電動車動力總成的案例
電動車動力總成振動噪聲的試驗研究
摘要:由于動力總成的不同，電動車與傳統車的振動噪聲源也有較大差異。筆者對某電動車動力總成的振動噪聲特性進行了試驗研究。利用頻譜分析、階次分析等方法來識別動力總成的主要振動噪聲源，分析加速和穩態工況下各激勵源對動力總成振動噪聲的貢獻量。基于心理聲學客觀評價參數，分析了電動車動力總成聲品質特性。研究結果為電動車動力總成振動噪聲的優化設計提供了試驗支持，并表明了進一步研究電動車聲品質的必要性。
引言
聲品質對整車質量認知度有很大影響，統計表明汽車的事態發展錯誤中有三分之一是與噪聲、振動及舒適性（
noise,vibration and harshness，簡稱NVH
）有關，每年噪聲相關方面的保修費用占據整車的20％左右。
傳統車動力總成振動噪聲特性的研究已有很多。胡國強等通過對柴油機進行燃燒噪聲分析和噪聲源識別，采取怠速噪聲降噪措施，并對優化前后的結果進行聲品質比較。盧豐翥等對柴油機進行怠速聲品質試驗研究發現，并不是噪聲值越小聲品質就越好。相龍洋等對手動變速器噪聲源識別進行了試驗研究。但是，對于電動車來說，內燃機被電機所取代使得動力總成振動噪聲源發生很大變化。一方面，電機電磁激勵會產生高頻噪聲；另一方面，由于人的雙耳的構造以及掩蔽效應的存在，發動機的缺失會使電動車其他部件的噪聲變得更為顯著，很多情況下更為刺耳與令人不適(如逆變器噪聲、齒輪傳動系噪聲)。
近些年，隨著世界各國大力推廣新能源汽車，國內外學者也開始研究電動車的振動噪聲特性。嚴剛等對某純電動汽車車內噪聲試驗研究，識別了不同工況下的噪聲源。Islam等研究并分析了永磁同步電機的噪聲和振動。研究表明，噪音和振動的根源是徑向力引起的電磁振動。大多學者以噪聲級為標準研究其噪聲特性，并進行降噪的優化設計。
展開 切向電磁力對電動車動力總成振動噪聲的影響分析
摘要:為了研究電動車的高頻電磁噪聲問題，以電動車動力總成為研究對象，綜合考慮電機電磁徑向電磁力波和切向電磁力波，建立了動力總成有限元分析模型，采用一種弱磁－固耦合的方法對動力總成的電磁振動噪聲特性進行分析，研究切向電磁力對系統振動噪聲特性的影響。在半消聲室中，對動力總成進行振動加速度及輻射噪聲測試，以驗證仿真分析方法的準確性。研究結果表明，電機與減速器集成后，切向電磁力對電機振動噪聲影響不大，但對減速器產生了不可忽略的影響，在2000Hz和2400Hz處，切向電磁力在減速器表面產生了明顯的振動，并且對減速器表面2000Hz～2400Hz范圍內的聲場貢獻較大。研究結果對電機的電磁參數和結構進行改進和優化設計，為降低電機的電磁振動提供理論依據和試驗支持。
0 引言
隨著世界各國大力推廣新能源汽車，國內外學者也開始研究電動車用永磁同步電機的振動噪聲特性振動特性，研究發現噪音和振動的根源是徑向力引起的電磁振動。此外，在進行電磁仿真分析時，通常施加理想的三相正弦電流，沒有考慮外電路電阻、電感等元件的影響; 隨著研究的深入，有學者發現:針對電機－
減速器集成驅動系統而言，由于電機與減速器存在耦合作用，因此有必要考慮電磁切向力波。
B．Prasanth 針對車用發電機嘯叫進行研究，發現電機嘯叫不僅與其自身有關，還與與其連接的機械構件有關。
通過改變連接方式、增加質量塊等方式提高了電機的噪聲品質。
P．Pellerey 等人分析了電磁切向力對電動車動力總成動態響應的影響，提出切向電磁力不會對電磁噪聲有較大貢獻，但是會對減速器動態特性產生影響。
本文以集中驅動式電動車動力總成為研究對象，考慮外電路的影響，建立場路耦合電磁仿真分析模型，得到徑向和切向電磁力。分析切向電磁力對系統振動噪聲特性的影響。
展開 基于Adams的電動汽車動力總成懸置系統分析與優化設計
