驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的案例
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模及振動(dòng)噪聲優(yōu)化
摘 要
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)屬于結(jié)構(gòu)核心零部件，受社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)影響，其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)為高速化、集成化。將其與傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)相對(duì)比發(fā)現(xiàn)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部缺少噪聲掩蓋裝置，使得電機(jī)噪聲、齒輪嚙合階次噪聲日益嚴(yán)重，在高速化、集成化發(fā)展過(guò)程中，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部耦合性不斷提高，系統(tǒng)響應(yīng)日益復(fù)雜，如何降低噪聲成為了一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。本文通過(guò)高速電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)剛?cè)狁詈辖＜皠?dòng)力學(xué)特性，針對(duì)其振動(dòng)噪聲展開(kāi)分析，旨在為相關(guān)人員優(yōu)化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供幫助。
關(guān)鍵詞
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 減速器 剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模 振動(dòng)噪聲
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為我國(guó)未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵，其使用覆蓋范圍日益提高，且其行業(yè)地位也日益提高，有關(guān)人員對(duì)其關(guān)注度不斷提高。
展開(kāi) 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模及振動(dòng)噪聲優(yōu)化
摘 要
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)屬于結(jié)構(gòu)核心零部件，受社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)影響，其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)為高速化、集成化。將其與傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)相對(duì)比發(fā)現(xiàn)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部缺少噪聲掩蓋裝置，使得電機(jī)噪聲、齒輪嚙合階次噪聲日益嚴(yán)重，在高速化、集成化發(fā)展過(guò)程中，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部耦合性不斷提高，系統(tǒng)響應(yīng)日益復(fù)雜，如何降低噪聲成為了一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。本文通過(guò)高速電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)剛?cè)狁詈辖＜皠?dòng)力學(xué)特性，針對(duì)其振動(dòng)噪聲展開(kāi)分析，旨在為相關(guān)人員優(yōu)化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供幫助。
關(guān)鍵詞
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 減速器 剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模 振動(dòng)噪聲
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為我國(guó)未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵，其使用覆蓋范圍日益提高，且其行業(yè)地位也日益提高，有關(guān)人員對(duì)其關(guān)注度不斷提高。對(duì)其發(fā)展進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲問(wèn)題成了限制其發(fā)展的主要原因，實(shí)際優(yōu)化中，可以嘗試以電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)減速器剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型為切入點(diǎn)，針對(duì)振動(dòng)噪聲展開(kāi)分析，明確最終優(yōu)化。
1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及振動(dòng)噪聲研究現(xiàn)狀
1.1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有資料進(jìn)行收集整理可知，現(xiàn)階段，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與減速器的一體化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型為劣勢(shì)內(nèi)容，研究人員對(duì)其關(guān)注度較低，在所構(gòu)建的耦合電磁激勵(lì)與齒輪傳遞誤差激勵(lì)模型中，都滲透有其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成耦合變形內(nèi)容。下面針對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)建模與一體化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模進(jìn)行了闡述：
1. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)振動(dòng)噪聲建模：現(xiàn)階段，此方面內(nèi)容常用建模手法有很多，比如數(shù)值計(jì)算方法、解析計(jì)算方法、半解析計(jì)算方法等。從本質(zhì)上進(jìn)行分析，驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲計(jì)算具有復(fù)雜性特點(diǎn)，包括眾多類型問(wèn)題，比如電磁場(chǎng)、結(jié)構(gòu)模態(tài)、振動(dòng)相應(yīng)等。借助上述方法可以高速、優(yōu)質(zhì)地完成電磁力計(jì)算，模擬出其在自然狀態(tài)下的振動(dòng)噪聲情況 [1]。
2.
