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某纯电动汽车悬置减振性能优化研究
2020-03-09 23:41:30· 来源：北京新能源汽车股份有限公司 作者：辛雨 赵春艳 李玉军
摘要：电动汽车为未来汽车行业发展方向之一；悬置系统是影响电动汽车振动噪声性能的关键问题，理应得到重视。某车型电动汽车右悬置隔振差，引起车内振动问题。为
摘要：电动汽车为未来汽车行业发展方向之一；悬置系统是影响电动汽车振动噪声性能的关键问题，理应得到重视。某车型电动汽车右悬置隔振差，引起车内振动问题。为解决振动问题，测试实际动力总成转动惯量并对悬置系统进行优化。首先运用扭矩轴理论对右悬置位置做出改变，其次根据解耦优化结果对右悬置刚度进行调整，再次对右悬置衬套结构进行优化以优化电机启动倒转位移量，最后对悬置支架进行模态频率优化消除原有共振频率。对整改后项目样车测试表明，整改后车内振动情况满足优化要求。
关键词：电动汽车，悬置，转动惯量，扭矩轴，解耦，刚度。
0 引言
随着我国人均GDP不断提升，汽车保有量在近几年节节攀升，2013年我国汽车保有量已达1.37亿辆；汽车的普及正在带来越来越严重的能源消耗，环境污染等一系列问题。电动汽车作为解决资源短缺，进行环境保护等问题的重要途径，近几年得到快速发展；目前国内外都已有各种类型电动汽车在市场销售，我国也出台了一系列的电动汽车政策以支持电动汽车行业发展。对电动汽车而言，悬置系统是如同传统样车一样是整车振动噪声性能的关键，因此对电动汽车的悬置系统设计需要进行大量研究[1-3]。
某纯电动汽车设计过程中，前期设计采用三维数模计算动力总成部件（电机、减速器、空调压缩机等）转动惯量参数，并使用软件合成动力总成整体转动惯量。在试制样车振动噪声摸底试验中，发现该电动汽车存在振动问题；经过传递路径分析，结果显示右悬置振动衰减差是引起该振动问题的主要原因。
为解决右悬置振动衰减差问题，实际测试了该纯电动汽车动力总成转动惯量参数，并根据实测转动惯量对右悬置位置及刚度进行了优化调整。在此过程中，右悬置结构由圆柱形衬套调整为圆筒形衬套，悬置支架重新设计。新状态样车振动噪声测试结果表明，调整后的悬置系统符合振动优化要求。
1 问题提出
某纯电动汽车项目振动噪声摸底试验中，发现该电动汽车存在振动问题；经分析，右悬置振动衰减差、悬置车身侧振动大是引起该振动问题的主因。急加速时，右悬置车身侧振动中X向、Y向最大振动及隔振率不满足要求，如表1所示。由急加速右悬置电机-车身振动衰减图可知，大部分转速内右悬置X向、Y向振动衰减差。
图1 右悬置振动衰减图
（从左到右，从上到下依次：X向，Y向，Z向；红色电机侧，绿色车身侧）
表1 右悬置隔振率表
由右悬置电机侧和车身侧X向振动colormap图（图2）可知，该方向振动1阶振动衰减差；而Y向振动同样存在1阶振动衰减差问题（图3），并存在悬置支架共振问题。为改善上述问题，考虑调整右悬置刚度，优化解耦率；同时修改右悬置支架结构，避开1050-1600Hz之间模态频率。
图2 右悬置X向振动colormap图
（上为电机侧，下为车身侧）
图3 右悬置Y向振动colormap图
（上为电机侧，下为车身侧）
2 动力总成惯量参数验证
2.1惯量参数CAE合成
动力总成整体由驱动电机、减速器和安装在驱动电机上的空调压缩机共同组成，如图4所示。
图4 动力总成布置及悬置系统图
根据驱动电机、减速器及空调压缩机三个零部件的质心、重量和转动惯量，可以合成动力总成整体的惯量参数；各零部件及合成后的惯量参数如表2所示。前期悬置系统设计时，由于无样件，采用合成的转动惯量进行悬置系统设计。
表2 动力总成惯量参数合成
2.2惯量参数测试
为了验证动力总成转动惯量参数的准确性，对动力总成样件进行了转动惯量测试，分别使用三线摆法[4]和振动刚体模态测试法[5]计算。经测试分析结果如下：
表3 动力总成惯量参数测试结果
可以看到，无论是总体重量，还是质心、转动惯量参数，前期数模合成结果都存在较大误差。结合NVH整改，本悬置系统拟根据测试转动惯量结果进行调整。
3 悬置设计
3.1悬置位置修改
根据测试得到的动力总成转动惯量参数，得到扭矩轴计算结果如表4所示，扭矩轴计算公式如下[6]。
表4 扭矩轴计算结果
根据扭矩轴计算结果，将右悬置在X向（车辆前进方向）前移22mm，Z向（车辆上下方向）下降21mm，以达到左悬置不动而左右悬置连线与扭矩轴平行的效果。
表5 悬置位置调整结果
3.2悬置刚度调整
悬置位置调整后，根据现有悬置刚度进行解耦优化：右悬置静刚度由（170，70，90）变更为（80，80，90）；后悬置衬套硬度提高，静刚度为（390，25，45）；左悬置保持原静刚度（170，70，90）不变。调整后悬置解耦结果如下表所示。
表5 刚度调整后解耦结果
3.3悬置系统设计
根据优化后的悬置布置位置及刚度，对右悬置衬套结构进行了更改，并对右悬置支架进行了重新设计，优化结果如下所示。右悬置衬套变更为圆筒形结构，由于该结构不存在Z向减振缝隙，对悬置启动与倒转工况进行位移限制存在较好效果。而新设计的悬置支架模态避开了1050-1600Hz共振频率，在电机侧即不存在该频率共振激励，从而消除车身侧共振现象。
图5 悬置系统优化结果
图6 悬置支架模态计算结果
4 优化验证
4.1悬置隔振率测试
优化后，右悬置振动衰减三方向都达到20dB以上，且车身侧振动小于0.2g，相比原悬置方案振动隔振率及车身侧振动性能都获得较大提升。
表6 优化后右悬置隔振率表
图7 右悬置振动衰减图
（从左到右，从上到下依次：X向，Y向，Z向；红色电机侧，绿色车身侧）
4.2车内振动测试
对车内方向盘Z向振动及座椅导轨Z向振动进行测试，结果如下图所示。方向盘振动最大值为0.13g，座椅导轨振动最大值为0.07g，满足设计要求。
图8 车内振动overall图
5 结论
某纯电动汽车项目中存在振动问题，通过分析发现右悬置振动衰减差为问题主因；为解决该问题，对该项目悬置系统进行了系统性优化。整改过程中调整右悬置位置（根据扭矩轴理论），改变悬置系统刚度（根据解耦优化结果）。为同时达到限制电机启动倒转扭矩目的，右悬置结构由圆柱形调整为圆筒形；悬置支架进行了设计优化，以避免前期出现的支架共振问题。对采用新悬置系统的样车振动噪声测试结果表明，新悬置系统符合振动优化要求。
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