懸置性能優化主要是通過Adams軟件進行仿真運算和優化使得動力總成前六階模態分布合理并解耦，一般要達到如下兩點：
（1）懸置系統的振動能量分布間隔大于1HZ；
（2）系統的前6階振型的能量解耦達到80%；
（3）前六階頻率盡可能避開電動汽車車速激勵頻率和傳動軸的二階頻率
2 某款電動載貨車動力總成懸置兩種布置形式
目前市場上常見的電動車動力懸置系統，有三點懸置也有四點懸置，各主機廠家根據自己的總體布置和產品結構的自身特點設計出不同的動力總成懸置，某款商用車設計的方案有兩種，第一種方案（如圖1）是目前的在用方案，第二種方案（如圖2）為新設計的方案。
3 動力總成剛體模態解耦分析
依照動力線的布置角度，動力總成的質心位置，懸置軟墊連接的硬點位置和六方向轉動慣量在Adams中建立簡化三維模型。
在Adams軟件里面設置好各個約束點，用Force→bushing建立四個懸置橡膠軟墊，其三向初始剛度約為：X/Y向設置300N/mm；Z向設置1500N/mm,并依選擇Plugins→test→VibrationAnalysis建立腳本文件，對動力總成懸置系統前六階模態進行解耦仿真[3]。仿真結果如下表1、表2。
對比結論：兩種方案的各方向的解耦率較好，均大于80％，原方案X向的平動和Y向的平動模態頻率間隔0.01HZ,不滿足設計要求（前六階頻率間隔大于1HZ）,新方案的頻率間隔滿足要求。
展開 一期一會 | 什么是電動汽車動力總成？
混合動力電動汽車會在不同程度上由電力驅動，其具有各種優勢性特性，例如：
再生制動，可將動能轉化回電能，存儲在電池中（還能與純電動汽車共享）
啟停系統，可在發動機空轉時關閉發動機，以減少排放
發電機（由內燃機供電），既可為電池充電，也可為電機提供額外的動力
當前的混合動力電動車的續航里程在400到600英里（約640到960公里）之間。除插電式混合動力電動汽車外，混合動力電動汽車通常不使用外部電源充電。現有的混合動力汽車車型，包括福特Fusion混合動力車、豐田凱美瑞混合動力車和本田思域混合動力車等。
插電式混合動力電動汽車（PHEV）：PHEV是HEV的子類，其可通過外部電源充電。目前，PHEV僅靠電力就可達到20英里到50英里（30到80公里）的續航里程，是短途城市旅行的理想選擇。對于更遠的旅程，插電式混合動力電動車可依賴汽油或柴油。現有的插電式混合動力電動車車型，包括豐田普銳斯Prime、雪佛蘭Volt和本田Clarity等。
燃料電池電動汽車（FCEV）是第四種電動汽車，其工作原理是通過氫燃料電池（而非電池）產生電流。
四、內燃機汽車與電動汽車動力總成比較
一個多世紀以來，內燃機一直是汽車的主要動力來源。
雖然內燃機車的使用由來已久，但其仍面臨著一些挑戰，其中最重要的是化石燃料燃燒造成的環境污染。因此，各國政府和民眾都在為電動汽車的普及而共同努力。
為了便于對比，以下列出了內燃機汽車和電動汽車動力總成的主要區別：
1、電動汽車動力總成的優勢
電動汽車動力總成的優勢，因個人駕駛習慣和偏好以及距離充電站基礎設施的遠近而異。
展開 
電動車動力總成架構
電動車動力總成架構
新能源汽車講解丨電動車動力總成架構
新能源汽車講解丨電動車動力總成架構
增程式電動汽車動力系統及懸置解耦設計
增程式電動汽車動力系統及懸置解耦設計
無論是對于傳統燃油車輛還是純電動汽車、增程式電動車，動力總成都是其最重要的振動噪聲激勵源。為對其振動噪聲進行隔離設計，獲得整車更好的NVH性能，懸置系統及動力總成的設計匹配和解耦都非常重要，為其設計重點和難點。
1. 增程器-電驅動分開布置下的解耦設計
考慮到增程式電動汽車動力系統激勵源的復雜度較高，僅從動力總成激勵源及響應特性的角度出發，推薦增程器（發動機+發電機）系統與驅動系統（電機+減速器+傳動軸）分開布置。其缺點為需要占用更多布置空間，需要設計兩套懸置減振系統，有可能需要付出更多的零部件重量、成本等；其優點為大大降低了動力系統整體設計匹配難度，易于獲得更好的NVH性能，實現整車質量分布的均勻性等。
