查云飛 陳越 劉成武 侯乃仁 吳平

（福建工程學(xué)院，福建省汽車電子與電驅(qū)動(dòng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350118）

主題詞：純電動(dòng)汽車 懸置系統(tǒng) 嘯叫問題 隔振率 改進(jìn)設(shè)計(jì)

1 前言

汽車噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise、Vibration and Harshness，NVH）性能是影響汽車乘坐舒適性的關(guān)鍵因素。動(dòng)力總成是純電動(dòng)汽車振動(dòng)噪聲的主要激勵(lì)源之一，合理設(shè)計(jì)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)可有效提高車輛乘坐舒適性。

趙集駕駛卡車，駛?cè)肽静膱觥Ｒ蛔∩剿圃?，將被運(yùn)往井下，支撐巷道，支撐掌子面，支撐起密如蛛網(wǎng)的地下世界。趙集和裝卸工們搭跳板，卸木材。何良諸在木堆間轉(zhuǎn)悠，一些孩子和老人，騎在一棵棵原木上，用刮刀鏟下樺樹皮，打成捆，拿回家引火，拿到集上賣。何良諸說不出的親切，小時(shí)候，他沒少剝樹皮呀。何良諸對(duì)一個(gè)男孩說：“來，我?guī)湍銊儭！?/p>

目前，國內(nèi)外對(duì)懸置系統(tǒng)隔振性能進(jìn)行了廣泛研究。對(duì)普通燃油車而言，懸置系統(tǒng)匹配優(yōu)化的重點(diǎn)在于改善多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩波動(dòng)，隔振率提升的重點(diǎn)在于布置優(yōu)化、模態(tài)設(shè)計(jì)和解耦水平。純電動(dòng)汽車懸置系統(tǒng)隔振性能提升的方法與傳統(tǒng)燃油車存在較大差異，電機(jī)的扭矩波動(dòng)較小，但扭矩高于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，因此純電動(dòng)汽車懸置系統(tǒng)匹配優(yōu)化需考慮高扭矩帶來的高頻隔振問題。

本文以某款純電動(dòng)汽車懸置系統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)隔振性能，從結(jié)構(gòu)傳遞路徑角度提出一種新的懸置系統(tǒng)隔振率改進(jìn)方法，從而有效減少動(dòng)力總成傳遞至駕駛艙的噪聲。

2 噪聲激勵(lì)源與成因識(shí)別

2.1 噪聲激勵(lì)源識(shí)別

通過主觀評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，某款純電動(dòng)汽車在光滑瀝青路面低速行駛時(shí)，駕駛艙內(nèi)有明顯的尖銳嘯叫噪聲，嚴(yán)重影響了車輛駕駛安全性和乘坐舒適性。在消聲環(huán)境的四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)室內(nèi)，測試在0～120 km/h 的加速工況下駕駛員耳旁噪聲，存在與主觀評(píng)價(jià)同等的嘯叫問題。因此可排除風(fēng)噪和路面激勵(lì)的原因，確定嘯叫噪聲激勵(lì)源為動(dòng)力總成系統(tǒng)。

a.左懸置支架的兩側(cè)完全包裹焊接；

張家界地處湖南西部，處于武陵山腹地，擁有豐富的歷史文化資源與人文資源，在利用這些資源時(shí)要突出張家界特有的，獨(dú)一無二的優(yōu)勢特征，并要保持其優(yōu)勢的持久性與穩(wěn)定性。張家界旅游演藝應(yīng)立足當(dāng)下，在已有題材的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)擴(kuò)充舞臺(tái)效果、進(jìn)行劇本創(chuàng)新，同時(shí)挖掘更深層次的文化內(nèi)涵，利用自己獨(dú)特的民族文化資源來發(fā)展旅游演藝品牌。

2.2 噪聲成因識(shí)別

動(dòng)力總成及懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，和的取值基本確定，而可通過修改被動(dòng)側(cè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，因此本文考慮通過提升懸置被動(dòng)側(cè)支架安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度提升隔振性能。

圖1 距離電機(jī)1 m位置的整車噪聲測試

圖2 電驅(qū)動(dòng)臺(tái)架測試

圖3 減速器一級(jí)齒輪噪聲

圖4 減速器二級(jí)齒輪噪聲

圖5 48階電磁噪聲

通過濾波回放，減速器一、二級(jí)齒輪的階次噪聲頻率與主觀評(píng)價(jià)嘯叫問題頻率一致，該嘯叫主要發(fā)生頻段為600～800 Hz。

于蓬等人總結(jié)了純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成嘯叫聲頻段分布區(qū)間及傳遞路徑，如表1所示。由表1可知，600～800 Hz頻段嘯叫的傳遞路徑主要為結(jié)構(gòu)傳遞。