展開(kāi) 多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理及CAE仿真分析
1 結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1 結(jié)構(gòu)組成
多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由EM，G-BOX，IPU，DCDC，OBC，HV-BOX，VCU，ACP，PUMP共9部分組成，如圖1所示。整體采用四段式結(jié)構(gòu)，分別為減速器左端蓋、減速器右端蓋、電機(jī)定子殼體、電機(jī)后端蓋，其中減速器右端蓋為電機(jī)和減速器共用端蓋。ACP固定在電機(jī)左端蓋上，PUMP固定在電機(jī)右端蓋上。IPU，DCDC，OBC，HV-BOX，VCU布置在控制器系統(tǒng)殼體中，DCDC，OBC布置在同一層，稱之為電源層；HV-BOX和IPU，VCU布置在同一層，稱之為電機(jī)控制層，電源層和電機(jī)控制層共同組成控制器系統(tǒng)，布置在EM正上方。該多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為原有長(zhǎng)安量產(chǎn)的三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電源系統(tǒng)的進(jìn)一步集成產(chǎn)品，提高了能量密度和冷卻效率。
圖1 多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三維數(shù)模
1.2 系統(tǒng)原理
該多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖如圖2所示，主要包括高壓電傳輸、低壓電信號(hào)傳輸、熱量交換、動(dòng)力傳遞等，其中高壓電包括高壓直流電、高壓交流電、家用220 V交流電；低壓電信號(hào)包括12 V直流電信號(hào)、CAN信號(hào)、高壓互鎖信號(hào)、電子鎖位置信號(hào)、制動(dòng)踏板位置信號(hào)等共62個(gè)電信號(hào)。
圖2 多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖
動(dòng)力電池輸出高壓直流電，經(jīng)過(guò)HV-BOX中疊層銅排將高壓直流電分配成4部分，包括控制器系統(tǒng)內(nèi)部IPU中的INV功率模塊、DCDC模塊，外部的ACP，PTC。INV功率模塊將高壓直流電轉(zhuǎn)換成高壓交流電輸送到EM，驅(qū)動(dòng)EM旋轉(zhuǎn)；DCDC模塊將高壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓直流電輸送給12 V蓄電池，實(shí)現(xiàn)對(duì)12 V蓄電池進(jìn)行動(dòng)態(tài)充電，12 V蓄電池輸出低壓直流電給IPU中的INV控制模塊和VCU控制模塊[10]。
展開(kāi) 電動(dòng)汽車(chē)用三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證
本文基于一款新能源乘用車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高度集成化的開(kāi)發(fā)需求，研發(fā)了一款三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，闡述了該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案及電氣原理，介紹了系統(tǒng)冷卻方案，并針對(duì)系統(tǒng)的散熱性能進(jìn)行熱仿真分析研究，最后制作樣機(jī)進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有良好的輸出性能。
1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電氣原理
1.1 集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖1所示，電機(jī)、控制器、減速器構(gòu)成了三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總成開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的核心結(jié)構(gòu)由定、轉(zhuǎn)子組件構(gòu)成，關(guān)鍵材料包括鐵心材料、永磁體、電磁線、高速軸承和位置傳感器等；控制器的核心結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體功率器件、直流支撐電容、集成電路芯片及軟件架構(gòu)等構(gòu)成；減/變速器關(guān)鍵技術(shù)主要包括齒輪及軸系、密封與潤(rùn)滑、離合器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、駐車(chē)系統(tǒng)等。
圖1 三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵零部件
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)：峰值功率55 kW，峰值轉(zhuǎn)矩150 N·m，最高轉(zhuǎn)速10 000 r/min。本文設(shè)計(jì)的三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)前端與減速器連接固定，電機(jī)控制器安裝于電機(jī)與減速器的上方，此方案集成度高，整體體積較小。同時(shí)，冷卻技術(shù)作為三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的核心，本文將控制器冷卻液出口與電機(jī)冷卻液入口集成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了控制器散熱水道與電機(jī)冷卻水道的一體化設(shè)計(jì)，使得整個(gè)產(chǎn)品成本更低、散熱效果更好。
圖2 三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
1.2 IGBT模塊選型
