摘要: 為了研究純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成懸置的隔振性能，分別對(duì)純電動(dòng)汽車和燃油車進(jìn)行道路試驗(yàn)。采用頻譜分析法對(duì)比了純電動(dòng)車和燃油車的頻域特性，結(jié)合了懸置隔振率和車內(nèi)振動(dòng)響應(yīng)，明確了懸置剛度對(duì)懸置隔振的影響。結(jié)果表明：純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成產(chǎn)生的振幅小，頻率范圍廣，降低橡膠懸置的剛度對(duì)動(dòng)力總成產(chǎn)生的高頻振動(dòng)隔振效果好，但550 Hz 以下范圍內(nèi)隔振效果較差，同時(shí)造成了車內(nèi)7.5 Hz 以下的低頻振動(dòng)明顯。為保證車內(nèi)乘員舒適性，純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成懸置應(yīng)在滿足550 Hz 以下頻段隔振的前提下兼顧高頻段隔振。關(guān)鍵詞: 純電動(dòng)汽車；動(dòng)力總成；懸置；頻譜分析；隔振率；剛度隨著各國汽車工業(yè)的相關(guān)政策導(dǎo)向，國內(nèi)外各大主機(jī)廠對(duì)以電動(dòng)汽車為主的新能源汽車發(fā)展愈發(fā)重視，也使電動(dòng)汽車的噪聲、振動(dòng)和粗糙度（NVH）性能成為整車研發(fā)的一個(gè)重要指標(biāo)。而動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)是連接動(dòng)力總成和車身的重要部件，在衰減動(dòng)力總成產(chǎn)生的振動(dòng)方面有著重要的作用。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的所有振動(dòng)都是由連桿傳遞到整個(gè)車身［1］，發(fā)動(dòng)機(jī)又是動(dòng)力總成中主要的振動(dòng)源。因此，動(dòng)力總成懸置對(duì)于傳遞動(dòng)力總成產(chǎn)生的振動(dòng)起著重要作用。對(duì)于純電動(dòng)汽車而言，動(dòng)力總成由傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)變成了驅(qū)動(dòng)電機(jī)，對(duì)動(dòng)力總成懸置的隔振性能產(chǎn)生了影響：① 電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式不同，懸置支架安裝形式需改變；② 電機(jī)的工作特性使動(dòng)力總成激起的頻率范圍改變，懸置需要考慮更寬頻帶的隔振。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)燃油車動(dòng)力總成懸置的研究主要考慮懸置的隔振性對(duì)車內(nèi)振動(dòng)噪聲的影響，并通過所得懸置隔振率來優(yōu)化懸置的剛度、安裝位置等參數(shù)，以及針對(duì)不同懸置的特性對(duì)隔振性能進(jìn)行優(yōu)化［2-5］。而目前對(duì)純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成懸置隔振性能的研究仍停留在針對(duì)電磁激勵(lì)力和懸置的隔振率來確定主要激勵(lì)源，并改進(jìn)懸置剛度、安裝位置以及懸置支架［6-8］。但純電動(dòng)汽車由于電驅(qū)動(dòng)總成的結(jié)構(gòu)和電機(jī)的工作特性，使動(dòng)力總成的隔振性能不僅僅要考慮隔振率，還要考慮不同頻段內(nèi)的隔振效果，并將懸置的隔振效果與車內(nèi)的振動(dòng)響應(yīng)相關(guān)聯(lián)，評(píng)價(jià)純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成懸置的隔振性能。本文通過對(duì)比穩(wěn)態(tài)工況和加速工況下純電動(dòng)汽車與燃油車的動(dòng)力總成振動(dòng)特性，研究了不同頻段內(nèi)純電動(dòng)汽車的隔振效果，并分析了懸置剛度對(duì)懸置隔振效果的影響以及車內(nèi)的振動(dòng)響應(yīng)，綜合評(píng)定了純電動(dòng)汽車懸置系統(tǒng)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的頻率范圍，為純電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成懸置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了參考方向。1 電驅(qū)動(dòng)總成與燃油車動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)比較純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油車相比，動(dòng)力總成由驅(qū)動(dòng)電機(jī)替代了內(nèi)燃機(jī)，不僅使動(dòng)力總成質(zhì)量降低，其運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生了變化，而且也使傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生了變化。本文對(duì)國產(chǎn)的某型燃油車和純電動(dòng)汽車進(jìn)行對(duì)比分析，試驗(yàn)所用燃油車的動(dòng)力裝置為直列四缸汽油機(jī)，純電動(dòng)汽車的動(dòng)力裝置為永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)定子槽數(shù)為48，磁極數(shù)為8。動(dòng)力總成的結(jié)構(gòu)差異如表1 所示。