表1 動(dòng)力總成嘯叫聲分布及傳遞路徑

綜上，該款純電動(dòng)汽車嘯叫問題激勵(lì)源為動(dòng)力總成，由減速器一、二級(jí)齒輪引起，通過結(jié)構(gòu)路徑傳遞至駕駛艙。

3 懸置系統(tǒng)隔振性能測試

3.1 傳遞路徑分析

動(dòng)力總成通過三點(diǎn)懸置系統(tǒng)安裝在副車架上，副車架與車身連接，如圖6 所示。其中，三點(diǎn)懸置系統(tǒng)分別為左懸置、右懸置和后懸置，每個(gè)懸置由主動(dòng)側(cè)支架、懸置橡膠、被動(dòng)側(cè)支架組成，如圖7 所示。動(dòng)力總成振動(dòng)的傳遞路徑為：動(dòng)力總成—懸置系統(tǒng)—副車架—車身—駕駛艙。

由于柱塞泵的沖次高達(dá)370次／min，在密封函內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的柱塞與其配合的盤根、導(dǎo)向環(huán)、彈簧座以及壓套的摩擦力很大。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，它們之間的配合間隙不斷加大，導(dǎo)致盤根刺漏嚴(yán)重，從而使密封失效，增大了泵的容積損失，降低了柱塞泵的效率。經(jīng)過對(duì)部分具有代表性的柱塞泵的運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)分析，得出以下結(jié)論：在343次停泵工況中，由盤根漏失造成的停泵206次，占總停泵次數(shù)的60.1%；由柱塞磨損造成的停泵105次，占總停泵次數(shù)的30.6%；由其他因素造成停泵32次，占總停泵次數(shù)的9.3%。

圖6 電機(jī)與副車架裝配實(shí)物

圖7 懸置系統(tǒng)實(shí)物

車身的固有頻率在20～100 Hz范圍內(nèi)，副車架的固有頻率在60～200 Hz 范圍內(nèi)。因此，針對(duì)懸置系統(tǒng)在約束狀態(tài)下的固有頻率，采用HyperWorks 對(duì)該款純電動(dòng)汽車懸置系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，得出懸置系統(tǒng)支架的一階彎曲模態(tài)，振型如圖8所示。

（144）尖葉扁萼苔 Radula kojana Steph.馬俊改（2006）；楊志平（2006）；李粉霞等（2011）

圖8 懸置支架一階彎曲模態(tài)振型

該懸置系統(tǒng)支架的一階彎曲模態(tài)為646 Hz，在600～800 Hz 頻段內(nèi)，與動(dòng)力總成的問題噪聲頻段相符。懸置系統(tǒng)作為衰減動(dòng)力總成振動(dòng)、減少結(jié)構(gòu)噪聲傳播的重要隔振系統(tǒng)，卻未能達(dá)到理想效果，故對(duì)懸置系統(tǒng)不同方向的隔振率進(jìn)行測試分析。

3.2 隔振率機(jī)理分析

隔振率是表征隔振效果的常用物理量。隔振率越大，通過隔振器傳遞的力越小，隔振效果越顯著，隔振性能越好。工程中為了量化隔振性能，一般采用懸置元件隔振率的數(shù)值指標(biāo)來評(píng)價(jià)懸置系統(tǒng)的隔振性能。此時(shí)，隔振率的計(jì)算公式為：

式中，為隔振率的分貝形式；為主動(dòng)側(cè)的加速度；為被動(dòng)側(cè)的加速度。

b.內(nèi)側(cè)支架的翻邊擴(kuò)寬至副車架最外沿；

3.3 隔振率數(shù)據(jù)分析

在各懸置支架主、被動(dòng)側(cè)粘貼加速度傳感器，并利用力錘在傳感器附近進(jìn)行敲擊，應(yīng)用LMS SCADAS采集振動(dòng)加速度信號(hào)，如圖9、圖10 所示。對(duì)5 次試驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值，結(jié)果如表2 所示。根據(jù)所得加速度數(shù)據(jù)，結(jié)合式（1）計(jì)算懸置系統(tǒng)各方向的隔振率和傳遞率，結(jié)果如表3所示。

圖9 加速度傳感器安裝示意

圖10 加速度傳感器安裝位置

表2 各懸置不同方向加速度 g

表3 懸置系統(tǒng)不同方向的隔振率 dB

由表3 可知，左懸置方向最為薄弱，隔振率僅為5.79 dB，不足20 dB，不滿足隔振性能要求。

由圖6可知，使用平均粒徑為75 μm石英粉為原料合成的硬硅鈣石纖維體積密度為73.5 kg/m3；隨著石英粉粒度的減小，合成的硬硅鈣石纖維體積密度逐漸降低，當(dāng)石英粉平均粒徑為23 μm時(shí)，硬硅鈣石纖維體積密度最低僅為70.4 kg/m3。石英粉粒度繼續(xù)減小時(shí)，合成的硬硅鈣石纖維體積密度也隨之增大，石英粉平均粒徑為18 μm時(shí)合成的硬硅鈣石纖維體積密度增大至79.5 kg/m3。由此可見，本試驗(yàn)中較適宜的石英粉平均粒徑為23 μm。

