新能源懸置系統二級隔振分析

夏永文 羅春根 曹倩倩

摘要：新能源汽車主要采用電機驅動，相對傳統汽車而言，高階激勵更加突出。本文通過在傳統懸置系統件的基礎上，增加二級橡膠隔振，并分析其對高頻振動隔振的影響，解決由高頻振動導致的嘯叫問題。

關鍵詞：二級隔振;高頻隔振;嘯叫;電機懸置

中圖分類號：U461.56? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0059-03

0? 引言

懸置系統是動力總成振動傳遞路徑過程中最重要的減振件之一，直接影響動力總成振動傳遞及車內的舒適性。新能源電機嘯叫問題突出，懸置件可以通過增加二級隔振襯套，解決高頻嘯叫問題。

1? 新能源電機嘯叫特點

如圖1所示，傳統的發動機振動激勵主要集中在1000Hz以內，階次主要為2/4/6/8階（如圖1所示）;相對于傳統的發動機，新能源電機激勵主要集中在1000Hz以上，階次主要是8階以上的高階（如圖2所示）。由于人耳對1000-4000Hz頻段的聲音非常敏感，因此各新能源車型很容易出現高頻嘯叫問題。

針對電機高頻嘯叫，當前各大汽車廠一方面通過齒輪工藝、齒輪修型、軸系分布、殼體模態優化等措施降低電機激勵源高頻振動，從源頭上優化嘯叫問題。

另外一方面，從傳遞路徑上隔離高頻嘯叫，即通過激勵源或車內包覆來隔離嘯叫的空氣傳遞路徑;通過優化懸置襯套結構等措施，來隔離嘯叫的結構傳遞。本文通過在懸置基礎上，在主動側增加二級隔振襯套來進一步隔離高頻振動的結構傳遞。

2? 二級隔振建模與分析

在懸置與電機連接點上，增加橡膠襯套，形成二級隔振。即一級為懸置原有的橡膠件，二級為懸置與電機總成連接點的襯套，形成二級隔振，如圖3所示。

本文為分析二級隔振趨勢，以圖3所示意的后懸置做二級隔振進行分析與驗證。我們可以把后懸置支架看作M1的質量體，后懸置大襯套（一級）看成K1的彈簧，后懸置小襯套（二級）看成K2的彈簧，電機總成看成M2的質量體，其余兩個懸置合成為K3的彈簧，在主方向上簡化二級隔振模型，如圖4所示。

根據簡化，通過二自由度模型可以分析其傳遞特性曲線。圖5為某電機二級隔振與單機隔振傳遞特性對比情況，根據圖5所示，可以確認以下幾個特征：

①在同一方向，二級隔振有兩個共振點，單級隔振僅一個共振點。

②單級隔振在激勵頻率與共振頻率比1.4倍時起到隔振作用。二級隔振在1.4倍時起隔振作用，隨后經歷第二次共振，振動放大，然后再次起到隔振作用。

③二級隔振在高頻區域隔振效果明顯，但在兩個固有頻率區間，由于存在共振區域，相對一級隔振振動放大。一般情況下，這兩個模態處于中低頻區域，正好處于傳統發動機激勵頻率區域，因此針對傳統發動機配置，不建議在懸置主動側采用二級隔振措施。

3? 二級隔振趨勢分析驗證

基于上述二級隔振模型，對二級隔振上的大小襯套及支架進行趨勢分析與驗證，具體情況如下：

①大襯套對高低頻的影響。根據分析確認，當大襯套剛度降低，其高低頻影響較大。因此，大襯套的剛度調整其實對整體NVH性能影響最大。如圖6所示，大襯套剛度對高低頻二級頻率都有很大影響。

在某電動車上，對二級隔振系統中的大襯套進行剛度調整進行單一因素驗證。如圖7，紅色線為車內噪聲原始測試數據，綠色線為后懸置大襯套剛度降低20%后的測試數據，根據測試數據，降低大襯套剛度，對12和18階的噪聲有較為明顯的改善。

②二級小襯套對高低頻的影響。分析如圖8所示，二級小襯套一般尺寸較小，其剛度較大，對低頻模態的影響基本可以忽略不計。但對二級的模態影響很大，即對高頻影響很大。在某電動車上，對后懸置增加二級隔振襯套，其對高頻效果明顯，紅色為原始狀態，綠色為增加二級隔振狀態件，如圖9所示，車內嘯叫高頻段降低非常明顯。同樣的，在此基礎上對二級隔振襯套剛度繼續進行單一因素驗證。如圖10所示，二級隔振襯套降低，對紅色框內的高頻嘯叫改善明顯。

③二級隔振支架對高低頻的影響。分析如圖11所示，懸置支架重量相對動總重量可以忽略不計，故對低頻影響微乎其微;但對于二級模態而言，主要受支架重量和小襯套剛度影響。因此懸置大小襯套之間的支架重量對二級模態影響顯著。

在某電動車上，對后懸置支架重量進行單一因素驗證，分析如圖12所示，紅色為原始狀態非二級隔振件，綠色、藍色、紫色線為支架重量逐級增加的二級隔振測試結果。根據測試結果，有二級隔振相對單級隔振，高頻優化明顯，中間頻率段振動反而增加，與前述結論對應。不同的支架重量測試結果顯示，當支架重量越重，二級模態越低，其對高頻振動改善效果越明顯。

4? 結論

從上述分析，二級隔振系統對高頻振動影響是毋庸置疑的。但二級隔振本身，也有很多細節如大小襯套剛度、支架重量等參數還是需要進行不斷調試優化。

當然，懸置本體的二級隔振，受其重量的局限性，其模態不太可能做到很低。副車架襯套其實也可以看作懸置系統的二級隔振，由于副車架本身重量較大，因此其模態可以做到80Hz左右，理論上對高頻隔振效果更好。

參考文獻：

[1]呂振華，范讓林，馮振東.汽車動力總成隔振懸置布置的設計思想論析[J].內燃機工程，2004，25（3）：37-43.

[2]閻紅玉，徐石安.發動機-懸置系統的能量法解耦及優化設計[J].汽車工程，1993，15（6）：321-328.

[3]呂振華，羅捷，范讓林.動力總成懸置系統隔振設計分析方法[J].中國機械工程，2003：14（3）：265-270.

[4]何渝生，魏克嚴，洪宗林，等.汽車振動學[M].北京：北京人民交通出版社，1990.