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某纯电动客车模态分析

2020-03-28 19:04:41·  来源:电动学堂  
 
作者单位:江西博能上饶客车有限公司DOI:10.15917/j.cnki.1006-3331.2020.01.005模态分析是车辆NVH 性能分析的基础,通过模态分析找到车辆的主要固有频率和振型
作者单位:江西博能上饶客车有限公司
 
DOI:10.15917/j.cnki.1006-3331.2020.01.005
 
模态分析是车辆NVH 性能分析的基础,通过模态分析找到车辆的主要固有频率和振型,对比外界主要激励源的激振频率,为车辆避开这些主要的激励源避免共振提供理论依据。本文以某纯电动客车的整车骨架和内饰车身为对象,进行模态分析,为车身结构的分析计算和改进提供参考。
 
1 有限元模型的建立
本车采用全承载结构,包括前围、后围、左右侧围、顶盖和底架。前桥轴荷5.5t,后桥轴荷11 t,整车长10.49 m、宽2.49 m、高3.49 m(不含空调高度),整车骨架主要由Q235 和Q345 矩管焊接而成。
根据整车骨架的三维模型,在HyperMesh 软件中进行网格划分。矩管和钣金件以四边形壳单元为主三角形壳单元为辅划分网格,壳单元基本尺寸15mm,最小尺寸5 mm,翘曲度<15°,倾斜度<60°,长宽比<5,四边形单元最小内角45°,最大内角135°,三角形单元最小内角20°,最大内角120°。对于实体结构,采用四面体网格划分。考虑整个整车骨架的受力情况,忽略了直径小于5 mm 的小孔。该客车有限元模型包含1 481 778 个单元和1 381 778 个节点,其整车骨架的有限元网格模型如图1 所示。
 
骨架是整车重要的承载部件,其模态性能必须控制。内饰车身是在骨架的基础上添加内饰件,其动态性能更接近整车,加上内饰件后,其质量和刚度都发生了变化,导致模态频率和振型都发生变化,容易产生一些局部振型,导致车身在某些位置振动厉害,因此内饰车身的模态也需要控制。通过整车骨架和内饰车身模态可以找到车身结构上的薄弱环节,优化这些区域来发现车身结构上的潜在NVH 隐患 。
在整车骨架有限元网格模型的基础上导入内饰车身三维模型(即保留内蒙皮、地板、玻璃、车门的模型),用四边形网格对以上内饰件进行离散化,内饰车身有限元模型包含1 686 766 个单元和1 492 893 个节点,其有限元网格模型如图2 所示。
 
内饰材料主要包括内饰PP 件、玻璃、竹胶板和门铝件,骨架材料主要有Q235 和Q345。内饰车身材料的参数见表1。
2 模态分析及讨论
2.1整车骨架的模态分析
进行骨架的自由模态分析时,除了骨架本身的自重(定义好材料和网格属性,系统会自动计算,不需额外添加),仅需施加一个模态运算载荷,即在Hyperworks 软件中通过建立EIGRL 卡片的Load Collector 即可。
根据有限元分析结果,除去前六阶刚体模态,整车骨架一阶扭转模态为7.9Hz,整车一阶弯曲模态为13 Hz,前六阶模态频率分别为7.9Hz、9.0Hz、13.0Hz、13.5Hz、16.0Hz、17.1Hz。其中整车的一阶模态振型图如图3 所示。
 
2.2 内饰车身模态分析及讨论
内饰车身模态,在除去前六阶刚体模态之后,前两阶模态频率分别是14.8Hz 和18.3Hz,分别表现为顶盖的一阶弯曲和顶盖的二阶弯曲。前六阶非零模态频率分别为14.8Hz、18.3Hz、20.6Hz、23.3Hz、23.9Hz 和24.3Hz,其中,顶盖的一阶弯曲和二阶弯曲的振型图如图4 所示。
 
2.3 讨 论
纯电动客车在行驶过程中,主要受到来自路面对车轮的冲击和电机的振动激励。
1) 路面激励频率受路面质量影响,目前在城市道路及高速公路上,路面激励频率通常在1 ~3 Hz。
2) 车轮不平衡引起的激励频率低于11 Hz,但是由于该激励分量较小,可忽略。
3) 传动轴引起的激励频率大于40 Hz,该激励的分量较小,可忽略。
4) 驱动电机振动频率与电机极数P、转速n 有关。整车使用的驱动电机额定转速n =1 270 r/ min,极数P=12,得到低速激励频率f =(n·P / 2) / 60=127 Hz。
骨架是车身的基础,门窗、内外蒙皮、底盘部件和内外饰件都通过各种方式安装在骨架上,如果骨架的模态偏低,骨架很容易受内外部激励影响,产生共振,所以骨架的模态频率应该避开主要的激振源频率。同时,内饰车身模态是在骨架的基础上增加了内蒙皮和地板等内饰件,整体的模态频率和振型都发生了变化,特别是一些局部模态,很可能与内外部激振源的频率相同或相近,造成共振。为了避开主要的激振源,要求整车骨架和内饰车身的低阶模态频率应处于3 ~127 Hz 之间。根据上述模态分析可知,整车骨架和内饰车身的低阶模态频率都处在3 ~127 Hz 之间,避开了外界和内部的主要激振源频率,不会引起共振。
 
3 结束语
通过建立整车模型,对整车骨架和内饰车身分别进行模态分析,得到车身结构容易受外界激励影响的频率范围,并与车身内外部激励进行研究对比,确认车身结构不会发生共振。
 
 
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