由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作特性，使純電動(dòng)汽車不再需要離合器來切斷動(dòng)力裝置與傳動(dòng)系統(tǒng)之間的連接，而是直接將動(dòng)力裝置與傳動(dòng)系統(tǒng)連接在一起。電機(jī)和減速器組成的直接齒輪耦合系統(tǒng)雖然可獲得較好的加速性能，但同時(shí)帶來的最大問題就是軸系振動(dòng)［9］。又因?yàn)殡妱?dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍廣，也不再需要多擋位的變速器來調(diào)節(jié)車速。Li等［10］應(yīng)用逐級(jí)拆卸的方法證明，減差速器是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲的主要來源。因此，對(duì)于純電動(dòng)汽車懸置的隔振性能分析，要考慮包括變速器在內(nèi)的動(dòng)力總成的振動(dòng)特性。2 整車道路試驗(yàn)應(yīng)用西門子LMS SCADAS 多通道數(shù)據(jù)采集儀和壓電式三向加速度傳感器，分別采集燃油車和純電動(dòng)汽車3 個(gè)懸置主、被動(dòng)側(cè)和車內(nèi)響應(yīng)點(diǎn)在低速穩(wěn)態(tài)工況和加速工況的振動(dòng)加速度信號(hào)，試驗(yàn)工況如表2 所示。傳感器布置情況如圖1 所示。

3 懸置系統(tǒng)頻譜分析3.1 低速穩(wěn)態(tài)工況分析通過頻譜分析，能夠清晰地看出采集的振動(dòng)信號(hào)在各個(gè)頻率下的幅值大小。因此，可以應(yīng)用頻譜分析來明確動(dòng)力總成振動(dòng)的主要頻率范圍。低速穩(wěn)態(tài)工況下燃油車和純電動(dòng)車懸置主動(dòng)端的振動(dòng)加速度頻譜圖如圖2 所示。

由圖2 可見：燃油車振幅較大的頻率主要集中在2 800 Hz 以下，振幅在0.10g 左右，最大振幅達(dá)到0.31g，在2 800~7 400 Hz 范圍內(nèi)有略高的幅值，但與2 800 Hz 以下的幅值相比較小，僅有0.02g；而純電動(dòng)汽車在6 000 Hz 頻帶以內(nèi)有較大的振幅，振幅在0.05g 左右，最大值達(dá)到0.16g，并且在9 500~10 500 Hz 范圍內(nèi)存在較高的振幅，幅值達(dá)到了0.10g。由此可見，與燃油車相比，純電動(dòng)車振幅略低，振幅較大的頻率范圍更廣。經(jīng)懸置衰減后的被動(dòng)端振動(dòng)加速度的頻譜圖如圖3所示，燃油車振幅較大的頻率范圍主要在2 000 Hz以下，振幅為0.004g，最大振幅達(dá)到了0.030g；而純電動(dòng)車則在3 850 Hz以下，振幅較大的頻帶主要集中在400 Hz 以下，振幅在0.010g 以上，最大振幅達(dá)到了0.030g。因此，燃油車和電動(dòng)車通過橡膠懸置可以大幅度衰減動(dòng)力總成產(chǎn)生的振動(dòng)，與燃油車相比，在低速穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況中，純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成被動(dòng)端的振動(dòng)在4 00 Hz 以下頻帶內(nèi)的振幅更大。

