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某純電動汽車懸置減振性能優(yōu)化研究

2020-03-09 23:41:30·  來源：北京新能源汽車股份有限公司  作者：辛雨 趙春艷 李玉軍  
　
摘要：電動汽車為未來汽車行業(yè)發(fā)展方向之一；懸置系統(tǒng)是影響電動汽車振動噪聲性能的關鍵問題，理應得到重視。某車型電動汽車右懸置隔振差，引起車內(nèi)振動問題。為
摘要：電動汽車為未來汽車行業(yè)發(fā)展方向之一；懸置系統(tǒng)是影響電動汽車振動噪聲性能的關鍵問題，理應得到重視。某車型電動汽車右懸置隔振差，引起車內(nèi)振動問題。為解決振動問題，測試實際動力總成轉動慣量并對懸置系統(tǒng)進行優(yōu)化。首先運用扭矩軸理論對右懸置位置做出改變，其次根據(jù)解耦優(yōu)化結果對右懸置剛度進行調(diào)整，再次對右懸置襯套結構進行優(yōu)化以優(yōu)化電機啟動倒轉位移量，最后對懸置支架進行模態(tài)頻率優(yōu)化消除原有共振頻率。對整改后項目樣車測試表明，整改后車內(nèi)振動情況滿足優(yōu)化要求。

關鍵詞：電動汽車，懸置，轉動慣量，扭矩軸，解耦，剛度。

0 引言

隨著我國人均GDP不斷提升，汽車保有量在近幾年節(jié)節(jié)攀升，2013年我國汽車保有量已達1.37億輛；汽車的普及正在帶來越來越嚴重的能源消耗，環(huán)境污染等一系列問題。電動汽車作為解決資源短缺，進行環(huán)境保護等問題的重要途徑，近幾年得到快速發(fā)展；目前國內(nèi)外都已有各種類型電動汽車在市場銷售，我國也出臺了一系列的電動汽車政策以支持電動汽車行業(yè)發(fā)展。對電動汽車而言，懸置系統(tǒng)是如同傳統(tǒng)樣車一樣是整車振動噪聲性能的關鍵，因此對電動汽車的懸置系統(tǒng)設計需要進行大量研究[1-3]。

某純電動汽車設計過程中，前期設計采用三維數(shù)模計算動力總成部件（電機、減速器、空調(diào)壓縮機等）轉動慣量參數(shù)，并使用軟件合成動力總成整體轉動慣量。在試制樣車振動噪聲摸底試驗中，發(fā)現(xiàn)該電動汽車存在振動問題；經(jīng)過傳遞路徑分析，結果顯示右懸置振動衰減差是引起該振動問題的主要原因。

為解決右懸置振動衰減差問題，實際測試了該純電動汽車動力總成轉動慣量參數(shù)，并根據(jù)實測轉動慣量對右懸置位置及剛度進行了優(yōu)化調(diào)整。在此過程中，右懸置結構由圓柱形襯套調(diào)整為圓筒形襯套，懸置支架重新設計。新狀態(tài)樣車振動噪聲測試結果表明，調(diào)整后的懸置系統(tǒng)符合振動優(yōu)化要求。

1 問題提出

某純電動汽車項目振動噪聲摸底試驗中，發(fā)現(xiàn)該電動汽車存在振動問題；經(jīng)分析，右懸置振動衰減差、懸置車身側振動大是引起該振動問題的主因。急加速時，右懸置車身側振動中X向、Y向最大振動及隔振率不滿足要求，如表1所示。由急加速右懸置電機-車身振動衰減圖可知，大部分轉速內(nèi)右懸置X向、Y向振動衰減差。

圖1 右懸置振動衰減圖
（從左到右，從上到下依次：X向，Y向，Z向；紅色電機側，綠色車身側）

表1 右懸置隔振率表

由右懸置電機側和車身側X向振動colormap圖（圖2）可知，該方向振動1階振動衰減差；而Y向振動同樣存在1階振動衰減差問題（圖3），并存在懸置支架共振問題。為改善上述問題，考慮調(diào)整右懸置剛度，優(yōu)化解耦率；同時修改右懸置支架結構，避開1050-1600Hz之間模態(tài)頻率。