控制器結(jié)構(gòu)如圖3所示，IGBT作為核心功率器件，其關(guān)鍵控制要素包括參數(shù)及可靠性要求、過(guò)流和短路保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)等。因此，IGBT選型要綜合考慮其自身的輸出效率、控制器運(yùn)行峰值電壓及驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大反電動(dòng)勢(shì)等條件。
展開(kāi) 
電動(dòng)汽車(chē)用三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證
圖6 峰值工況下IGBT溫度分布
3 三合一系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣原理如圖7所示，控制系統(tǒng)在12 V電源網(wǎng)絡(luò)下工作，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)與整車(chē)進(jìn)行通訊，控制器功率部分的逆變單元能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)化為交流電并輸入至永磁同步電動(dòng)機(jī)，控制器成熟的底層配置和軟件算法以及各采樣電路、保護(hù)電路，可以確保電機(jī)控制器穩(wěn)定工作。
三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的PCB由控制板和驅(qū)動(dòng)板組成，驅(qū)動(dòng)單元和控制單元之間通過(guò)線束通訊，避免高低壓之間的干擾。PCB電路通常集成有通訊電路、溫度采樣電路、電壓采樣電路、相電流采樣電路、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路、電源轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)電路以及各保護(hù)功能電路等，這些電路組合在一起共同確保整個(gè)三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的正常工作。
圖7 三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電氣原理框圖
4 樣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
為了進(jìn)一步研究三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出性能，制作樣機(jī)并對(duì)系統(tǒng)的輸出特性、效率以及溫升進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試臺(tái)架如圖8所示。
展開(kāi) 三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲分析研究
5 測(cè)試試驗(yàn)
對(duì)優(yōu)化后的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)噪聲測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如圖14所示。
圖14 優(yōu)化前、后驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果
由圖14可知,在裝有5 mm加筋蓋板與新轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)近場(chǎng)噪聲彩圖中,圖3中的2處共振帶不再出現(xiàn);對(duì)比優(yōu)化前后的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出,蓋板的法向振動(dòng)加速度有所降低,在最大峰值處優(yōu)化效果顯著;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的噪聲整體優(yōu)化效果顯著,并且在轉(zhuǎn)速7 330、5 550、3 770 r/min處噪聲幅值大幅降低,其中采用新轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與5 mm加筋蓋板的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的噪聲整體下降約13.3 dB。
6 結(jié) 論
本文對(duì)某新型三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了振動(dòng)噪聲測(cè)試分析,發(fā)現(xiàn)電機(jī)端和減速器端的振動(dòng)激勵(lì)起控制器蓋板的彎曲模態(tài)引起蓋板強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲;提出了一種通過(guò)減小電機(jī)徑向電磁力波與改進(jìn)控制器蓋板結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)噪聲水平的方法,并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)噪聲顯著降低。研究得出以下結(jié)論:
(1) 較大面積的蓋板類結(jié)構(gòu)易響應(yīng)系統(tǒng)的振動(dòng)激勵(lì),引起結(jié)構(gòu)的共振,從而輻射較大的噪聲。
(2) 通過(guò)轉(zhuǎn)子開(kāi)槽可減小電機(jī)徑向電磁力波,改變蓋板厚度及加筋處理能有效增強(qiáng)蓋板類結(jié)構(gòu)剛度、提高固有頻率、抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng),顯著改善噪聲水平。
(3) 當(dāng)蓋板厚度相同時(shí),形貌優(yōu)化能顯著改善結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲響應(yīng);但當(dāng)加筋板厚度增加時(shí),對(duì)噪聲的優(yōu)化效果會(huì)有所降低。
展開(kāi) 大陸電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMR4詳細(xì)剖析
前言
