轿车蓄电池支架NVH性能优化分析
摘要：本文针对某型轿车在车辆路试中出现蓄电池支架的电子元器件振动加速度超出设计目标值的现象，通过仿真方法，提出了车辆蓄电池支架性能优化改进方案，有效地改进了电池支架动态特性。随消费者对汽车乘坐舒适性能要求的提高，影响汽车乘坐和使用环境的重要性能一NVH(Noise＆Vibration＆Harshness)，作为重要的汽车性能指标和企业产品竞争指标，在当今汽车市场竞争中体现出越来越举足轻重的地位。作为整车性能开发，对于车内振动噪声最为关心的主要是低频振动和噪声。从其产生的机理和原因可以看出：它与整车结构设计和各系统结构动力特性匹配有很大的直接关系。它是在从零部件向整车的整合过程中带来的问题。如果能在开发的早期解决掉这些问题，将减少开发的时间并大大节约改进的成本。本文针对某轿车在开发设计阶段，试验样车在车辆道路试验中出现蓄电池支架振动加速度超标的现象，进行改进研究。通过系统仿真方法，首先对车辆蓄电池支架系统进行建模，然后通过模态分析对其性能进行虚拟评价，并与试验结果对标。验证了模型的有效性。分析结果得出该蓄电池支架系统的模态频率值较低，并且与发动机的怠速工况频率范围有重合，影响了整车的振动噪声特性。基于此。本文提出了车辆蓄电池支架性能优化改进方案，有效地改进了蓄电池支架动态特性，具有很好的工程参考价值。蓄电池支架作为整车系统中的一个重要子系统，合理设计其结构和强度能够保障蓄电池及附属电子元器件的正常工作，对整车在行驶过程中的舒适性和安全性有着重要的作用。因此在整车开发模态匹配中，蓄电池支架系统作为一个重要的部件，其固有频率值的设计是一项重要的NVH性能指标。大量试验结果表明：整车模态匹配的重点在10～80Hz的频率范围内(此频带基本包括了路面激励和发动机怠速范围)，因为在此频带内集中存在了发动机刚体模态、悬架模态、车身总体模态、主要操纵结构的共振和一些子系统的局部共振。匹配原则是：从设计上保证上述模态不与发动机怠速(包括冷态怠速和热怠速，以及可能的怠速提升)激励主阶次和车轮一阶不平衡激励频率重叠。目前不同级别的平台与发动机的配置已具有相对固定的规律，针对可能的发动机配置，可以准确地取得相应平台其激励频率可能的频带。兼顾结构设计上的可行性和成本，以及各部件的不同性能要求，从而在开发的早期就可以对各子系统的固有频率取值范围进行匹配规划。从整车开发模态匹配可知，为了避开车辆的怠速频率和车轮一阶不平衡激励频率，一般经验要求蓄电池支架子系统的模态值在30Hz以上。某轿车蓄电池支架的结构如图1所示，主要由以下几个部分组成：蓄电池、托盘、托盘支架、电子元器件支架，及其它附属连接部件。其中电子元器件支架通过螺栓接在托盘上。蓄电池通过压板和扎带与托盘连接，而托盘的另外一端和托盘支架直接固定到前纵梁。为了仿真蓄电池支架在整车条件下的振动情况，在支架建模过程中，引入前纵梁模型。并针对整车中蓄电池支架关注的模态范围，计算该模型的频率范围为0～60Hz，得出以下仿真结果如表1第二列所示。为了验证建立模型的有效性和可信性。在整车状态下对蓄电池支架进行实验模态分析，得到如表1第三列所示。从表1中可以看出，仿真分析和试验分析得到的蓄电池支架模态的误差在允许的范围内，这说明上述建立的仿真模型较好地反映了支架在实际工作状态的运行情况。由于电池支架的前两阶模态值分布在21～28Hz之间，与该车的发动机怠速频率刚好耦合，低于一般经验要求的30Hz。所以在发动机的激励下，比较容易引起电池支架的共振，从而导致蓄电池支架及附属电子元器件的振动不合格。某型轿车在车辆路试中，确实出现了蓄电池支架的电子元器件振动加速度超出设计目标值的现象，所以需要对该蓄电池支架进行进一步结构的优化设计。以保证整车的NVH性能状态良好。根据原始模型的仿真分析结果判断得出，托盘支架的结构和托盘与纵梁的连接部分比较薄弱。因此分别针对这两个位置进行结构优化设计。首先对托盘支架进行分析，从支架的应力结果得出，该支架主要在垂直连接处有较大应力，因此在支架上增加加强筋来增强支架的刚度。同理，分析托盘与纵梁之间的应力结果，我们可以通过增强托盘与纵梁之间的连接，来提升蓄电池支架的整体模态。综合分析结果，提出结构优化支架方案，如图2所示。优化后与优化前模态分析结果如表2所示，优化后的蓄电池支架的仿真结果相对原始方案性能有了很大的改进，一阶模态提高了12Hz。效果十分显著。通过实车试验分析，得出蓄电池支架的电子元器件加速度值下降60％，达到了设计目标要求，较好地改善了整车的NVH性能。
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首次发布时间：2023-04-22
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