圖2 右懸置X向振動colormap圖
（上為電機側，下為車身側）

圖3 右懸置Y向振動colormap圖
（上為電機側，下為車身側）

2 動力總成慣量參數(shù)驗證

2.1慣量參數(shù)CAE合成

動力總成整體由驅(qū)動電機、減速器和安裝在驅(qū)動電機上的空調(diào)壓縮機共同組成，如圖4所示。

圖4 動力總成布置及懸置系統(tǒng)圖

根據(jù)驅(qū)動電機、減速器及空調(diào)壓縮機三個零部件的質(zhì)心、重量和轉動慣量，可以合成動力總成整體的慣量參數(shù)；各零部件及合成后的慣量參數(shù)如表2所示。前期懸置系統(tǒng)設計時，由于無樣件，采用合成的轉動慣量進行懸置系統(tǒng)設計。

表2 動力總成慣量參數(shù)合成

2.2慣量參數(shù)測試

為了驗證動力總成轉動慣量參數(shù)的準確性，對動力總成樣件進行了轉動慣量測試，分別使用三線擺法[4]和振動剛體模態(tài)測試法[5]計算。經(jīng)測試分析結果如下：

表3 動力總成慣量參數(shù)測試結果

可以看到，無論是總體重量，還是質(zhì)心、轉動慣量參數(shù)，前期數(shù)模合成結果都存在較大誤差。結合NVH整改，本懸置系統(tǒng)擬根據(jù)測試轉動慣量結果進行調(diào)整。

3 懸置設計

3.1懸置位置修改

根據(jù)測試得到的動力總成轉動慣量參數(shù)，得到扭矩軸計算結果如表4所示，扭矩軸計算公式如下[6]。

 

表4 扭矩軸計算結果

根據(jù)扭矩軸計算結果，將右懸置在X向（車輛前進方向）前移22mm，Z向（車輛上下方向）下降21mm，以達到左懸置不動而左右懸置連線與扭矩軸平行的效果。

表5 懸置位置調(diào)整結果

3.2懸置剛度調(diào)整

懸置位置調(diào)整后，根據(jù)現(xiàn)有懸置剛度進行解耦優(yōu)化：右懸置靜剛度由（170，70，90）變更為（80，80，90）；后懸置襯套硬度提高，靜剛度為（390，25，45）；左懸置保持原靜剛度（170，70，90）不變。調(diào)整后懸置解耦結果如下表所示。

表5 剛度調(diào)整后解耦結果

3.3懸置系統(tǒng)設計

根據(jù)優(yōu)化后的懸置布置位置及剛度，對右懸置襯套結構進行了更改，并對右懸置支架進行了重新設計，優(yōu)化結果如下所示。右懸置襯套變更為圓筒形結構，由于該結構不存在Z向減振縫隙，對懸置啟動與倒轉工況進行位移限制存在較好效果。而新設計的懸置支架模態(tài)避開了1050-1600Hz共振頻率，在電機側即不存在該頻率共振激勵，從而消除車身側共振現(xiàn)象。
   
 
圖5 懸置系統(tǒng)優(yōu)化結果

圖6 懸置支架模態(tài)計算結果

4 優(yōu)化驗證

4.1懸置隔振率測試

優(yōu)化后，右懸置振動衰減三方向都達到20dB以上，且車身側振動小于0.2g，相比原懸置方案振動隔振率及車身側振動性能都獲得較大提升。

表6 優(yōu)化后右懸置隔振率表

圖7 右懸置振動衰減圖
（從左到右，從上到下依次：X向，Y向，Z向；紅色電機側，綠色車身側）

4.2車內(nèi)振動測試

對車內(nèi)方向盤Z向振動及座椅導軌Z向振動進行測試，結果如下圖所示。方向盤振動最大值為0.13g，座椅導軌振動最大值為0.07g，滿足設計要求。

圖8 車內(nèi)振動overall圖

5 結論

某純電動汽車項目中存在振動問題，通過分析發(fā)現(xiàn)右懸置振動衰減差為問題主因；為解決該問題，對該項目懸置系統(tǒng)進行了系統(tǒng)性優(yōu)化。整改過程中調(diào)整右懸置位置（根據(jù)扭矩軸理論），改變懸置系統(tǒng)剛度（根據(jù)解耦優(yōu)化結果）。為同時達到限制電機啟動倒轉扭矩目的，右懸置結構由圓柱形調(diào)整為圓筒形；懸置支架進行了設計優(yōu)化，以避免前期出現(xiàn)的支架共振問題。對采用新懸置系統(tǒng)的樣車振動噪聲測試結果表明，新懸置系統(tǒng)符合振動優(yōu)化要求。
 
 
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