隨著電動(dòng)汽車(chē)在市場(chǎng)上的顯著加速，品牌、細(xì)分市場(chǎng)和車(chē)型的差異也在不斷增加，最大限度地?cái)U(kuò)大電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)適用性就顯得及其重要。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如大批量生產(chǎn)的EMR3(第三代電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))和目前正在開(kāi)發(fā)的EMR4，在系統(tǒng)級(jí)采用了多標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。與上一代相比，EMR4提高了高達(dá)5%的效率，顯著提升了功率可擴(kuò)展性，并大幅降低了成本。
提高效率和性能是整車(chē)對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出的技術(shù)路線和方向。為了促進(jìn)EMR4性能提升，眾多的影響電驅(qū)動(dòng)效率和性能的鏈條已優(yōu)化到細(xì)節(jié)。出于可擴(kuò)展性的考慮，許多內(nèi)部和外部接口也已標(biāo)準(zhǔn)化，以確保三個(gè)主要組件——電力電子逆變器、電機(jī)和減速器——可以按照需求定制的原則盡可能自由地組合。在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的聲學(xué)舒適性方面，重點(diǎn)是在整個(gè)工作MAP上對(duì)系統(tǒng)的噪聲特性(噪聲振動(dòng)嚴(yán)酷度)進(jìn)行了模擬、測(cè)試和優(yōu)化。EMR4的開(kāi)發(fā)從一開(kāi)始就吸收了來(lái)自前幾代電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。
2. EMR4架構(gòu)
為了更大的可擴(kuò)展性，EMR4電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與當(dāng)前的EMR3相比已經(jīng)發(fā)生了變化。所有三個(gè)基本組件(電力電子逆變器、電機(jī)、減速機(jī))都在EMR4中直線排列(軸向集成)。
有了這個(gè)基本架構(gòu)，就有可能在不同的設(shè)計(jì)中連接兩個(gè)最大需要變動(dòng)性的組件，而減速器變速箱的修改要求可以在外殼尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)。這種內(nèi)聯(lián)安排形成了EMR4關(guān)鍵架構(gòu)特性的基礎(chǔ)。
在開(kāi)發(fā)過(guò)程中計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)配置(對(duì)于A到J2段的車(chē)輛，即車(chē)輛重量級(jí)別從1800公斤到2800公斤)可以通過(guò)將電機(jī)長(zhǎng)度按60毫米(入門(mén)級(jí))、90毫米(基礎(chǔ)級(jí))或105毫米(增強(qiáng)級(jí))三個(gè)尺寸來(lái)覆蓋，如圖2所示。根據(jù)設(shè)計(jì)，新開(kāi)發(fā)的EMR4驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供80kW和最大230kW功率(10秒)。
展開(kāi) 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)及測(cè)試研究
引言
電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源及將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的關(guān)鍵設(shè)備，在電力轉(zhuǎn)換的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的傳導(dǎo)及輻射騷擾信號(hào)，是電動(dòng)汽車(chē)EMC問(wèn)題的主要零部件之一。
由于監(jiān)管機(jī)構(gòu)的強(qiáng)制要求及各車(chē)廠出于提高自身競(jìng)爭(zhēng)力的考慮，目前設(shè)計(jì)人員已對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的EMC問(wèn)題做了較多的研究，相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也日益為人們所熟知。
其中GB/T18655—2018《車(chē)輛、船和內(nèi)燃機(jī)無(wú)線電騷擾特性用于保護(hù)車(chē)載接收機(jī)的限值和測(cè)量方法》是零部件廠商應(yīng)用最為廣泛的EMC標(biāo)準(zhǔn)之一，該標(biāo)準(zhǔn)在新修訂的內(nèi)容中增加了對(duì)高低壓部件的適用性部分，包括高低壓耦合的測(cè)量方法及高壓部分的限值等，并在附錄I高壓部件的示例中提到帶電機(jī)的逆變器。
但該標(biāo)準(zhǔn)未限定測(cè)試中電機(jī)及控制器應(yīng)處于的工作狀態(tài)，根據(jù)文獻(xiàn)的研究，不同工作狀態(tài)下電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳導(dǎo)及發(fā)射騷擾性能在不同頻段有不同的表現(xiàn)。除此之外，工業(yè)與信息化部在2018年推出了針對(duì)性適用于電動(dòng)汽車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)GB/T36282—2018《電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》，此標(biāo)準(zhǔn)從整車(chē)應(yīng)用的角度出發(fā)，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輻射騷擾限值、輻射抗擾及傳導(dǎo)抗擾、靜電放電抗擾都做了全面的要求，是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較為全面的EMC標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)測(cè)試時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)處于的工作狀態(tài)做了明確要求，得到了認(rèn)可和廣泛應(yīng)用。
