夏永文 羅春根 曹倩倩
摘要:新能源汽車主要采用電機(jī)驅(qū)動(dòng),相對(duì)傳統(tǒng)汽車而言,高階激勵(lì)更加突出。本文通過(guò)在傳統(tǒng)懸置系統(tǒng)件的基礎(chǔ)上,增加二級(jí)橡膠隔振,并分析其對(duì)高頻振動(dòng)隔振的影響,解決由高頻振動(dòng)導(dǎo)致的嘯叫問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:二級(jí)隔振;高頻隔振;嘯叫;電機(jī)懸置
中圖分類號(hào):U461.56? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào):1674-957X(2021)08-0059-03
0? 引言
懸置系統(tǒng)是動(dòng)力總成振動(dòng)傳遞路徑過(guò)程中最重要的減振件之一,直接影響動(dòng)力總成振動(dòng)傳遞及車內(nèi)的舒適性。新能源電機(jī)嘯叫問(wèn)題突出,懸置件可以通過(guò)增加二級(jí)隔振襯套,解決高頻嘯叫問(wèn)題。
1? 新能源電機(jī)嘯叫特點(diǎn)
如圖1所示,傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)激勵(lì)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(duì)于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī),新能源電機(jī)激勵(lì)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(duì)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(wèn)題。
針對(duì)電機(jī)高頻嘯叫,當(dāng)前各大汽車廠一方面通過(guò)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(jī)激勵(lì)源高頻振動(dòng),從源頭上優(yōu)化嘯叫問(wèn)題。
另外一方面,從傳遞路徑上隔離高頻嘯叫,即通過(guò)激勵(lì)源或車內(nèi)包覆來(lái)隔離嘯叫的空氣傳遞路徑;通過(guò)優(yōu)化懸置襯套結(jié)構(gòu)等措施,來(lái)隔離嘯叫的結(jié)構(gòu)傳遞。本文通過(guò)在懸置基礎(chǔ)上,在主動(dòng)側(cè)增加二級(jí)隔振襯套來(lái)進(jìn)一步隔離高頻振動(dòng)的結(jié)構(gòu)傳遞。
2? 二級(jí)隔振建模與分析
在懸置與電機(jī)連接點(diǎn)上,增加橡膠襯套,形成二級(jí)隔振。即一級(jí)為懸置原有的橡膠件,二級(jí)為懸置與電機(jī)總成連接點(diǎn)的襯套,形成二級(jí)隔振,如圖3所示。
本文為分析二級(jí)隔振趨勢(shì),以圖3所示意的后懸置做二級(jí)隔振進(jìn)行分析與驗(yàn)證。我們可以把后懸置支架看作M1的質(zhì)量體,后懸置大襯套(一級(jí))看成K1的彈簧,后懸置小襯套(二級(jí))看成K2的彈簧,電機(jī)總成看成M2的質(zhì)量體,其余兩個(gè)懸置合成為K3的彈簧,在主方向上簡(jiǎn)化二級(jí)隔振模型,如圖4所示。
根據(jù)簡(jiǎn)化,通過(guò)二自由度模型可以分析其傳遞特性曲線。圖5為某電機(jī)二級(jí)隔振與單機(jī)隔振傳遞特性對(duì)比情況,根據(jù)圖5所示,可以確認(rèn)以下幾個(gè)特征:
①在同一方向,二級(jí)隔振有兩個(gè)共振點(diǎn),單級(jí)隔振僅一個(gè)共振點(diǎn)。
②單級(jí)隔振在激勵(lì)頻率與共振頻率比1.4倍時(shí)起到隔振作用。二級(jí)隔振在1.4倍時(shí)起隔振作用,隨后經(jīng)歷第二次共振,振動(dòng)放大,然后再次起到隔振作用。
③二級(jí)隔振在高頻區(qū)域隔振效果明顯,但在兩個(gè)固有頻率區(qū)間,由于存在共振區(qū)域,相對(duì)一級(jí)隔振振動(dòng)放大。一般情況下,這兩個(gè)模態(tài)處于中低頻區(qū)域,正好處于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率區(qū)域,因此針對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)配置,不建議在懸置主動(dòng)側(cè)采用二級(jí)隔振措施。
