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某純電動(dòng)汽車懸置減振性能優(yōu)化研究
2020-03-09 23:41:30· 來(lái)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(dòng)汽車為未來(lái)汽車行業(yè)發(fā)展方向之一；懸置系統(tǒng)是影響電動(dòng)汽車振動(dòng)噪聲性能的關(guān)鍵問(wèn)題，理應(yīng)得到重視。某車型電動(dòng)汽車右懸置隔振差，引起車內(nèi)振動(dòng)問(wèn)題。為
摘要：電動(dòng)汽車為未來(lái)汽車行業(yè)發(fā)展方向之一；懸置系統(tǒng)是影響電動(dòng)汽車振動(dòng)噪聲性能的關(guān)鍵問(wèn)題，理應(yīng)得到重視。某車型電動(dòng)汽車右懸置隔振差，引起車內(nèi)振動(dòng)問(wèn)題。為解決振動(dòng)問(wèn)題，測(cè)試實(shí)際動(dòng)力總成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量并對(duì)懸置系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。首先運(yùn)用扭矩軸理論對(duì)右懸置位置做出改變，其次根據(jù)解耦優(yōu)化結(jié)果對(duì)右懸置剛度進(jìn)行調(diào)整，再次對(duì)右懸置襯套結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以優(yōu)化電機(jī)啟動(dòng)倒轉(zhuǎn)位移量，最后對(duì)懸置支架進(jìn)行模態(tài)頻率優(yōu)化消除原有共振頻率。對(duì)整改后項(xiàng)目樣車測(cè)試表明，整改后車內(nèi)振動(dòng)情況滿足優(yōu)化要求。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車，懸置，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，扭矩軸，解耦，剛度。
0 引言
隨著我國(guó)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(guó)汽車保有量已達(dá)1.37億輛；汽車的普及正在帶來(lái)越來(lái)越嚴(yán)重的能源消耗，環(huán)境污染等一系列問(wèn)題。電動(dòng)汽車作為解決資源短缺，進(jìn)行環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題的重要途徑，近幾年得到快速發(fā)展；目前國(guó)內(nèi)外都已有各種類型電動(dòng)汽車在市場(chǎng)銷售，我國(guó)也出臺(tái)了一系列的電動(dòng)汽車政策以支持電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展。對(duì)電動(dòng)汽車而言，懸置系統(tǒng)是如同傳統(tǒng)樣車一樣是整車振動(dòng)噪聲性能的關(guān)鍵，因此對(duì)電動(dòng)汽車的懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行大量研究[1-3]。
某純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)過(guò)程中，前期設(shè)計(jì)采用三維數(shù)模計(jì)算動(dòng)力總成部件（電機(jī)、減速器、空調(diào)壓縮機(jī)等）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)，并使用軟件合成動(dòng)力總成整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在試制樣車振動(dòng)噪聲摸底試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)該電動(dòng)汽車存在振動(dòng)問(wèn)題；經(jīng)過(guò)傳遞路徑分析，結(jié)果顯示右懸置振動(dòng)衰減差是引起該振動(dòng)問(wèn)題的主要原因。
為解決右懸置振動(dòng)衰減差問(wèn)題，實(shí)際測(cè)試了該純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)，并根據(jù)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)右懸置位置及剛度進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。在此過(guò)程中，右懸置結(jié)構(gòu)由圓柱形襯套調(diào)整為圓筒形襯套，懸置支架重新設(shè)計(jì)。新?tīng)顟B(tài)樣車振動(dòng)噪聲測(cè)試結(jié)果表明，調(diào)整后的懸置系統(tǒng)符合振動(dòng)優(yōu)化要求。
1 問(wèn)題提出
某純電動(dòng)汽車項(xiàng)目振動(dòng)噪聲摸底試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)該電動(dòng)汽車存在振動(dòng)問(wèn)題；經(jīng)分析，右懸置振動(dòng)衰減差、懸置車身側(cè)振動(dòng)大是引起該振動(dòng)問(wèn)題的主因。急加速時(shí)，右懸置車身側(cè)振動(dòng)中X向、Y向最大振動(dòng)及隔振率不滿足要求，如表1所示。由急加速右懸置電機(jī)-車身振動(dòng)衰減圖可知，大部分轉(zhuǎn)速內(nèi)右懸置X向、Y向振動(dòng)衰減差。
圖1 右懸置振動(dòng)衰減圖
（從左到右，從上到下依次：X向，Y向，Z向；紅色電機(jī)側(cè)，綠色車身側(cè)）
表1 右懸置隔振率表
由右懸置電機(jī)側(cè)和車身側(cè)X向振動(dòng)colormap圖（圖2）可知，該方向振動(dòng)1階振動(dòng)衰減差；而Y向振動(dòng)同樣存在1階振動(dòng)衰減差問(wèn)題（圖3），并存在懸置支架共振問(wèn)題。為改善上述問(wèn)題，考慮調(diào)整右懸置剛度，優(yōu)化解耦率；同時(shí)修改右懸置支架結(jié)構(gòu)，避開(kāi)1050-1600Hz之間模態(tài)頻率。
圖2 右懸置X向振動(dòng)colormap圖
（上為電機(jī)側(cè)，下為車身側(cè)）
圖3 右懸置Y向振動(dòng)colormap圖