增程器-電驅動分開布置后，電驅動系統懸置解耦設計可根據純電動車動力總成激勵源特點進行匹配開發。而對于增程器的懸置匹配和解耦設計，主要考慮增程器本身主要工作工況點與動力總成剛體模態的避頻，可根據傳統燃油車懸置設計理論進行匹配開發。
圖1 增程器-電驅動分開布置
2. 一體化增程器-電驅動系統的解耦設計
考慮到布置空間、重量、成本等因素，增程式電動車動力系統采用了較多一體化設計，即發動機+發電機+驅動電機+減速器+控制器一體化設計為一個動力系統，進行整體布置設計和優化，并共用一套懸置系統。其缺點為集成度高帶來激勵頻率復雜，設計難度高，不易獲得較好的NVH性能。
圖2 一體化增程器-電驅動系統集成舉例
由于動力總成激勵的復雜性，懸置系統的設計及解耦非常重要，對增程式電動車整車NVH性能影響很大。
展開 純電動載貨車動力性和經濟型參數設計
本文以純電動廂式運輸車為研究對象，按照車輛動力性和經濟性指標要求，對電動機和動力電池等關鍵部件進行參數匹配，并利用CRUISE 軟件對整車進行性能仿真優化控制邏輯。
1 整車方案
目前純電動商用車動力總成形式和布置不同可分為三種結構：
圖1
圖2
圖3
圖1 為電動機直驅方案結構相對比較簡單，為滿足車輛動力性能電動機需要較大的扭矩，此結構主要應用在對動力性要求不高的輕型車輛；圖2 為電機+變速器方案，通過變速箱不同檔位的調節可以滿足車輛在不同工況下的動力性要求，此結構主要應用在中、重車型；圖3 為輪轂電機方案，傳動鏈效率高，但非簧載質量大，對車輛平順性影響較大同時該方案結構復雜導致成本比較高。考慮到將要開發車型的市場定位以及開發成本，本項目采用電動機直驅方案。
純電動輕型載貨車主要由車身系統、底盤系統、動力系統及電氣附件等構成，其動力系統主要由動力電池及管理系統、驅動電機及控制系統等組成，電氣附件主要包括電動空調壓縮機、PTC 加熱器、電動轉向油泵等。純電動輕型載貨車主要總成部件如圖下所示。
展開 HBK電動動力總成測試解決方案
動力總成系統分析
- 復雜的混合動力和電動汽車動力系統分析解決方案
電動動力系統可用于各種類別的車輛：從小型到大型乘用車；從輕型貨車到鉸接式16輪卡車；從叉車到越野以及工程車輛等。
即使在同一類別的車輛中，電動動力總成系統也常常以不同的方式實現。例如，在乘用車中，被測動力系統可能是從帶有兩個驅動輪的單e軸到帶有四個驅動輪的雙e軸，再到兩個（或更多）的輪轂電機。因此，靜態試驗臺上的動力系統分析可能涉及一個和四個電機、一個和四個逆變器以及兩個和四個測功機。現代電動動力總成系統需要一種既靈活又可擴展的傳動系統測試和測量解決方案。
一個電池，兩個逆變器，兩個電機：特斯拉 model 3 說明了電動汽車的復雜性和測試臺工程師面臨的挑戰。
- 電動動力總成驗證的新挑戰
在電動動力總成系統測試期間，需要檢查一系列問題，主要目的是優化性能，同時最大限度地降低功耗：
動力總成系統是否符合該車輛規劃和要求的特性？
動力系統的實際性能是否與模擬的預測相符？
不同供應商的子系統是否如預期的那樣有效地結合在一起？
展開 電動汽車動力總成噪聲分析與優化
動力總成是純電動汽車的動力來源,其振動與噪聲性能是影響汽車舒適性的關鍵因素。純電動汽車動力總成由電機及減速器組成。永磁同步電機因體積小、功率密度高等優點而廣泛應用于電動汽車。永磁同步電機電磁噪聲和減速器嘯叫噪聲是純電動汽車NVH(noise vibration and harshness)開發中的常見問題,優化上述2種噪聲是提高純電動汽車動力總成NVH性能的重要手段。