EMC測(cè)試往往是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試的后期環(huán)節(jié)，同時(shí)也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若EMC測(cè)試的效果不理想，可能導(dǎo)致開(kāi)發(fā)過(guò)程較多的重復(fù)，同時(shí)由于EMC測(cè)試資源緊張，其測(cè)試費(fèi)用也十分高昂，廠家一般都難以預(yù)留充足的EMC測(cè)試整改時(shí)間。因而，在設(shè)計(jì)階段對(duì)影響EMC性能的關(guān)鍵因素做較為充分的考慮，在方案設(shè)計(jì)中對(duì)可能存在的EMC問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)消除，是設(shè)計(jì)工程師必須考慮的內(nèi)容。
展開(kāi) 多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理及CAE仿真分析
1 結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1 結(jié)構(gòu)組成
多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由EM，G-BOX，IPU，DCDC，OBC，HV-BOX，VCU，ACP，PUMP共9部分組成，如圖1所示。整體采用四段式結(jié)構(gòu)，分別為減速器左端蓋、減速器右端蓋、電機(jī)定子殼體、電機(jī)后端蓋，其中減速器右端蓋為電機(jī)和減速器共用端蓋。ACP固定在電機(jī)左端蓋上，PUMP固定在電機(jī)右端蓋上。IPU，DCDC，OBC，HV-BOX，VCU布置在控制器系統(tǒng)殼體中，DCDC，OBC布置在同一層，稱之為電源層；HV-BOX和IPU，VCU布置在同一層，稱之為電機(jī)控制層，電源層和電機(jī)控制層共同組成控制器系統(tǒng)，布置在EM正上方。該多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為原有長(zhǎng)安量產(chǎn)的三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電源系統(tǒng)的進(jìn)一步集成產(chǎn)品，提高了能量密度和冷卻效率。
圖1 多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三維數(shù)模
1.2 系統(tǒng)原理
該多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖如圖2所示，主要包括高壓電傳輸、低壓電信號(hào)傳輸、熱量交換、動(dòng)力傳遞等，其中高壓電包括高壓直流電、高壓交流電、家用220 V交流電；低壓電信號(hào)包括12 V直流電信號(hào)、CAN信號(hào)、高壓互鎖信號(hào)、電子鎖位置信號(hào)、制動(dòng)踏板位置信號(hào)等共62個(gè)電信號(hào)。
圖2 多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖
動(dòng)力電池輸出高壓直流電，經(jīng)過(guò)HV-BOX中疊層銅排將高壓直流電分配成4部分，包括控制器系統(tǒng)內(nèi)部IPU中的INV功率模塊、DCDC模塊，外部的ACP，PTC。INV功率模塊將高壓直流電轉(zhuǎn)換成高壓交流電輸送到EM，驅(qū)動(dòng)EM旋轉(zhuǎn)；DCDC模塊將高壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓直流電輸送給12 V蓄電池，實(shí)現(xiàn)對(duì)12 V蓄電池進(jìn)行動(dòng)態(tài)充電，12 V蓄電池輸出低壓直流電給IPU中的INV控制模塊和VCU控制模塊[10]。
展開(kāi) 【NVH專欄】三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲分析研究
5 測(cè)試試驗(yàn)
對(duì)優(yōu)化后的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)噪聲測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如圖14所示。
圖14 優(yōu)化前、后驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果
由圖14可知,在裝有5 mm加筋蓋板與新轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)近場(chǎng)噪聲彩圖中,圖3中的2處共振帶不再出現(xiàn);對(duì)比優(yōu)化前后的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出,蓋板的法向振動(dòng)加速度有所降低,在最大峰值處優(yōu)化效果顯著;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的噪聲整體優(yōu)化效果顯著,并且在轉(zhuǎn)速7 330、5 550、3 770 r/min處噪聲幅值大幅降低,其中采用新轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與5 mm加筋蓋板的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的噪聲整體下降約13.3 dB。
6 結(jié) 論