3.2 加速工況加速工況能夠反映出車輛的車速變化時(shí)汽車的振動(dòng)特性。加速工況下燃油車和純電動(dòng)汽車懸置主動(dòng)端的頻譜圖如圖4 所示。燃油車在2 500 Hz 以下時(shí)，有較大的振幅，在0.25~0.35g之間，最大的振幅值達(dá)到了0.55g；2 500~4 400 Hz 頻帶范圍內(nèi)的振幅略高，在0.05g 附近。而純電動(dòng)汽車在3 300 Hz 以下以及6 700~12 450 Hz 的范圍內(nèi)均有較高的振幅，幅值在0.10g 附近，最大值達(dá)到0.26g。在加速工況下，純電動(dòng)汽車比燃油車的振動(dòng)范圍更廣，在2 500 Hz以下時(shí)，振幅比燃油車小，在6 000 Hz以上時(shí)，純電動(dòng)汽車比燃油車的振幅要大。

加速工況下懸置被動(dòng)端頻譜圖如圖5 所示，經(jīng)懸置衰減后，燃油車較大振幅主要在3 900 Hz 以下，其中主要集中在2 100 Hz 以下的頻段內(nèi)，振幅主要在0.010g 附近；而純電動(dòng)汽車則主要集中在3 400 Hz 以下，振幅主要在0.004g 左右。

綜上所述，燃油車懸置主動(dòng)端較大振幅的頻率主要集中2 800 Hz 以下，在此頻段內(nèi)懸置主動(dòng)端振幅，燃油車明顯高于純電動(dòng)汽車；而純電動(dòng)車的頻率分布較均勻，在12 450 Hz 以內(nèi)均有較大的振幅，并且純電動(dòng)車在6 000 Hz 以上頻率范圍的振幅要高于燃油車。雖然純電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成高頻振動(dòng)明顯，應(yīng)讓懸置支架的模態(tài)頻率避免出現(xiàn)在高頻范圍內(nèi)，但高階模態(tài)所占能量比較低，不易被激起。經(jīng)懸置衰減后，燃油車的較大振幅主要集中2 000 Hz 以下；而電動(dòng)車則在3 800 Hz 以下，主要集中在400 Hz 以內(nèi)的頻帶內(nèi)。因此，純電動(dòng)汽車被動(dòng)端的支架的模態(tài)頻率應(yīng)主要避開400 Hz 以內(nèi)的頻率，以免發(fā)生共振造成懸置的隔振性能降低。4 懸置系統(tǒng)隔振性能分析4.1 隔振率分析懸置隔振可以通過隔振率來描述，即通過主、被動(dòng)端的振動(dòng)加速度的比值來獲得隔振率，用分貝的形式表示如下：

式中：T 為隔振率；a1為主動(dòng)端振動(dòng)加速度；a2為被動(dòng)端振動(dòng)加速度。一般認(rèn)為隔振率T≥20 dB 時(shí)，懸置的隔振效果良好；在要求不高時(shí)，T≥15 dB 也認(rèn)為懸置滿足隔振要求。由式（1）可知，T≥20 dB 時(shí)，懸置衰減掉了主動(dòng)端90.00% 的振動(dòng)；T≥15 dB 時(shí)，懸置衰減掉了主動(dòng)端81.22% 的振動(dòng)。應(yīng)用式（1）分別計(jì)算加速工況下燃油車和純電動(dòng)車的懸置的隔振率。燃油車的部分懸置隔振率如圖6 所示，燃油車的懸置在1 000 Hz 以內(nèi)的頻率范圍內(nèi)，除了部分頻率，如左懸置Y 方向240 Hz 附近的隔振效果較差以外，其余部分均能滿足隔振要求；而對(duì)于1 000 Hz 以上的頻率范圍，還存在部分頻率區(qū)間隔振效果差的情況，如左懸置Y 方向4 300~7 700 Hz 的范圍。因此，對(duì)于燃油車而言，在1 000 Hz 以下的頻率范圍內(nèi)隔振效果較好，而1 000 Hz 以上的頻率范圍，存在區(qū)間范圍的隔振效果較差的情況，所以燃油車的動(dòng)力總成懸置，要多考慮高頻振動(dòng)的隔振。

