新能源车"嗡嗡"声怎么破？橡胶悬置里打几个孔就能搞定！

一、背景：为什么电机悬置必须"重新发明"？

橡胶悬置是连接动力总成与车身的"缓冲垫"，承担着支撑、限位和隔振的多重任务。在传统燃油车上，发动机激励频率相对较低，现有橡胶悬置设计经验已相当成熟。

但新能源汽车的驱动电机完全不同：

• 转速更高：最高转速可达 12,000 r/min；

• 激励频率更高：激励频率往往在 1000 Hz 以上，属于典型的高频激励；

• 隔振要求更苛刻：电机噪声没有发动机噪声的"掩盖效应"，细微振动更容易被察觉。

因此，专门针对驱动电机高频激励的橡胶悬置设计方法，已成为行业迫切需要突破的课题。

图 1 橡胶悬置结构

二、研究对象：一款实心圆柱橡胶悬置的"体检报告"

研究团队选取某实心圆柱橡胶悬置作为研究对象，其结构由金属内芯、橡胶基体和尼龙外管组成。在 Abaqus 软件中，采用穆尼-里夫林模型描述橡胶的超弹性，采用广义麦克斯韦模型描述其粘弹性，建立了高精度的有限元模型。

分析频率范围覆盖 50–3000 Hz，重点关注 1000 Hz 以上的高频特性。

通过模态分析发现：该橡胶悬置的高阶模态变形主要发生在橡胶基体上，并在轴向呈现出一定的周期性。这意味着——调整橡胶基体的结构参数，是优化高频动刚度的关键突破口。

图 2 橡胶悬置前六阶模态振型

三、核心发现：四个结构参数的"高频调优密码"

研究团队通过控制变量法，系统分析了圆孔数量、内孔直径、内孔长度、内孔形状四个参数对动刚度的影响规律。

3.1 圆孔数量：高频降刚度的"神来之笔"

这是整项研究中最具工程价值的发现：

• 高频区：在橡胶基体中开设圆孔，能够有效减小高频区动刚度，且圆孔数量越多，高频动刚度的下降幅度越大。当圆孔数量为 6 时，高频优化效果最好。

• 低频区代价：开设圆孔会使低频共振峰峰值增大，峰值频率向前移动（向低频偏移），尤其是轴向共振峰频率前移范围较大。

工程启示：如果整车高频噪声突出，而低频隔振余量充足，适当增加圆孔数量是极具性价比的方案。

图 3 不同圆孔数量橡胶悬置动刚度曲线

3.2 内孔直径：径向刚度的"微调旋钮"

设置 25 mm（原方案）、27 mm、29 mm、31 mm 四种直径进行对比：

• 径向：内孔直径增大，径向静刚度呈较小幅度增大；高频区动刚度随直径增大有较大幅度增大。

• 轴向：内孔直径变化对轴向动刚度影响不显著。

工程启示：若要精细调节径向高频刚度，可优先考虑调整内孔直径。

图 4 不同内孔直径橡胶悬置动刚度曲线

3.3 内孔长度：影响有限，可灵活设计

设置 50 mm（原方案）、56 mm、62 mm、68 mm 四种长度：

• 内孔长度对初始动刚度影响不显著；

• 对径向和轴向动刚度的改变幅度均较小。

工程启示：内孔长度对动刚度影响较小，工程师可根据装配空间灵活设计，无需过度纠结。

图 5 不同内孔长度橡胶悬置动刚度曲线

3.4 内孔形状：圆形仍是"最优解"

将内孔分别设计为圆形（原方案）、四边形、五边形、十字形：

• 内孔形状对轴向动刚度影响不明显；

• 对径向动刚度有一定影响，但规律性不如圆孔数量显著。

工程启示：从工艺性和性能稳定性考虑，圆形孔仍是首选。

图 6 不同内孔形状橡胶悬置动刚度曲线

四、总结：给悬置工程师的"高频降噪"设计指南

综合以上研究，可以提炼出三条可直接指导工程设计的结论：

这项研究的最大价值在于：它用系统的仿真数据证明，不需要更换昂贵的新型橡胶材料，仅通过合理的结构开孔设计，就能在保持低频性能基本不变的前提下，有效"软化"橡胶悬置的高频响应，从而更好地隔离驱动电机的高频激励，降低车内"嗡嗡"噪声。

作者/来源：本文整理自《机械制造》2024 年第 62 卷第 3 期，袁川等《橡胶悬置结构参数对高频动刚度影响分析》。