本文對(duì)某新型三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了振動(dòng)噪聲測(cè)試分析,發(fā)現(xiàn)電機(jī)端和減速器端的振動(dòng)激勵(lì)起控制器蓋板的彎曲模態(tài)引起蓋板強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲;提出了一種通過(guò)減小電機(jī)徑向電磁力波與改進(jìn)控制器蓋板結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)噪聲水平的方法,并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)噪聲顯著降低。研究得出以下結(jié)論:
(1) 較大面積的蓋板類結(jié)構(gòu)易響應(yīng)系統(tǒng)的振動(dòng)激勵(lì),引起結(jié)構(gòu)的共振,從而輻射較大的噪聲。
(2) 通過(guò)轉(zhuǎn)子開(kāi)槽可減小電機(jī)徑向電磁力波,改變蓋板厚度及加筋處理能有效增強(qiáng)蓋板類結(jié)構(gòu)剛度、提高固有頻率、抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng),顯著改善噪聲水平。
(3) 當(dāng)蓋板厚度相同時(shí),形貌優(yōu)化能顯著改善結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲響應(yīng);但當(dāng)加筋板厚度增加時(shí),對(duì)噪聲的優(yōu)化效果會(huì)有所降低。
來(lái)源：太平洋汽車(chē)網(wǎng)
展開(kāi) 電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)詳解及常見(jiàn)故障分析
一、電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)組成
如果把電動(dòng)汽車(chē)看生是一個(gè)大系統(tǒng)，則系統(tǒng)主要由電力驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)組成。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由四大部分組成：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速器、功率變換器和控制器。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心，其性能和效率直接影響電動(dòng)汽車(chē)的性能。驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變速器的尺寸、重量也會(huì)影響到汽車(chē)的整體效率。功率變換器和控制器則對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的安全可靠運(yùn)行有很大關(guān)系。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能是將儲(chǔ)存在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車(chē)輪的動(dòng)能進(jìn)而推進(jìn)汽車(chē)行駛，并能夠在汽車(chē)減速制動(dòng)或者下坡時(shí)，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。
下圖表示一種典型的電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)組成，圖中雙線表示機(jī)械連接；粗線表示電氣連接；細(xì)線表示控制信號(hào)連接；線上的箭頭表示電功率或控制信號(hào)的傳輸方向。來(lái)自加速踏板的信號(hào)輸入電子控制器并通過(guò)控制功率變化器來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩通過(guò)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。充電器通過(guò)汽車(chē)的充電接口向蓄電池充電。在汽車(chē)行駛時(shí)，蓄電池經(jīng)功率變換器向電動(dòng)機(jī)供電。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)采用電制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，將汽車(chē)的部分動(dòng)能回饋給蓄電池對(duì)其充電，并延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程。
二、電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)
電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的最大不同點(diǎn)。電動(dòng)汽車(chē)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求很高。電動(dòng)知家總結(jié)，電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)符合下列要求：
1）瞬時(shí)功率大，短時(shí)過(guò)載能力強(qiáng)，以滿足爬坡及加速的需要；
2) 調(diào)速范圍寬廣；
3) 在運(yùn)行的全部速度范圍和負(fù)載范圍內(nèi)，具有較高的效率。也就是在電機(jī)所有工作范圍內(nèi)綜合效率高, 以盡量提高電動(dòng)汽車(chē)一次續(xù)駛里程；
4) 可靠性高，使用方便簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉；
5) 功率密度高，體積小，質(zhì)量輕。
三、電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成
1．電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)
選用小型輕量的高效電機(jī)，對(duì)目前電池容量較小、續(xù)駛里程較短的電動(dòng)汽車(chē)現(xiàn)狀顯得尤為重要。
展開(kāi) 
電動(dòng)汽車(chē)用三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證
圖6 峰值工況下IGBT溫度分布