由頻譜分析可知，加速工況下，純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成產(chǎn)生的振動(dòng)頻率范圍較廣，但在2 500 Hz 以下時(shí)，幅值比燃油車低。純電動(dòng)汽車的懸置隔振率曲線如圖7 所示。由隔振率曲線圖可得，純電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成懸置在高頻段的隔振效果較好，基本滿足T≥20 dB 的隔振需求，對(duì)于部分隔振效果較差的頻段內(nèi)，也基本滿足了T≥15 dB，只有個(gè)別的頻率附近的隔振效果出現(xiàn)了較差的情況，如后懸置Y 方向的2 550 Hz 附近；沒有出現(xiàn)較大的區(qū)間的隔振效果較差的情況。但在550 Hz 以下的頻率區(qū)間內(nèi)均出現(xiàn)了隔振效果較差的情況，并且主要在350 Hz 以下的區(qū)間內(nèi)隔振性較差。

對(duì)于普通橡膠懸置軟墊的懸置系統(tǒng)而言，阻尼一般很小，可以不予考慮［11］。因此，主要考慮橡膠懸置剛度對(duì)隔振性能的影響。為了起到良好的隔振的效果，在低頻大振幅時(shí)，要求懸置有較大的剛度；在高頻小振幅時(shí)，要有小剛度。對(duì)采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別擬合出燃油車和純電動(dòng)汽車橡膠懸置的動(dòng)剛度，如圖8 所示。由圖8 可以明顯看出，純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成橡膠懸置的的動(dòng)剛度要明顯低于燃油車。并且可以明顯看出橡膠懸置的特性，即橡膠件的剛度隨著頻率的增大而變大，而這與懸置的隔振要求恰好相反。因此，針對(duì)純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成高頻振動(dòng)明顯、振幅較小的特點(diǎn)，將橡膠懸置的剛度整體降低，可以使高頻有良好的隔振效果，但卻造成了懸置在低頻段隔振效果變差問題。

4.2 車內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)分析動(dòng)力總成所產(chǎn)生的振動(dòng)經(jīng)懸置系統(tǒng)衰減后通過車身結(jié)構(gòu)路徑傳遞至駕駛室內(nèi)，使車內(nèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)，進(jìn)而影響車內(nèi)駕乘人員的乘坐舒適性。因此，通過在座椅滑軌設(shè)置加速度傳感器采集車內(nèi)的振動(dòng)信號(hào)來分析車內(nèi)的振動(dòng)響應(yīng)，經(jīng)過頻譜分析所得車內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的頻譜圖如圖9 所示。將車內(nèi)響應(yīng)點(diǎn)的頻域響應(yīng)與懸置的隔振效果相結(jié)合，綜合分析動(dòng)力總成懸置的隔振性能。

