某纯电动汽车悬置减振性能优化研究

辛 雨， 赵春艳， 李玉军

(北京新能源汽车股份有限公司， 北京 102606)



某纯电动汽车悬置减振性能优化研究

辛 雨， 赵春艳， 李玉军

(北京新能源汽车股份有限公司， 北京 102606)

为解决某车型电动汽车右悬置隔振差，引起车内振动问题，测试实际动力总成转动惯量并对悬置系统进行优化. 运用扭矩轴理论对右悬置位置做出改变，根据解耦优化结果对右悬置刚度进行调整，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.

电动汽车； 悬置； 转动惯量； 扭矩轴； 解耦； 刚度

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、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；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，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.

从左到右，从上到下依次：X向，Y向，Z向；黑色电机侧，浅灰色车身侧图1 右悬置振动衰减图

方向车身侧振动/g隔振率/dB是否满足要求X向009～04512～27否Y向015～0669～25否Z向002～00923～29是

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1 050～1 600 Hz模态频率.

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组成，如图4所示.

根据驱动电机、减速器及空调压缩机3个零部件的质心、质量和转动惯量，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.

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. 经测试分析结果见表3.

可以看到，无论是总体质量，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].

根据扭矩轴计算结果，将右悬置在X向(车辆前进方向)前移22 mm，Z向(车辆上下方向)下降21 mm，以达到左悬置不动而左右悬置连线与扭矩轴平行的效果.

上为电机侧，下为车身侧图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

图4 动力总成布置及悬置系统

表3 动力总成惯量参数测试结果

表4 扭矩轴计算结果

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表6所示.

表5 悬置位置调整结果

表6 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，并重新设计了右悬置支架，优化结果图5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1 050～1 600 Hz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3个方向都达到20 dB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7 优化后右悬置隔振率表

从左到右，从上到下依次：X向，Y向，Z向；黑色电机侧，浅灰色车身侧图7 右悬置振动衰减图

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，结果如图8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.

[1] 赵堑. 纯电动汽车动力悬置系统仿真及优化设计[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2012.

[2] 徐中明, 李晓, 刘和平. 纯电动汽车动力总成悬置系统的优化[J]. 汽车工程, 2012, 34(9): 806-815.

[3] 申超, 孟甲凡, 于丽娜, 等. 电动汽车电机驱动系统悬置设计[A]第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集[C], 2012.

[4] 邹凌云. 基于三线摆法惯性参数测量的研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2011.

[5] 陈海潮, 周文超, 等. 基于模态试验法测量整备驾驶室质心和转动惯量[R]. 第一汽车股份有限公司, 2012.

[6] 马山. Audi100轿车液压悬置的隔振机理与实验研究[D]. 长春: 吉林大学, 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，中级职称，研究方向为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