某純電動汽車懸置減振性能優(yōu)化研究

辛 雨， 趙春艷， 李玉軍

(北京新能源汽車股份有限公司， 北京 102606)

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某純電動汽車懸置減振性能優(yōu)化研究

辛 雨， 趙春艷， 李玉軍

(北京新能源汽車股份有限公司， 北京 102606)

為解決某車型電動汽車右懸置隔振差，引起車內(nèi)振動問題，測試實際動力總成轉(zhuǎn)動慣量并對懸置系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化. 運用扭矩軸理論對右懸置位置做出改變，根據(jù)解耦優(yōu)化結(jié)果對右懸置剛度進(jìn)行調(diào)整，對右懸置襯套結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以優(yōu)化電機(jī)啟動倒轉(zhuǎn)位移量，最后對懸置支架進(jìn)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.

電動汽車； 懸置； 轉(zhuǎn)動慣量； 扭矩軸； 解耦； 剛度

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(dá)1.37億輛；汽車的普及正在帶來越來越嚴(yán)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、環(huán)境保護(hù)等問題的重要途徑，近幾年得到快速發(fā)展；目前國內(nèi)外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)如同傳統(tǒng)樣車一樣是整車振動噪聲性能的關(guān)鍵，因此對電動汽車的懸置系統(tǒng)設(shè)計需要進(jìn)行大量研究[1-3].

某純電動汽車設(shè)計過程中，前期設(shè)計采用三維數(shù)模計算動力總成部件(電機(jī)、減速器、空調(diào)壓縮機(jī)等)轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)，并使用軟件合成動力總成整體轉(zhuǎn)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；傳遞路徑分析結(jié)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，測試了該純電動汽車動力總成轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)，并根據(jù)實測轉(zhuǎn)動慣量對右懸置位置及剛度進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整. 在此過程中，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. 新狀態(tài)樣車振動噪聲測試結(jié)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(cè)振動大是引起該振動問題的主因. 急加速時，右懸置車身側(cè)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(jī)- 車身振動衰減圖可知，大部分轉(zhuǎn)速內(nèi)右懸置X向、Y向振動衰減差.

從左到右，從上到下依次：X向，Y向，Z向；黑色電機(jī)側(cè)，淺灰色車身側(cè)圖1 右懸置振動衰減圖

方向車身側(cè)振動/g隔振率/dB是否滿足要求X向009～04512～27否Y向015～0669～25否Z向002～00923～29是

由右懸置電機(jī)側(cè)和車身側(cè)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(jié)構(gòu)，避開1 050～1 600 Hz模態(tài)頻率.

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(jī)、減速器和安裝在驅(qū)動電機(jī)上的空調(diào)壓縮機(jī)組成，如圖4所示.

根據(jù)驅(qū)動電機(jī)、減速器及空調(diào)壓縮機(jī)3個零部件的質(zhì)心、質(zhì)量和轉(zhuǎn)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(shè)計時，由于無樣件，采用合成的轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行懸置系統(tǒng)設(shè)計.

2.2 慣量參數(shù)測試

為了驗證動力總成轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)的準(zhǔn)確性，對動力總成樣件進(jìn)行了轉(zhuǎn)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(jié)果見表3.

可以看到，無論是總體質(zhì)量，還是質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量參數(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)測試轉(zhuǎn)動慣量結(jié)果進(jìn)行調(diào)整.

3 懸置設(shè)計

3.1 懸置位置修改

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

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

上為電機(jī)側(cè)，下為車身側(cè)圖2 右懸置X向振動colormap圖

上為電機(jī)側(cè)，下為車身側(cè)圖3 右懸置Y向振動colormap圖

圖4 動力總成布置及懸置系統(tǒng)

表3 動力總成慣量參數(shù)測試結(jié)果

表4 扭矩軸計算結(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)果如表6所示.

表5 懸置位置調(diào)整結(jié)果

表6 剛度調(diào)整后解耦結(jié)果

3.3 懸置系統(tǒng)設(shè)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(jié)構(gòu)進(jìn)行了更改，并重新設(shè)計了右懸置支架，優(yōu)化結(jié)果圖5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，對懸置啟動與倒轉(zhuǎn)工況進(jìn)行位移限制存在較好效果. 而新設(shè)計的懸置支架模態(tài)避開了1 050～1 600 Hz共振頻率，在電機(jī)側(cè)即不存在該頻率共振激勵，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)計算結(jié)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3個方向都達(dá)到20 dB以上，且車身側(cè)振動小于0.2g，相比原懸置方案振動隔振率及車身側(cè)振動性能都獲得較大提升.

表7 優(yōu)化后右懸置隔振率表

從左到右，從上到下依次：X向，Y向，Z向；黑色電機(jī)側(cè)，淺灰色車身側(cè)圖7 右懸置振動衰減圖

4.2 車內(nèi)振動測試

對車內(nèi)方向盤Z向振動及座椅導(dǎo)軌Z向振動進(jìn)行測試，結(jié)果如圖8所示. 方向盤振動最大值為0.13g，座椅導(dǎo)軌振動最大值為0.07g，滿足設(shè)計要求.

圖8 車內(nèi)振動overall圖

5 結(jié)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(jìn)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(jié)果). 為同時達(dá)到限制電機(jī)啟動倒轉(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(jié)果表明，新懸置系統(tǒng)符合振動優(yōu)化要求.

[1] 趙塹. 純電動汽車動力懸置系統(tǒng)仿真及優(yōu)化設(shè)計[D]. 武漢: 武漢理工大學(xué), 2012.

[2] 徐中明, 李曉, 劉和平. 純電動汽車動力總成懸置系統(tǒng)的優(yōu)化[J]. 汽車工程, 2012, 34(9): 806-815.

[3] 申超, 孟甲凡, 于麗娜, 等. 電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)懸置設(shè)計[A]第九屆河南省汽車工程技術(shù)研討會論文集[C], 2012.

[4] 鄒凌云. 基于三線擺法慣性參數(shù)測量的研究[D]. 武漢: 華中科技大學(xué), 2011.

[5] 陳海潮, 周文超, 等. 基于模態(tài)試驗法測量整備駕駛室質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量[R]. 第一汽車股份有限公司, 2012.

[6] 馬山. Audi100轎車液壓懸置的隔振機(jī)理與實驗研究[D]. 長春: 吉林大學(xué), 2002.

Study on Optimal Suspension Design for a Purely Electric Vehicle Project

XIN Yu, ZHAO Chun-yang, LI Yu-jun

(BeiJing Electric Vehicle CO.,LTD, Beijing 102606, China)

The vibration problem associated with electric vehicles (EV)is caused by the improper design of the vibration isolation module for the right suspension. To address this issue, the real powertrain inertia has been tested and suspension system optimization is done. Firstly, the right suspension position has been changed by Torque Axis theory; secondly, the right suspension stiffness is adjusted by Decoupling Optimization results; thirdly, the right suspension structure is modified for electric motor start or reversal; finally, the suspension bracket is designed to avoid resonant frequency. The test after optimization proves the correctness. Key words: electric vehicle; suspension system; powertrain inertia; torque axis; decoupling optimization; stiffness

10.13986/j.cnki.jote.2015.01.007

2014- 09- 03.

辛 雨(1980—)，男，中級職稱，研究方向為NVH. E-mail: xinyu@bjev.com.cn

U 469.72+2； U 467.4+92; U 461.4

A

1008-2522(2015)01-35-06