3? 二級(jí)隔振趨勢(shì)分析驗(yàn)證
基于上述二級(jí)隔振模型,對(duì)二級(jí)隔振上的大小襯套及支架進(jìn)行趨勢(shì)分析與驗(yàn)證,具體情況如下:
①大襯套對(duì)高低頻的影響。根據(jù)分析確認(rèn),當(dāng)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(shí)對(duì)整體NVH性能影響最大。如圖6所示,大襯套剛度對(duì)高低頻二級(jí)頻率都有很大影響。
在某電動(dòng)車上,對(duì)二級(jí)隔振系統(tǒng)中的大襯套進(jìn)行剛度調(diào)整進(jìn)行單一因素驗(yàn)證。如圖7,紅色線為車內(nèi)噪聲原始測(cè)試數(shù)據(jù),綠色線為后懸置大襯套剛度降低20%后的測(cè)試數(shù)據(jù),根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù),降低大襯套剛度,對(duì)12和18階的噪聲有較為明顯的改善。
②二級(jí)小襯套對(duì)高低頻的影響。分析如圖8所示,二級(jí)小襯套一般尺寸較小,其剛度較大,對(duì)低頻模態(tài)的影響基本可以忽略不計(jì)。但對(duì)二級(jí)的模態(tài)影響很大,即對(duì)高頻影響很大。在某電動(dòng)車上,對(duì)后懸置增加二級(jí)隔振襯套,其對(duì)高頻效果明顯,紅色為原始狀態(tài),綠色為增加二級(jí)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(chǔ)上對(duì)二級(jí)隔振襯套剛度繼續(xù)進(jìn)行單一因素驗(yàn)證。如圖10所示,二級(jí)隔振襯套降低,對(duì)紅色框內(nèi)的高頻嘯叫改善明顯。
③二級(jí)隔振支架對(duì)高低頻的影響。分析如圖11所示,懸置支架重量相對(duì)動(dòng)總重量可以忽略不計(jì),故對(duì)低頻影響微乎其微;但對(duì)于二級(jí)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(duì)二級(jí)模態(tài)影響顯著。
在某電動(dòng)車上,對(duì)后懸置支架重量進(jìn)行單一因素驗(yàn)證,分析如圖12所示,紅色為原始狀態(tài)非二級(jí)隔振件,綠色、藍(lán)色、紫色線為支架重量逐級(jí)增加的二級(jí)隔振測(cè)試結(jié)果。根據(jù)測(cè)試結(jié)果,有二級(jí)隔振相對(duì)單級(jí)隔振,高頻優(yōu)化明顯,中間頻率段振動(dòng)反而增加,與前述結(jié)論對(duì)應(yīng)。不同的支架重量測(cè)試結(jié)果顯示,當(dāng)支架重量越重,二級(jí)模態(tài)越低,其對(duì)高頻振動(dòng)改善效果越明顯。
4? 結(jié)論
從上述分析,二級(jí)隔振系統(tǒng)對(duì)高頻振動(dòng)影響是毋庸置疑的。但二級(jí)隔振本身,也有很多細(xì)節(jié)如大小襯套剛度、支架重量等參數(shù)還是需要進(jìn)行不斷調(diào)試優(yōu)化。
當(dāng)然,懸置本體的二級(jí)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(shí)也可以看作懸置系統(tǒng)的二級(jí)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(duì)高頻隔振效果更好。
參考文獻(xiàn):
[1]呂振華,范讓林,馮振東.汽車動(dòng)力總成隔振懸置布置的設(shè)計(jì)思想論析[J].內(nèi)燃機(jī)工程,2004,25(3):37-43.
[2]閻紅玉,徐石安.發(fā)動(dòng)機(jī)-懸置系統(tǒng)的能量法解耦及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車工程,1993,15(6):321-328.
[3]呂振華,羅捷,范讓林.動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)隔振設(shè)計(jì)分析方法[J].中國(guó)機(jī)械工程,2003:14(3):265-270.
[4]何渝生,魏克嚴(yán),洪宗林,等.汽車振動(dòng)學(xué)[M].北京:北京人民交通出版社,1990.