩阵，q为系统位移矩阵，t为时间，q_h为路面激励。

其中，系统位移矩阵q包括23个集总参数，表示为：

q_p＝(x_p,y_p,z_p,θ_xp,θ_yp,θ_zp)^T

q_s＝(x_s,y_s,z_s,θ_xs,θ_ys,θ_zs)^T

q_b＝(z_b,θ_xb,θ_yb)^T

q_u＝(z_u1,z_u2,z_u3,z_u4)^T

其中，q_p为动力总成质心位移，q_s为副车架质心位移，q_b为车身质心位移，q_u为簧下质量质心位移，x_p为动力总成X方向位移、y_p为动力总成Y方向位移、z_p为动力总成Z方向位移、θ_xp为动力总成绕X轴角位移、θ_yp为动力总成绕Y轴角位移、θ_zp为动力总成绕Z轴角位移、x_s为副车架X方向位移、y_s为副车架Y方向位移、z_s为副车架Z方向位移、θ_xs为副车架绕X轴角位移、θ_ys为副车架绕Y轴角位移、θ_zs为副车架绕Z轴角位移、z_b为车身Z方向位移、θ_xb为车身绕X轴角位移、θ_yb为车身绕Y轴角位移、z_u1为簧下质量左前方位移、z_u2为簧下质量右前方位移、z_u3为簧下质量左后方位移、z_u4为簧下质量右后方位移。

路面激励q_h表示为：

q_h＝(z_h1,z_h2,z_h3,z_h4)^T

式中，z_h1为左前轮位移激励、z_h2为右前轮位移激励、z_h3为左后轮位移激励、z_h4为右后轮位移激励。

系统质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵通过拉格朗日建模法获取，获取系统的质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵时根据系统位移矩阵q中集总参数的组成分别确定质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵中集总参数的组成。

质量矩阵M中通过系统动能的描述公式获得，表示为：

式中，E_T为系统动能，m_p表示动力总成质量、I_xx表示动力总成绕x轴惯量、I_yy表示动力总成绕y轴惯量、I_zz表示动力总成绕z轴惯量、I_xy表示动力总成绕xy轴惯性积、I_yz表示动力总成绕yz轴惯性积、I_xz表示动力总成绕xz轴惯性积、m_s表示副车架质量、J_xx表示副车架绕x轴惯量、J_yy表示副车架绕y轴惯量、J_zz表示副车架绕z轴惯量、J_xy表示副车架绕xy轴惯性积、J_yz表示副车架绕yz轴惯性积、J_xz表示副车架绕xz轴惯性积、m_b表示车身质量、J_x表示车身绕x轴惯量、J_y表示车身绕y轴惯量、m_u2表示簧下左前方质量、m_u2表示簧下右前方质量、m_u3表示簧下左后方质量、m_u4表示簧下右后方质量，表示动力总成质心速度，/>为q_p的导数，表示副车架质心速度，/>为q_s的导数，/>表示车身质心速度，/>为q_b的导数，/>表示簧下质量质心速度，/>为q_u的导数，/>表示系统速度，/>为q的导数。

刚度矩阵K通过系统势能的描述公式获得，表示为：

K₃'＝E_i ^TK_siE_i

K₄'＝F_i ^TK_tF_i

K＝K₁'+K₂'+K₃'+K₄'

式中，E_V为系统势能，K₁'表示悬置势能、K₂'表示衬套势能、K₃'表示悬架势能、K₄'表示轮胎势能、B_i表示从输入到悬置转移矩阵、T_i表示悬置方向转移矩阵、K_im表示悬置复刚度或静态矩阵、D_j表示从输入到衬套转移矩阵、R_j表示衬套方向转移矩阵、K_jc表示衬套线性刚度矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、K_si表示悬架刚度矩阵、F_i表示从输入到轮胎转移矩阵、K_t表示轮胎刚度矩阵、B_i ^T为B_i的转置矩阵、T_i ^T为T_i的转置矩阵、D_j ^T为D_j的转置矩阵、R_j ^T为R_j的转置矩阵、E_i ^T为E_i的转置矩阵、F_i ^T为F_i的转置矩阵，表示系统速度、/>为q的导数，下标i表示第i个悬置，下标j表示第j个衬套，n1表示悬置总个数，n2表示衬套总个数。