3 三合一系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣原理如圖7所示，控制系統(tǒng)在12 V電源網(wǎng)絡(luò)下工作，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)與整車(chē)進(jìn)行通訊，控制器功率部分的逆變單元能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)化為交流電并輸入至永磁同步電動(dòng)機(jī)，控制器成熟的底層配置和軟件算法以及各采樣電路、保護(hù)電路，可以確保電機(jī)控制器穩(wěn)定工作。
三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的PCB由控制板和驅(qū)動(dòng)板組成，驅(qū)動(dòng)單元和控制單元之間通過(guò)線束通訊，避免高低壓之間的干擾。PCB電路通常集成有通訊電路、溫度采樣電路、電壓采樣電路、相電流采樣電路、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路、電源轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)電路以及各保護(hù)功能電路等，這些電路組合在一起共同確保整個(gè)三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的正常工作。
圖7 三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電氣原理框圖
4 樣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
為了進(jìn)一步研究三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出性能，制作樣機(jī)并對(duì)系統(tǒng)的輸出特性、效率以及溫升進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試臺(tái)架如圖8所示。
展開(kāi) 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)及測(cè)試研究
引 言
電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源及將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的關(guān)鍵設(shè)備，在電力轉(zhuǎn)換的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的傳導(dǎo)及輻射騷擾信號(hào)，是電動(dòng)汽車(chē)EMC問(wèn)題的主要零部件之一。
由于監(jiān)管機(jī)構(gòu)的強(qiáng)制要求及各車(chē)廠出于提高自身競(jìng)爭(zhēng)力的考慮，目前設(shè)計(jì)人員已對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的EMC問(wèn)題做了較多的研究，相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也日益為人們所熟知。
其中GB/T18655—2018《車(chē)輛、船和內(nèi)燃機(jī)無(wú)線電騷擾特性用于保護(hù)車(chē)載接收機(jī)的限值和測(cè)量方法》是零部件廠商應(yīng)用最為廣泛的EMC標(biāo)準(zhǔn)之一，該標(biāo)準(zhǔn)在新修訂的內(nèi)容中增加了對(duì)高低壓部件的適用性部分，包括高低壓耦合的測(cè)量方法及高壓部分的限值等，并在附錄I高壓部件的示例中提到帶電機(jī)的逆變器。
但該標(biāo)準(zhǔn)未限定測(cè)試中電機(jī)及控制器應(yīng)處于的工作狀態(tài)，根據(jù)文獻(xiàn)的研究，不同工作狀態(tài)下電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳導(dǎo)及發(fā)射騷擾性能在不同頻段有不同的表現(xiàn)。除此之外，工業(yè)與信息化部在2018年推出了針對(duì)性適用于電動(dòng)汽車(chē)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)GB/T36282—2018《電動(dòng)汽車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》，此標(biāo)準(zhǔn)從整車(chē)應(yīng)用的角度出發(fā)，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輻射騷擾限值、輻射抗擾及傳導(dǎo)抗擾、靜電放電抗擾都做了全面的要求，是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)較為全面的EMC標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)測(cè)試時(shí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)處于的工作狀態(tài)做了明確要求，得到了認(rèn)可和廣泛應(yīng)用。
EMC測(cè)試往往是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試的后期環(huán)節(jié)，同時(shí)也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若EMC測(cè)試的效果不理想，可能導(dǎo)致開(kāi)發(fā)過(guò)程較多的重復(fù)，同時(shí)由于EMC測(cè)試資源緊張，其測(cè)試費(fèi)用也十分高昂，廠家一般都難以預(yù)留充足的EMC測(cè)試整改時(shí)間。因而，在設(shè)計(jì)階段對(duì)影響EMC性能的關(guān)鍵因素做較為充分的考慮，在方案設(shè)計(jì)中對(duì)可能存在的EMC問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)消除，是設(shè)計(jì)工程師必須考慮的內(nèi)容。
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圖6 峰值工況下IGBT溫度分布