（上為電機(jī)側(cè)，下為車身側(cè)）
2 動(dòng)力總成慣量參數(shù)驗(yàn)證
2.1慣量參數(shù)CAE合成
動(dòng)力總成整體由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器和安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的空調(diào)壓縮機(jī)共同組成，如圖4所示。
圖4 動(dòng)力總成布置及懸置系統(tǒng)圖
根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器及空調(diào)壓縮機(jī)三個(gè)零部件的質(zhì)心、重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可以合成動(dòng)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(shè)計(jì)時(shí)，由于無(wú)樣件，采用合成的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
表2 動(dòng)力總成慣量參數(shù)合成
2.2慣量參數(shù)測(cè)試
為了驗(yàn)證動(dòng)力總成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)的準(zhǔn)確性，對(duì)動(dòng)力總成樣件進(jìn)行了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試，分別使用三線擺法[4]和振動(dòng)剛體模態(tài)測(cè)試法[5]計(jì)算。經(jīng)測(cè)試分析結(jié)果如下：
表3 動(dòng)力總成慣量參數(shù)測(cè)試結(jié)果
可以看到，無(wú)論是總體重量，還是質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)，前期數(shù)模合成結(jié)果都存在較大誤差。結(jié)合NVH整改，本懸置系統(tǒng)擬根據(jù)測(cè)試轉(zhuǎn)動(dòng)慣量結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。
3 懸置設(shè)計(jì)
3.1懸置位置修改
根據(jù)測(cè)試得到的動(dòng)力總成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)，得到扭矩軸計(jì)算結(jié)果如表4所示，扭矩軸計(jì)算公式如下[6]。
表4 扭矩軸計(jì)算結(jié)果
根據(jù)扭矩軸計(jì)算結(jié)果，將右懸置在X向（車輛前進(jìn)方向）前移22mm，Z向（車輛上下方向）下降21mm，以達(dá)到左懸置不動(dòng)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(jié)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(jìn)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(jié)果如下表所示。
表5 剛度調(diào)整后解耦結(jié)果
3.3懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)優(yōu)化后的懸置布置位置及剛度，對(duì)右懸置襯套結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更改，并對(duì)右懸置支架進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，優(yōu)化結(jié)果如下所示。右懸置襯套變更為圓筒形結(jié)構(gòu)，由于該結(jié)構(gòu)不存在Z向減振縫隙，對(duì)懸置啟動(dòng)與倒轉(zhuǎn)工況進(jìn)行位移限制存在較好效果。而新設(shè)計(jì)的懸置支架模態(tài)避開(kāi)了1050-1600Hz共振頻率，在電機(jī)側(cè)即不存在該頻率共振激勵(lì)，從而消除車身側(cè)共振現(xiàn)象。
圖5 懸置系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果
圖6 懸置支架模態(tài)計(jì)算結(jié)果
4 優(yōu)化驗(yàn)證
4.1懸置隔振率測(cè)試
優(yōu)化后，右懸置振動(dòng)衰減三方向都達(dá)到20dB以上，且車身側(cè)振動(dòng)小于0.2g，相比原懸置方案振動(dòng)隔振率及車身側(cè)振動(dòng)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(dòng)衰減圖
（從左到右，從上到下依次：X向，Y向，Z向；紅色電機(jī)側(cè)，綠色車身側(cè)）
4.2車內(nèi)振動(dòng)測(cè)試
對(duì)車內(nèi)方向盤Z向振動(dòng)及座椅導(dǎo)軌Z向振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下圖所示。方向盤振動(dòng)最大值為0.13g，座椅導(dǎo)軌振動(dòng)最大值為0.07g，滿足設(shè)計(jì)要求。
圖8 車內(nèi)振動(dòng)overall圖
5 結(jié)論
某純電動(dòng)汽車項(xiàng)目中存在振動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)右懸置振動(dòng)衰減差為問(wèn)題主因；為解決該問(wèn)題，對(duì)該項(xiàng)目懸置系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)性優(yōu)化。整改過(guò)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(jié)果）。為同時(shí)達(dá)到限制電機(jī)啟動(dòng)倒轉(zhuǎn)扭矩目的，右懸置結(jié)構(gòu)由圓柱形調(diào)整為圓筒形；懸置支架進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，以避免前期出現(xiàn)的支架共振問(wèn)題。對(duì)采用新懸置系統(tǒng)的樣車振動(dòng)噪聲測(cè)試結(jié)果表明，新懸置系統(tǒng)符合振動(dòng)優(yōu)化要求。
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