目前,國內外對減速器齒輪嘯叫噪聲和永磁同步電機電磁噪聲都有較多的研究。減速器嘯叫是由內部齒輪在嚙合傳動中所受的不平穩的激振力和嚙合過程的傳動誤差引起的一種中高頻噪聲,其優化多是通過對齒輪進行微觀修形,改善齒輪嚙合狀況。
永磁同步電機電磁噪聲的根源是電機內部氣隙中各諧波磁場產生的交變電磁力。電磁力有切向分量和徑向分量。徑向電磁力在引起電磁振動及噪聲方面起主要作用,它使定子鐵芯產生徑向振動,徑向振動產生的噪聲是電機電磁噪聲的主要成分。
永磁同步電機電磁噪聲的優化主要有2種途徑:① 改變電機機械結構;② 減少電樞電流的諧波含量。
本文以一臺某型號純電動汽車動力總成為研究對象,首先分析了動力總成減速器的階次噪聲;然后解析分析了動力總成驅動電機的徑向電磁力特性，并利用Maxwell軟件進行仿真,識別出電機可能產生的噪聲階次;最后提出了采用聲學包包裹降低動力總成噪聲的優化措施,并進行了試驗驗證。
1 動力總成噪聲來源分析
本文研究的動力總成如圖1所示。
展開 奧迪e-tron純電動汽車的動力總成(下)
圖18 電機轉子位置傳感器安裝位置
六、檢查與維護
1.端面密封檢查
更換總成時要小心(總成在交貨時是干態的)，如果在到達30 000km這個保養周期前，泄漏儲液罐滿了或者溢出了，那會對電機內部造成損壞(與絕緣檢測器或者紅色的冷卻系統警告燈一起)。對于冷卻系統，務必注意排氣步驟。
2.牽引車輛注意
如果紅色的冷卻系統警報燈沒亮起，可以不超過50km/h的車速來牽引車輛，最大牽引距離不超過50km；在未加注冷卻液的情況下，只允許以不超過7km/h的車速來移動車輛，最大引動距離不得超過700m。
3.電機搭鐵環的檢查
如圖19所示，電機搭鐵環是轉子軸和殼體之間的接觸件，搭鐵環的電阻比軸承電阻小，轉子軸上產生的電壓由流經搭鐵環的電流來消除，如果沒有搭鐵環，這個電流就會流經軸承，長久這樣會損壞軸承。搭鐵環是壓入到電機殼體內的，薄片可自動進行調整，以便補償磨損。搭鐵環的左、右側都有織物片，用于防止臟污進入或碎屑排出。
圖19 電機搭鐵環的結構和位置
(全文完)
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基于SaberRD的純電動汽車動力總成的設計與仿真研究
目前大多數電動汽車只有一個檔位，在整個速度范圍內沒有檔位之間的轉換。
傳動系統
車身
傳動軸連接到一個簡化的汽車動力學模型，該模型考慮斜坡上的重力，以及滾動阻力和空氣阻力。
車身動力學模型
電動汽車動力傳動系統設計
一級變速齒輪和二級變速齒輪速比設計，最佳換檔時機(換擋車速)設計，將利用利用WCA工具利用數值優化算法自動搜索最優解。三個參數：齒輪1的速比、齒輪2的速比、換擋車速將在一個設定范圍內變化，前提目標是：最大行駛距離并要求車輛達到理想的速度。
WCA極限工況數值優化算法工具
最終優化得到動力系統變速換擋規律及數據為：
ratio1=3.8011
Ratio2=1.7234
換擋時機=69.63Km/h
建立Experiment，對整個動力系統模型進行仿真分析
單級變速器行駛距離仿真結果=268.87Km
雙級變速器行駛距離仿真結果=279.48Km
車輛行駛距離增長率=(279.48 ? 268.87) 268.87 × 100 =3.94 %
結論：
采用雙級齒輪傳動系統的電動汽車動力系統可使車輛行駛距離提高了約4%。使用SaberRD對優化后的參數值進行仿真，測量結果驗證了增加范圍的要求。WCA最壞情況分析工具可幫助優化設計參數，實現最大限度地提高車輛NEDC行駛里程。
反過來，在相同的行駛里程中，雙級齒輪傳動系統的使用可以節省4%行駛里程所消耗的電能，1輛400公里續駛里程的車輛，就可節省16公里所消耗的電能。一輛車按20萬公里的行駛里程計算，跑完其一生，可為其節省8000公里路程所消耗的電能，那如果是10萬輛汽車呢？