由圖9 可以得出，座椅滑軌3 個(gè)方向在7.8 Hz以上的頻段振幅均較小，在7.8 Hz 以內(nèi)，座椅滑軌3個(gè)方向的振幅較明顯，并出現(xiàn)了先增后減的趨勢，X、Z 方向在1.6 Hz 附近出現(xiàn)峰值，Y 方向在5 Hz 附近出現(xiàn)峰值。而人體對(duì)水平方向1~2 Hz 范圍內(nèi)的振動(dòng)敏感，垂直方向4~8 Hz 的振動(dòng)敏感。因此，所研究的純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成所產(chǎn)生的振動(dòng)經(jīng)結(jié)構(gòu)傳遞至車內(nèi)后，車內(nèi)部件振幅較大的頻率范圍與人體敏感頻率范圍發(fā)生了一定程度重疊，會(huì)使車內(nèi)駕乘人員的乘坐舒適性降低。綜上所述，由于純電動(dòng)汽車與燃油車的激勵(lì)源的不同，使得選擇的橡膠懸置軟墊產(chǎn)生差異，進(jìn)而造成不同頻率下的隔振效果不同。純電動(dòng)車的動(dòng)力裝置為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，相比于內(nèi)燃機(jī)的2 階點(diǎn)火階次，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的振動(dòng)的變化程度沒有內(nèi)燃機(jī)劇烈，本文試驗(yàn)用的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的磁極數(shù)為8，所以在動(dòng)力總成中，由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的8 階及其諧階次的電磁振動(dòng)以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍較高，造成了純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成產(chǎn)生的激勵(lì)在高頻段也有較大的振幅。動(dòng)力總成的低頻振動(dòng)意味著大振幅振動(dòng)，高頻振動(dòng)意味著小振幅振動(dòng)，對(duì)于隔振控制的問題，尤其要注意50 Hz 以下的頻率范圍［4，12］。因此，針對(duì)純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成質(zhì)量低、振幅小、頻率范圍高的特點(diǎn)，可以通過降低橡膠懸置的剛度來實(shí)現(xiàn)高頻段較好的隔振效果，但懸置剛度的降低也造成了純電動(dòng)汽車在510 Hz 以下頻段內(nèi)隔振效果變差的問題。并且人體本身對(duì)低頻振動(dòng)更加敏感，由于純電動(dòng)汽車在510 Hz 以下的隔振效果較差，也造成了傳遞至車內(nèi)以后，使駕駛艙內(nèi)的振幅較明顯的頻率范圍與人體敏感的頻率范圍有部分重疊，會(huì)造成舒適性降低。因此，純電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成懸置需要更注重510 Hz 以內(nèi)，特別是350 Hz 以下頻段內(nèi)的隔振效果。5 結(jié)論通過對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，計(jì)算懸置隔振率，并結(jié)合車內(nèi)響應(yīng)點(diǎn)振動(dòng)的頻域特性，分析純電動(dòng)汽車的隔振性能，可得如下結(jié)論：（1）在低速穩(wěn)態(tài)工況和加速工況下2 800 Hz以下的頻段內(nèi)，純電動(dòng)汽車的振幅明顯低于燃油車；且純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成在12 450 Hz 以內(nèi)的頻帶內(nèi)都有明顯的振幅，在6 000 Hz 以上的頻段內(nèi)，純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成振幅要高于燃油車。（2）加速工況下，大剛度的橡膠懸置使燃油車在1 000 Hz 以內(nèi)的頻率范圍內(nèi)，懸置的隔振效果基本能滿足要求；但在1 000 Hz 以上的范圍，懸置系統(tǒng)出現(xiàn)了在較大的頻率區(qū)間內(nèi)隔振效果下降的現(xiàn)象。純電動(dòng)汽車小剛度的橡膠懸置，在高頻段內(nèi)的隔振效果良好，基本滿足隔振要求；但在550 Hz 以下，尤其是350 Hz 以內(nèi)的頻段隔振效果差，經(jīng)車身傳遞至車內(nèi)后，使車內(nèi)7.5 Hz 以下的頻段內(nèi)振動(dòng)較為明顯。綜上所述，由于純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成產(chǎn)生的激勵(lì)有幅值小、頻帶寬的特點(diǎn)，降低橡膠懸置的剛度有利于高頻隔振，但會(huì)造成車內(nèi)7.5 Hz 以下的低頻振動(dòng)明顯，與人體的敏感頻段發(fā)生重合，造成乘坐舒適性降低。因此，對(duì)于純電動(dòng)汽車而言，懸置剛度應(yīng)該在保證550 Hz 以下頻段隔振的前提下，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕档停沟皖l到高頻均有良好的隔振效果。

作者：陳克，駱嘉暉作者單位：（沈陽理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院，遼寧沈陽110159）

來源：中國工程機(jī)械學(xué)報(bào)往期