王亮 付龙豹
长城汽车股份有限公司技术中心 河北保定 071000
摘要：随着时代的不断发展，我国的经济水平和工程工艺都得到了非常有效的进步。现阶段为了研究电动汽车车架结构性能对其操作稳定性和乘车舒适性的影响，对车架进行随机振动分析。首先需要通过软件编程和建立模块随机路面仿真模型；然后通过结合车架满载工况下的动态分析结果，使用软件进行车架的随机振动分析，得到车架在路面激励作用下唯一相应最大值和车架结构易损位置。分析结果为中型多作为电动汽车车架结构优化提供重要的理论依据。
关键词： 电动汽车 车架 随机振动 分析
引言:车辆在行驶的过程当中，路面不平度不只是使乘客在乘车的过程中不舒适，严重的还会导致车架结构或者车架上零件的损坏，从而降低车辆的使用寿命。电动汽车行驶在城市的沥青路面上的时候，受到来自路面的随机激励，这种激励主要是通过车轮传递到车架上。如果激励过大，就会引起整个车辆出现波动的现象。严重的会导致电动汽车产生疲劳破坏，因此电动车的随机振动分析具有一定的实际研究价值。
1路面随机激励模型
随机振动是因为路面不平度导致的，这种激励的机制过程没有办法用确定的函数来描述，但是可以通过采用概率统计的方法来进行研究。对车架进行随机振动分析，主要是研究车架在随机激励的过程中的响应特性。现阶段，主要应用谱分析法来进行分析随机荷载。功率谱密度恩熙作为谱分析的一种类型，也可以成为随机振动分析。稳重通过利用位移功率谱密度分析对车架进行随机振动分析。
1.1路面不平度的功率谱密度
路面激励属于随机激励，没有确定的时间表达函数，只能够通过采用概率统计法的她点，即路面不平度功率谱密度。空间功率谱密度。根据国家的相关规定，；路面不平度功率谱密度用指数拟合为：
式中：q（t）为路面不平度函数，m；W（t）为均值为零的高斯白噪声；n为路面空间截止频率，n=0.11m。并且在编程软件中搭建路面不平度的时域仿真分析模型，在进行仿真的时候，需要根据输入路面不平度系数和车速，即可得到相应情况下的时域路面激励信号。
2.车架的随机振动分析
以车架满载弯曲下的动态分析结果为基础在编程软件中对车架进行边界约束，并加载B级路面上的随机位移功率谱密度对车架进行谱分析求解。
中型多座位电动汽车以40km/h车速在B级路面上行驶的时候，车架的位移变形云图如图四所示。
由图四可知，车架的最大变形发生在车架中部左右2个主横梁上，最大的变形值为4.9281mm，在变形量最大位置选择节点进行位移响应分析，第一个节点为车架中部最左侧横梁与第一根断纵梁交界处；第二个节点为车架中部最左侧横梁与第一根长纵梁交界处；第三个节点为车架中部最左侧横梁与第一根短纵梁交界处；通过利用Workbench分析得到三个节点的位移响应谱分布曲线，三个点均在26.762HZ的时候出现位移的极大值，这样的频率车架在满载的情况下动态分析的第三阶固有频率，由车架实验模态分析结果车架第五阶22.64Hz和第六阶29.19Hz可知，车架的固有频率与该频率相差较小，因此在电动汽车整车设计中应该避免其他部件的振动频率接近这个频率。避免共振耦合的发生。
2.1结构优化设计
车架应变云图显示该车架最大应力发生在车架前部的立梁与连接前部和中部的方钢交接位置，车架其他位置应力都是在52MPA以下，说明这些位置选用的材料有较大富余地满足使用要求，应考虑轻量化研究。
车架尾部防止电池位置最大变形在1mm以下，并且组合应力在37MPa以下，可以将此处的槽钢换成其他轻质型钢，从而降低车架质量；由车架位移分布图可以了解到车架尾部载客位置中间的纵梁变形比较明显，并且在车架满载弯曲工况下梁扭曲变形过大，应该增加支撑梁；原车架中部载客位置的槽钢选用的是10#槽钢，根据分析云图可以指导，最大的变形集中在车架中部的中间一排载客位置，另外2排载客位置位移以及应力相对较小，所以保留车架主梁来承担载荷，将梁1-8换为其他的轻质型钢。
考虑到可以选用角钢型号的比较多，所以实用优化模块实验设计探究设计参数与目标参数间的关系，然后在对产品进行深一步的多目标优化，确定产品的优化方案，从而确保进行深一步的多目标优化，确定产品的优化方案，进而保证产品的综合性能达到最好，最终将车架梁1-8由槽钢换为100mm*100mm*6mm角钢，得到满载弯曲工况下车架的位移变形以及应力分布，车架尾部防止电池位置可以满足强制刚度要求，车架尾部载客位置中间的纵梁变形状况明显得到了有效的改善，并且最大的应力得到了有效的降低，一阶频率超出了路面激励范围，有效提高了车架动态特性。
结束语：本文主要介绍了车架随机振动分析过程，结合车架满载下的动态分析结果表示，车架位移变形较大，应力过大，低阶固有频率偏低，结合力学理论知识提出改进方案，对改进之后车架再次进行有限元分析，车架变形，应力都得到了明显的减小，低阶固有频率提高。在软件车架的随机振动分析中，得到车架在路面激励作用下在26.762Hz的时候位移响应最大，为车架的结构改进提供重要的理论依据。
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论文作者:王亮,付龙豹
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/2
标签：车架论文; 路面论文; 平度论文; 位移论文; 电动汽车论文; 应力论文; 位置论文; 《防护工程》2018年第18期论文;