阻尼矩阵C通过系统耗散能的描述公式获得，表示为：

C＝C₁'+C₂'+C₃'

式中，E_D为系统耗散能，C₁'表示悬置耗散能、C₂'表示衬套耗散能、C₃'表示轮胎耗散能、B_i表示从输入到悬置转移矩阵、T_i表示悬置方向转移矩阵、C_im表示悬置阻尼矩阵、D_j表示从输入到衬套转移矩阵、R_j表示衬套方向转移矩阵、C_jc表示衬套阻尼矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、C_si表示悬架阻尼矩阵、B_i ^T为B_i的转置矩阵、T_i ^T为T_i的转置矩阵、D_j ^T为D_j的转置矩阵、R_j ^T为R_j的转置矩阵、E_i ^T为E_i的转置矩阵、表示系统速度、/>为q的导数，下标i表示第i个悬置，下标j表示第j个衬套，n1表示悬置总个数，n2表示衬套总个数。

将确定好的质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵代入考虑双层隔振的电驱动总成颠簸特性整车模型，求解得到的电驱动总成颠簸特性曲线。

如图3、图4所示，座椅导轨幅频、相频特性曲线，该曲线可表征汽车在路面激励下的振动情况，即颠簸特性，系统三大矩阵M，C，K与系统集总参数相关(如悬置/衬套安装位置，刚度等)，因此，改变相关参数可调节颠簸特性曲线的幅频、相频特性，使幅频曲线幅值降低，共振频率移到理想区域(电动车为20Hz以上)即可达到优化效果。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (3)

1.一种电驱动总成双层隔振系统优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立考虑双层隔振的电驱动总成颠簸模型；

S2：获取系统的质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵；

S3：将质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵代入考虑双层隔振的电驱动总成颠簸模型，对该模型施加路面激励测得系统响应；

S4：根据系统响应，对电驱动总成双层隔振系统的具体结构及涉及的集总参数进行优化设计；

所述的考虑双层隔振的电驱动总成颠簸模型表示为：

其中，M为质量矩阵，K为刚度矩阵，C为阻尼矩阵，q为系统位移矩阵，t为时间，q_h为路面激励；

所述的系统位移矩阵q包括23个集总参数，表示为：

q_p＝(x_p,y_p,z_p,θ_xp,θ_yp,θ_zp)^T

q_s＝(x_s,y_s,z_s,θ_xs,θ_ys,θ_zs)^T

q_b＝(z_b,θ_xb,θ_yb)^T

q_u＝(z_u1,z_u2,z_u3,z_u4)^T

其中，q_p为动力总成质心位移，q_s为副车架质心位移，q_b为车身质心位移，q_u为簧下质量质心位移，x_p为动力总成X方向位移、y_p为动力总成Y方向位移、z_p为动力总成Z方向位移、θ_xp为动力总成绕X轴角位移、θ_yp为动力总成绕Y轴角位移、θ_zp为动力总成绕Z轴角位移、x_s为副车架X方向位移、y_s为副车架Y方向位移、z_s为副车架Z方向位移、θ_xs为副车架绕X轴角位移、θ_ys为副车架绕Y轴角位移、θ_zs为副车架绕Z轴角位移、z_b为车身Z方向位移、θ_xb为车身绕X轴角位移、θ_yb为车身绕Y轴角位移、z_u1为簧下质量左前方位移、z_u2为簧下质量右前方位移、z_u3为簧下质量左后方位移、z_u4为簧下质量右后方位移；

所述的系统质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵通过拉格朗日建模法获取；

步骤S2中获取系统的质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵时根据系统位移矩阵q中集总参数的组成分别确定质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵中集总参数的组成；