3 三合一系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣原理如圖7所示，控制系統(tǒng)在12 V電源網(wǎng)絡(luò)下工作，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)與整車(chē)進(jìn)行通訊，控制器功率部分的逆變單元能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)化為交流電并輸入至永磁同步電動(dòng)機(jī)，控制器成熟的底層配置和軟件算法以及各采樣電路、保護(hù)電路，可以確保電機(jī)控制器穩(wěn)定工作。
三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的PCB由控制板和驅(qū)動(dòng)板組成，驅(qū)動(dòng)單元和控制單元之間通過(guò)線束通訊，避免高低壓之間的干擾。PCB電路通常集成有通訊電路、溫度采樣電路、電壓采樣電路、相電流采樣電路、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路、電源轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)電路以及各保護(hù)功能電路等，這些電路組合在一起共同確保整個(gè)三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的正常工作。
圖7 三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電氣原理框圖
4 樣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
為了進(jìn)一步研究三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出性能，制作樣機(jī)并對(duì)系統(tǒng)的輸出特性、效率以及溫升進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試臺(tái)架如圖8所示。
展開(kāi) 干貨 | 采用三電機(jī)設(shè)計(jì)方案的Audi E-tron S車(chē)用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
前軸的標(biāo)準(zhǔn)齒輪裝置、后軸齒輪裝置的各種通用件及其他通用零件(如滾動(dòng)軸承、密封件、轉(zhuǎn)子位置傳感器等)完善了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(表1)。
表1 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
3 后驅(qū)動(dòng)ATA250雙同軸電機(jī)
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ATA250雙同軸電機(jī)由位于匈牙利Gy?r的發(fā)動(dòng)
機(jī)工廠制造，這是首個(gè)用于量產(chǎn)車(chē)輛的雙同軸電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
研究人員針對(duì)MLBevo平臺(tái)雙同軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求，對(duì)關(guān)鍵組件(電機(jī)、電力電子裝置和變速器)的尺寸進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，使后軸支架的可用安裝空間得到充分利用。
驅(qū)動(dòng)裝置直接安裝在副車(chē)架的4個(gè)點(diǎn)上，無(wú)須附加零件，并通過(guò)電機(jī)和變速器殼體上的緊固螺紋實(shí)現(xiàn)安裝(圖2)。
圖2 E-tron系列的后驅(qū)動(dòng)雙同軸電機(jī)安裝情況
這2臺(tái)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。該車(chē)型的定子與E-tron 55車(chē)型的定子相同，研究人員對(duì)轉(zhuǎn)子內(nèi)部的冷卻密封區(qū)域，以及轉(zhuǎn)子與變速器輸入端相連的部分進(jìn)行了輕微調(diào)整，確保磁路始終保持不變。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所有外殼都采用壓鑄鋁制成，并在強(qiáng)度、剛度和聲學(xué)等
方面進(jìn)行了優(yōu)化。
ATA250驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的左右兩側(cè)電機(jī)殼體也完全相同。
研究人員將其沿車(chē)輛的縱軸橫向倒置進(jìn)行安裝。
圖3示出了緊湊型雙同軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置，并為其配備了2個(gè)電機(jī)、2個(gè)變速器和2個(gè)電力電子裝置。
2個(gè)電機(jī)通過(guò)螺栓背靠背進(jìn)行固定，但未采用機(jī)械耦合的方式。
電力電子裝置可像電機(jī)一樣采用橫向倒置進(jìn)行安裝，因此其與定子的三相電源連接處分別位于頂部和底部。
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獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)NVH電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 系統(tǒng)工程電力系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)防撞梁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)防撞梁防撞梁汽車(chē)防撞梁汽車(chē)防電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)建模電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)amesim驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