展開 奧迪e-tron純電動汽車的動力總成解析(上)
圖8 頻率越高轉速就越高
圖9 PWM信號的接通時間越長扭矩就越大
二、驅動電動汽車的行駛動力學特性
1.起步特性
奧迪e-tron車上有兩種不同的起步特性：在“正常”行駛模式時，整個驅動控制力爭獲得一個均衡的行駛方式。如果在行駛擋S時同時踏下加速踏板和制動踏板，那么功率表就會開始閃爍，這與ESC(電子穩定控制系統)此時是接通還是關閉無關。隨后動力系統就會“處于預備狀態”，以便讓電機能更快地克服起步力矩。自動變速器的那種蠕動特性，在奧迪e-tron 上是沒有的。
2.坡路的起步
如果把奧迪e-tron 車上的起步輔助系統關閉了，其行駛特性如下：如果車輛停在坡路上且掛入了某個行駛擋，那么在松開制動器后，車輛會溜車。如果溜車方向與所掛的行駛擋方向相反，那么ESC控制單元會把溜車車速限制為1km/h。如果溜車方向與所掛的行駛擋方向相同，就不會有制動過程了。在接通了起步輔助系統的情況下，ESC會讓車輛保持不動。
3.倒車
如果掛入R擋，那么功率電子裝置會轉動電場，也就是轉動磁場，于是電機就反轉。最高車速通過限制驅動力矩而得到限制。車速信號是基于ESC(ABS控制單元J104)的。
4.電機用作驅動電機
如果電機是作為驅動電機來使用，那么發動機控制單元J623會把驅動請求發送至前橋和后橋的功率電子裝置上。功率電子裝置會把所需要的電壓以交流電壓的形式提供給電機使用。后部交流驅動裝置VX90效率更高，在能量回收以及在驅動車輛時，是起主要作用的。
5.電機用作發電機
要想在車輛行駛中讓電機產生充電電流，那么在減速超速和制動過程中，是把電機當做發電機來使用的。在減速超速工況時，功率電子裝置會讓轉子轉速快于定子磁場(負轉差率)。
展開 基于整車工況的電動汽車動力總成系統效率優化設計方法
在基于NEDC 工況平均效率基本不變的情況下，電機成本下降約20%左右，為以后實際工作中的動力總成成本的優化設計提供了設計方法。
圖8 方案三電機效率MAP 圖分布
針對整車工況和參數要求，根據汽車理論知識，利用MATLAB程序，編制了一個流程化的小軟件（圖9），能夠快速計算整車工況的能耗分布和平均效率，指導我們進行動力總成的優化設計。
圖9 軟件運行界面
結論
本文基于整車參數要求和整車工況要求，結合汽車理論知識，提出了一種電動汽車動力總成匹配整車NEDC 工況效率最優的正向設計方法。通過匹配設計使得NEDC 工況下動力總成的平均效率提高了3%，通過對減速器速比的合理優化增大，使得動力總成的成本下降20%，且無需提高減速器、電機及電控等零部件的最高效率。
最后，基于這種方法編制設計軟件，該軟件可以針對不同整車及工況，快速獲得動力系統效率最優的組件參數。
展開 純電動汽車動力總成懸置支架主動端拓撲優化分析
純電動汽車動力總成懸置支架主動端拓撲優化.pptx
對某純電動汽車動力總成懸置主動端進行拓撲優化，找出材料最優分布空間，為輕量化提供參考。
通過不同的優化控制條件進行不同程度的拓撲計算。
目標函數：最小應變能指數
約束條件：最小頻率500Hz、最大體積分數0.3
優化控制條件：最小尺寸（20mm，15mm，25mm）、最大尺寸（40mm，30mm，50mm）、最大應力（150Mpa）
拔模約束：Draw
捕獲.jpg
通過四個優化方案對比得出：方案四相對于方案一、方案二和方案三，質量減少，且應力明顯下降，較為推薦。 當前優化結果主要針對載荷傳遞路徑，實際結構應參考工程經驗及制造方案進行細節優化與設計。對于實際設計，可參考此種結構的拓撲構型，底部貫穿孔適當擴大，上部做出適當填補調整。
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