對(duì)左懸置的隔振率進(jìn)行進(jìn)一步測試，結(jié)果如圖11所示。方向和方向主動(dòng)側(cè)振動(dòng)量與被動(dòng)側(cè)振動(dòng)量差值明顯，數(shù)值曲線無重合，實(shí)現(xiàn)了有效隔振。但方向主動(dòng)側(cè)振動(dòng)量與被動(dòng)側(cè)振動(dòng)量差值較小，部分曲線交叉重合，表明從主動(dòng)端傳遞到被動(dòng)端的振動(dòng)量未發(fā)生明顯變化，隔振率不達(dá)標(biāo)。

圖11 副車架左懸置隔振率

根據(jù)上述分析，3 個(gè)懸置都起到了一定的隔振作用，但是左懸置的隔振性能較差，在方向未達(dá)到隔振性能要求，進(jìn)而未能有效衰減動(dòng)力總成的振動(dòng)量，導(dǎo)致駕駛艙內(nèi)可感知到明顯的嘯叫聲。

我叮囑老公看好兒子，別讓他碰到桌上的牛奶。結(jié)果兒子還是把牛奶打翻了，灑了一地。老公怕被我責(zé)備，在我發(fā)火之前就開口訓(xùn)斥兒子：“你看你做的好事！”

4 改進(jìn)設(shè)計(jì)

4.1 改進(jìn)設(shè)計(jì)機(jī)理分析

c.增加向連接，且左懸置內(nèi)、外支架料厚均由2.0 mm增至2.5 mm。

式中，為隔振系統(tǒng)剛度；為懸置主動(dòng)側(cè)剛度；為懸置剛度；為懸置被動(dòng)側(cè)剛度。

式（2）可變換為：

為判斷動(dòng)力總成嘯叫的成因，在整車四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓及電驅(qū)動(dòng)臺(tái)架上進(jìn)行對(duì)比測試，檢測嘯叫發(fā)生的頻段與所屬階次。按照整車坐標(biāo)系，分別在距離電機(jī)1 m位置的+和+方向布置丹麥Brüel&Kj?r 4180型麥克風(fēng)，如圖1、圖2所示。該麥克風(fēng)采集的頻率范圍為1 Hz～20 kHz，誤差為0.02 dB。采用西門子數(shù)據(jù)采集前端LMS SCADAS，通過Test.Lab Signature Testing–Standard 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及后處理，以此得出距離電機(jī)1 m位置的噪聲聲壓級(jí)，如圖3～圖5 所示。通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在整車測試中減速器的一級(jí)齒輪噪聲和二級(jí)齒輪噪聲聲壓級(jí)在700 Hz附近存在明顯峰值，48階電磁噪聲在3 000 Hz附近存在明顯峰值。

通過分析已知，左懸置方向隔振率差，為了解決動(dòng)力總成嘯叫問題，可通過提高左懸置中支架部分在被動(dòng)側(cè)（副車架上安裝點(diǎn)）的動(dòng)剛度提升懸置系統(tǒng)在問題頻段的隔振率。

4.2 改進(jìn)方案確定

通過對(duì)隔振率的機(jī)理分析，采用的措施主要為：

中國何時(shí)能夠發(fā)生社會(huì)革命？中國社會(huì)革命究竟采用何種范疇的社會(huì)主義，大概也是要按照國情和國民性決定的。未到實(shí)行的時(shí)候，我們也不能預(yù)先見到，所以不敢說中國應(yīng)實(shí)行多數(shù)主義，卻又不敢說中國一定不適宜多數(shù)主義。

達(dá)摩克利斯是希臘神話中暴君狄奧尼修斯的寵臣，他常說帝王多福，以取悅帝王。有一次，狄奧尼修斯讓他坐在帝王的寶座上，頭頂上掛著一把僅用一根馬鬃系著的利劍，以此告訴他，雖然身在寶座，利劍卻隨時(shí)可能掉下來，帝王并不多福，而是時(shí)刻存在著憂患。

越大，表明隔振性能越好。當(dāng)≥20 dB 時(shí)，表明該懸置系統(tǒng)從主動(dòng)側(cè)傳遞到被動(dòng)側(cè)的振動(dòng)量削弱了90%及以上，滿足隔振性能要求。