所述的质量矩阵M中通过系统动能的描述公式获得，表示为：

式中，E_T为系统动能，m_p表示动力总成质量、I_xx表示动力总成绕x轴惯量、I_yy表示动力总成绕y轴惯量、I_zz表示动力总成绕z轴惯量、I_xy表示动力总成绕xy轴惯性积、I_yz表示动力总成绕yz轴惯性积、I_xz表示动力总成绕xz轴惯性积、m_s表示副车架质量、J_xx表示副车架绕x轴惯量、J_yy表示副车架绕y轴惯量、J_zz表示副车架绕z轴惯量、J_xy表示副车架绕xy轴惯性积、J_yz表示副车架绕yz轴惯性积、J_xz表示副车架绕xz轴惯性积、m_b表示车身质量、J_x表示车身绕x轴惯量、J_y表示车身绕y轴惯量、m_u2表示簧下左前方质量、m_u2表示簧下右前方质量、m_u3表示簧下左后方质量、m_u4表示簧下右后方质量，表示动力总成质心速度，/>为q_p的导数，/>表示副车架质心速度，/>为q_s的导数，/>表示车身质心速度，/>为q_b的导数，/>表示簧下质量质心速度，/>为q_u的导数，/>表示系统速度，/>为q的导数；

所述的刚度矩阵K通过系统势能的描述公式获得，表示为：

K₃'＝E_i ^TK_siE_i

K₄'＝F_i ^TK_tF_i

K＝K₁'+K₂'+K₃'+K₄'

式中，E_V为系统势能，K₁'表示悬置势能、K₂'表示衬套势能、K₃'表示悬架势能、K₄'表示轮胎势能、B_i表示从输入到悬置转移矩阵、T_i表示悬置方向转移矩阵、K_im表示悬置复刚度或静态矩阵、D_j表示从输入到衬套转移矩阵、R_j表示衬套方向转移矩阵、K_jc表示衬套线性刚度矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、K_si表示悬架刚度矩阵、F_i表示从输入到轮胎转移矩阵、K_t表示轮胎刚度矩阵、B_i ^T为B_i的转置矩阵、T_i ^T为T_i的转置矩阵、D_j ^T为D_j的转置矩阵、R_j ^T为R_j的转置矩阵、E_i ^T为E_i的转置矩阵、F_i ^T为F_i的转置矩阵，表示系统速度、/>为q的导数，下标i表示第i个悬置，下标j表示第j个衬套，n1表示悬置总个数，n2表示衬套总个数；

所述的阻尼矩阵C通过系统耗散能的描述公式获得，表示为：

C＝C₁'+C₂'+C₃'

式中，E_D为系统耗散能，C₁'表示悬置耗散能、C₂'表示衬套耗散能、C₃'表示轮胎耗散能、B_i表示从输入到悬置转移矩阵、T_i表示悬置方向转移矩阵、C_im表示悬置阻尼矩阵、D_j表示从输入到衬套转移矩阵、R_j表示衬套方向转移矩阵、C_jc表示衬套阻尼矩阵、E_i表示从输入到悬架转移矩阵、C_si表示悬架阻尼矩阵、B_i ^T为B_i的转置矩阵、T_i ^T为T_i的转置矩阵、D_j ^T为D_j的转置矩阵、R_j ^T为R_j的转置矩阵、E_i ^T为E_i的转置矩阵、表示系统速度、/>为q的导数，下标i表示第i个悬置，下标j表示第j个衬套，n1表示悬置总个数，n2表示衬套总个数。

2.根据权利要求1所述的一种电驱动总成双层隔振系统优化方法，其特征在于，所述的电驱动总成双层隔振系统包括以下六个子系统：电驱动总成系统、悬置系统、副车架系统、衬套系统、车身系统以及底盘系统。

3.根据权利要求1所述的一种电驱动总成双层隔振系统优化方法，其特征在于，所述的路面激励q_h表示为：

q_h＝(z_h1,z_h2,z_h3,z_h4)^T

式中，z_h1为左前轮位移激励、z_h2为右前轮位移激励、z_h3为左后轮位移激励、z_h4为右后轮位移激励。