新能源悬置系统二级隔振分析
摘要：新能源汽车主要采用电机驱动，相对传统汽车而言，高阶激励更加突出。本文通过在传统悬置系统件的基础上，增加二级橡胶隔振，并分析其对高频振动隔振的影响，解决由高频振动导致的啸叫问题。悬置系统是动力总成振动传递路径过程中最重要的减振件之一，直接影响动力总成振动传递及车内的舒适性。新能源电机啸叫问题突出，悬置件可以通过增加二级隔振衬套，解决高频啸叫问题。如图1 所示，传统的发动机振动激励主要集中在1000Hz 以内，阶次主要为2/4/6/8 阶（如图1 所示）；相对于传统的发动机，新能源电机激励主要集中在1000Hz 以上，阶次主要是8 阶以上的高阶（如图2 所示）。由于人耳对1000-4000Hz 频段的声音非常敏感，因此各新能源车型很容易出现高频啸叫问题。针对电机高频啸叫，当前各大汽车厂一方面通过齿轮工艺、齿轮修型、轴系分布、壳体模态优化等措施降低电机激励源高频振动，从源头上优化啸叫问题。另外一方面，从传递路径上隔离高频啸叫，即通过激励源或车内包覆来隔离啸叫的空气传递路径；通过优化悬置衬套结构等措施，来隔离啸叫的结构传递。本文通过在悬置基础上，在主动侧增加二级隔振衬套来进一步隔离高频振动的结构传递。在悬置与电机连接点上，增加橡胶衬套，形成二级隔振。即一级为悬置原有的橡胶件，二级为悬置与电机总成连接点的衬套，形成二级隔振，如图3 所示。本文为分析二级隔振趋势，以图3 所示意的后悬置做二级隔振进行分析与验证。我们可以把后悬置支架看作M1 的质量体，后悬置大衬套（一级）看成K1 的弹簧，后悬置小衬套（二级）看成K2 的弹簧，电机总成看成M2 的质量体，其余两个悬置合成为K3 的弹簧，在主方向上简化二级隔振模型，如图4 所示。根据简化，通过二自由度模型可以分析其传递特性曲线。图5 为某电机二级隔振与单机隔振传递特性对比情况，根据图5 所示，可以确认以下几个特征：①在同一方向，二级隔振有两个共振点，单级隔振仅一个共振点。②单级隔振在激励频率与共振频率比1.4 倍时起到隔振作用。二级隔振在1.4 倍时起隔振作用，随后经历第二次共振，振动放大，然后再次起到隔振作用。③二级隔振在高频区域隔振效果明显，但在两个固有频率区间，由于存在共振区域，相对一级隔振振动放大。一般情况下，这两个模态处于中低频区域，正好处于传统发动机激励频率区域，因此针对传统发动机配置，不建议在悬置主动侧采用二级隔振措施。基于上述二级隔振模型，对二级隔振上的大小衬套及支架进行趋势分析与验证，具体情况如下：①大衬套对高低频的影响。根据分析确认，当大衬套刚度降低，其高低频影响较大。因此，大衬套的刚度调整其实对整体NVH 性能影响最大。如图6 所示，大衬套刚度对高低频二级频率都有很大影响。在某电动车上，对二级隔振系统中的大衬套进行刚度调整进行单一因素验证。如图7，红色线为车内噪声原始测试数据，绿色线为后悬置大衬套刚度降低20%后的测试数据，根据测试数据，降低大衬套刚度，对12 和18 阶的噪声有较为明显的改善。②二级小衬套对高低频的影响。分析如图8 所示，二级小衬套一般尺寸较小，其刚度较大，对低频模态的影响基本可以忽略不计。但对二级的模态影响很大，即对高频影响很大。在某电动车上，对后悬置增加二级隔振衬套，其对高频效果明显，红色为原始状态，绿色为增加二级隔振状态件，如图9 所示，车内啸叫高频段降低非常明显。同样的，在此基础上对二级隔振衬套刚度继续进行单一因素验证。如图10 所示，二级隔振衬套降低，对红色框内的高频啸叫改善明显。③二级隔振支架对高低频的影响。分析如图11 所示，悬置支架重量相对动总重量可以忽略不计，故对低频影响微乎其微；但对于二级模态而言，主要受支架重量和小衬套刚度影响。因此悬置大小衬套之间的支架重量对二级模态影响显著。在某电动车上，对后悬置支架重量进行单一因素验证，分析如图12 所示，红色为原始状态非二级隔振件，绿色、蓝色、紫色线为支架重量逐级增加的二级隔振测试结果。根据测试结果，有二级隔振相对单级隔振，高频优化明显，中间频率段振动反而增加，与前述结论对应。不同的支架重量测试结果显示，当支架重量越重，二级模态越低，其对高频振动改善效果越明显。从上述分析，二级隔振系统对高频振动影响是毋庸置疑的。但二级隔振本身，也有很多细节如大小衬套刚度、支架重量等参数还是需要进行不断调试优化。当然，悬置本体的二级隔振，受其重量的局限性，其模态不太可能做到很低。副车架衬套其实也可以看作悬置系统的二级隔振，由于副车架本身重量较大，因此其模态可以做到80Hz 左右，理论上对高频隔振效果更好。作者单位：（上汽商用车技术中心，上海200438）免责申明：本公 众 号所载文章为本公 众 号原创或根据网络搜索编辑整理，文章版权归原作者所有。因转载众多，无法找到真正来源，如标错来源，或对于文中所使用的图片，资料，下载链接中所包含的软件，资料等，如有侵权，请跟我们联系协商或删除，谢谢！ 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-04-15
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