由懸置主動(dòng)側(cè)、懸置、懸置被動(dòng)側(cè)組成的隔振系統(tǒng)的剛度計(jì)算公式為：

4.3 改進(jìn)分析與結(jié)果

動(dòng)剛度試驗(yàn)測得的直接結(jié)果為原點(diǎn)加速度導(dǎo)納（Input Point Inertance，IPI）曲線。IPI的計(jì)算公式為：

為簡化表述，只考慮某在裝發(fā)動(dòng)機(jī)E的渦輪WL、燃燒室RSS、減速器JSQ三個(gè)部件，假設(shè)E目前處于第1次裝試的部裝狀態(tài)，WL部裝已開始但尚未完成，RSS,JSQ部裝已完成。發(fā)動(dòng)機(jī)E的數(shù)據(jù)世系如表1所示。

式中，為被動(dòng)側(cè)支架安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度；為對(duì)應(yīng)的頻率。

降水中的穩(wěn)定同位素D與18O在補(bǔ)給過程中，將大氣D與18O的信號(hào)傳遞給地下水，地下水在滲透的過程中使得水中同位素的含量發(fā)生變化，這些變化為地下水來源調(diào)查提供了基礎(chǔ)[15]。地下水的δD與δ18O含量在垂向上具有明顯的分層特點(diǎn)，整體表現(xiàn)為隨著地下水的埋藏深度的增加，地下水的δD與δ18O值逐漸偏負(fù)，指示著地下水不同含水層段上水力聯(lián)系微弱[16]。

由式（4）可知，IPI的值與動(dòng)剛度成反比，即IPI的值越大，動(dòng)剛度越小。

利用HyperWorks對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行仿真，改進(jìn)前、后的仿真方案如圖12、圖13所示。

圖12 懸置系統(tǒng)改進(jìn)前仿真方案

圖13 懸置系統(tǒng)改進(jìn)后仿真方案

通過OptiStruct 后處理計(jì)算分析，得到左懸置被動(dòng)側(cè)支架方向的IPI曲線。左懸置改進(jìn)前、后的IPI曲線對(duì)比如圖14所示。

圖14 左懸置Y方向被動(dòng)側(cè)支架改進(jìn)前、后的IPI曲線

由圖14 可知，通過仿真，在600～800 Hz 問題頻段，IPI曲線出現(xiàn)明顯下降，表明左懸置方向動(dòng)剛度提升，在0～1 600 Hz全頻段達(dá)到了10 N/m以上。

對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證，應(yīng)用LMS SCADAS采集左懸置主、被動(dòng)側(cè)支架的振動(dòng)加速度，數(shù)據(jù)如表4 所示。根據(jù)加速度數(shù)據(jù)，結(jié)合式（1），計(jì)算改進(jìn)后左懸置各方向的隔振率和傳遞率，其中左懸置方向隔振率為20.12 dB，大于20 dB，達(dá)到隔振率要求。

表4 左懸置不同方向加速度 g

采用2.2節(jié)中的方法對(duì)距離電機(jī)1 m處的噪聲進(jìn)行測試，結(jié)果如圖15 所示，結(jié)果表明，電機(jī)嘯叫在600～800 Hz頻段平均降低8 dB(A)。

圖15 改進(jìn)前、后的車內(nèi)噪聲聲壓級(jí)對(duì)比

結(jié)合主觀評(píng)價(jià)，懸置系統(tǒng)改進(jìn)后電機(jī)嘯叫聲改善十分明顯，駕駛舒適性提高，方案有效。

5 結(jié)束語

本文以某款純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用整車四輪轉(zhuǎn)鼓和電驅(qū)動(dòng)臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)動(dòng)力總成系統(tǒng)固有特性進(jìn)行分析，得出駕駛艙內(nèi)嘯叫問題的原因?yàn)樽髴抑梅较蚋粽衤什蛔?。根?jù)隔振機(jī)理，對(duì)左懸置被動(dòng)側(cè)支架動(dòng)剛度進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，并通過實(shí)車進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，左懸置方向隔振率從5.79 dB 增強(qiáng)至20.12 dB，距離電機(jī)1 m 位置的噪聲聲壓級(jí)平均降低8 dB(A)，有效提升了懸置系統(tǒng)隔振率，可為后續(xù)動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)提供參考。后續(xù)會(huì)持續(xù)關(guān)注該方案對(duì)被動(dòng)安全的剛性壁障碰撞、移動(dòng)漸進(jìn)變形壁障碰撞及懸置支架安裝點(diǎn)局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。

①根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場模擬試驗(yàn)結(jié)果，采用8 cm或10 cm作為砂漿過渡層施工厚度都能夠達(dá)到很好的黏結(jié)、緩沖和防滲作用，且力學(xué)性能和適應(yīng)變形能力差別不大，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，選擇8 cm作為推薦施工厚度。