增程式电动汽车动力系统及悬置解耦设计

增程式电动汽车动力系统及悬置解耦设计

无论是对于传统燃油车辆还是纯电动汽车、增程式电动车，动力总成都是其最重要的振动噪声激励源。为对其振动噪声进行隔离设计，获得整车更好的NVH性能，悬置系统及动力总成的设计匹配和解耦都非常重要，为其设计重点和难点。

1. 增程器-电驱动分开布置下的解耦设计

考虑到增程式电动汽车动力系统激励源的复杂度较高，仅从动力总成激励源及响应特性的角度出发，推荐增程器（发动机+发电机）系统与驱动系统（电机+减速器+传动轴）分开布置。其缺点为需要占用更多布置空间，需要设计两套悬置减振系统，有可能需要付出更多的零部件重量、成本等；其优点为大大降低了动力系统整体设计匹配难度，易于获得更好的NVH性能，实现整车质量分布的均匀性等。

增程器-电驱动分开布置后，电驱动系统悬置解耦设计可根据纯电动车动力总成激励源特点进行匹配开发。而对于增程器的悬置匹配和解耦设计，主要考虑增程器本身主要工作工况点与动力总成刚体模态的避频，可根据传统燃油车悬置设计理论进行匹配开发。

图1 增程器-电驱动分开布置

 

2. 一体化增程器-电驱动系统的解耦设计

考虑到布置空间、重量、成本等因素，增程式电动车动力系统采用了较多一体化设计，即发动机+发电机+驱动电机+减速器+控制器一体化设计为一个动力系统，进行整体布置设计和优化，并共用一套悬置系统。其缺点为集成度高带来激励频率复杂，设计难度高，不易获得较好的NVH性能。

图2 一体化增程器-电驱动系统集成举例

 

由于动力总成激励的复杂性，悬置系统的设计及解耦非常重要，对增程式电动车整车NVH性能影响很大。作为解耦计算的方法，悬置系统解耦计算可采用类似纯电动车或传统燃油车辆计算方法；增程式电动车相比纯电动车或传统燃油车辆不同之处在于，由于其激励源特性，其解耦结果判断标准，需要避开的频率需要特殊设计。

图3 悬置6自由度和13自由度解耦模型举例

 

增程式电动车动力总成及悬置系统解耦结果的避频原则建议如下，需要注意的是，基于驱动电机扭矩响应快的特点，需合理设计悬置衬套刚度以达到控制动力总成位移量及瞬态响应，这可能造成解耦频率较高，从而与车身模态、增程器工作工况点共振的风险；而增程器发动机的往复惯性力和爆震的振动噪声隔离要求，需要对动力总成悬置的隔振性能进行优化，可能造成需要解耦频率较低，从而与驱动电机对悬置系统的要求造成矛盾。

• 偏频

• 簧下固有频率

• 人体前后方向敏感频率：4Hz

• 人体胃部上下固有频率：8Hz

• 刚体模态之间固有频率需隔离1Hz以上

• 增程器发动机各工况点频率

• 增程式发电机各工况点频率

• 驱动电机/减速器阶次频率（无法完全隔开，但可避开常用或敏感频率）

• 空压机运行频率

• 真空泵运行频率

• 车身模态

• 其他……

解决驱动电机与增程器发动机对悬置系统的不同要求，一般方法为设计一个较高的绕驱动轴方向模态和一个较低的Z向平动模态。具体到悬置系统布置和设计方面，一个较常用的推荐为增程器发动机侧布置液压悬置，减速器前后方向各布置一个橡胶悬置，驱动电机侧布置一个橡胶悬置；另外一种较为常见的布置型式为在常用的左右后悬置之外，布置一个拉杆悬置限制动力总成扭转冲击和位移。

图4 悬置布置举例