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(tǒng)汽車而言,高階激勵更加突出。本文通過在傳統(tǒng)懸置系統(tǒng)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(tǒng)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(nèi)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(tǒng)的發(fā)動機振動激勵主要集中在1000Hz以內(nèi),階次主要為2/4/6/8階(如圖1所示);相對于傳統(tǒng)的發(fā)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(xiàn)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(tài)優(yōu)化等措施降低電機激勵源高頻振動,從源頭上優(yōu)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(nèi)包覆來隔離嘯叫的空氣傳遞路徑;通過優(yōu)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(jù)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(jù)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(jīng)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(qū)域隔振效果明顯,但在兩個固有頻率區(qū)間,由于存在共振區(qū)域,相對一級隔振振動放大。一般情況下,這兩個模態(tài)處于中低頻區(qū)域,正好處于傳統(tǒng)發(fā)動機激勵頻率區(qū)域,因此針對傳統(tǒng)發(fā)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(jù)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(diào)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(tǒng)中的大襯套進行剛度調(diào)整進行單一因素驗證。如圖7,紅色線為車內(nèi)噪聲原始測試數(shù)據(jù),綠色線為后懸置大襯套剛度降低20%后的測試數(shù)據(jù),根據(jù)測試數(shù)據(jù),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(tài)的影響基本可以忽略不計。但對二級的模態(tài)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(tài),綠色為增加二級隔振狀態(tài)件,如圖9所示,車內(nèi)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(xù)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(nèi)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(tài)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(tài)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(tài)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(jù)測試結果,有二級隔振相對單級隔振,高頻優(yōu)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(tài)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(tǒng)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(jié)如大小襯套剛度、支架重量等參數(shù)還是需要進行不斷調(diào)試優(yōu)化。
當然,懸置本體的二級隔振,受其重量的局限性,其模態(tài)不太可能做到很低。副車架襯套其實也可以看作懸置系統(tǒng)的二級隔振,由于副車架本身重量較大,因此其模態(tài)可以做到80Hz左右,理論上對高頻隔振效果更好。
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