整車、電驅動NVH介紹的案例
電驅動橋NVH解決思路
電驅動橋NVH解決思路
解析 | 永磁電機及電驅動的NVH研發過程
Magna的多功能的聲學實驗平臺不僅能夠測試內燃機（VKM）的振動噪聲信號，也可以測試電驅機構的驅動和受載時的振動噪聲信號。測量實體圖如下圖所示
測量的目的是驗證在驅動軸承上的整個驅動裝置（電動機，變速箱和電力電子裝置）的仿真模型的噪聲輻射和振動行為（是否和實體機構符合）。為了獲得盡可能有說服力的結論，在開始測量之前設定以下幾點：
- 剛度優化設計的實驗平臺
- 使用優化的彈性體，將驅動器與測試臺完美分離
- 和實車相近的驅動機構懸架結構
實驗平臺的特性將在模擬中被一一復制。因此，所有的影響都可以被考慮在內，并且在比較中是可信的。在這種前提條件下，完成所有工作模式下的空氣噪聲和結構噪聲的測量。
由于電驅的期望主激勵頻率大部分在大于1kHz的范圍內，所以除了傳統的麥克風位置和振動測量之外，還會使用到聲學攝像機（？）。它旨在提供有關驅動器上聲學熱點的信息，并用于解釋和比較測量和模擬的輻射行為。同時，將會將模擬模型與測得的振動激勵進行比較。
對比模擬和測試的結果，可以看到在所考慮的頻率范圍內幾乎所有諧振（虛線）的一致性都非常好。在過程的各個階段對NVH相關的參數和概念的很好一致性，顯示了這個模擬模型能夠很好的起到作用。最后，在驗證過程尾聲，還將在安裝了該驅動單元的整車上，進行全滾輪工作室內測試評價。
5：總結（ZUSAMMENFASSUNG）
對新的電動車的研發過程中充滿了挑戰，其振動噪聲的優化就是其中之一，因為它很大程度上代表了質量和技術。
通過對比模擬結果和測量結果，整個計算過程和開發工具得到了積極的驗證。利用這些成果，使得開發出完成NVH優化的電驅機構，成為可能
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圖4 電驅動NVH性能開發V形流程圖
在以上流程中，一般根據現有及競品車型的NVH性能指標，確定下一代車型的總體NVH指標，并逐步拆分傳遞到電驅動系統中。而后對競品及現有產品，進行整車與臺架測試，積累并了解實際性能。如有可能，對競品進行測繪與逆向仿真分析，試圖了解更細節的設計理念、性能指標、NVH方面的優缺點等。
而后定義新產品的總體結構設計、電機電磁設計、減速機結構與NVH設計、控制器結構設計等方案與性能，并逐步進行試驗對標與驗證與及時的預判、發現、改良、優化NVH問題。直至滿足整車NVH要求或合理成本下的最佳值。
這期間可能會用到D-FEMA、P-FEMA、A3、8D等方法與工具，從而幫助定位問題，改善產品性能與質量。
遇到NVH問題時，由于結構的復雜性及不同部件間的耦合關系，一般無法簡單直接的定位問題所在。也可嘗試黑白盒測試法，進行篩選和定位。如下圖。
圖5 噪音分析黑白盒方法
電驅動的NVH問題的預判、重現與改善，主要可從噪音源、傳播路徑、接受者等三部分進行。
一般重點對噪音源進行優化。其主要受到電機定子電磁脈動諧波以及齒輪嚙合傳遞誤差振動等，傳遞給對殼體產生輻射噪音。其問題來源如下圖所示。
圖6 振動激勵與噪音關系
傳播路徑優化，一般從車架和懸置的剛度與阻尼的動力特性設計及匹配方面實現。由于電驅動系統高頻振動分量，高于常規燃油車，其對懸置1000Hz及以上的動態特性的仿真與實驗需求更高，且大部分同類實驗設備，無法準確測量如此高頻的性能，可能會對進一步NVH性能優化，產生門檻。
如無法明顯改善懸置與車架，也可通過對電驅動表面，包裹聲學包進行優化。但帶來較高的空間、重量與成本等代價，且有時降噪效果有限。
對接受者端的NVH優化，一般為整車聲學設計以及主動消音等。
展開 電驅動總成NVH問題及仿真方法
電驅動總成NVH問題及仿真方法
電驅動總成NVH開發重點
、早識別電驅動總成NVH問題；
- 良好的車內電驅動總成NVH水平，需要包含本體、結構、空氣傳遞路徑的綜合NVH控制技術；
- 主動聲學設計技術是電驅動總成NVH控制的可能性選擇。
電驅動總成NVH問題及仿真方法
電驅動總成NVH問題及仿真方法
電驅動NVH特點以及研究現狀
尤其對于電動汽車而主，其電機扭矩大（1000 rpm 即可輸出高達250-350Nm），響應快，對整車的瞬態沖擊更大，在TIP IN/OUT 工況下很容易造成整車前后抖動。
電動車懸置系統的輸入激勵、隔振頻率區等邊界條件和NVH 指標要求與傳動車有明顯變化，不當的懸置設計方案會加劇振動傳遞。
因此本研究就針對電驅動現有的問題進行了進一步的設計與改進，進而得到性能優異的電驅動裝置。
正文
從動力總成角度概括說明：動力總成從傳統內燃機更換為電驅動系統，總噪聲值變小；電機表面出高頻尖叫聲；減速器齒輪嘯叫明顯；動總懸置高頻隔振能力差。電驅總成NVH 解決方案與應對措施 通常如下:
1）建立完善電驅系統NVH 開發流程，是產品性能管控和質量保障的關鍵。
2）掌握基于“電磁場- 結構場- 聲場”多物理耦合的驅動電機振動噪聲模擬分析方法，NVH 參與產品設計，從結構設計上提出改進方案。
3）建立“零部件級- 總成級- 整車級”電機NVH 校驗流程，掌電機每一層級NVH特性。尤其是定轉子由多層硅鋼片組成，物理性能表現為各向導性，需通過試驗模態來校核彈性模量結構參數。
4）識別NVH 問題工況與激勵成分，依據CAE 分析模型對問題原因進行快速診斷，制定改善方案并驗證效果，達成電機NVH 正向開發與閉環。
而本文主要通過以下幾個方面來重點討論電驅總成NVH 的其他解決方案：
1.
展開 電驅動系統NVH系列：電機徑向力相位對振動噪聲的影響
但由于開槽及飽和效應，斜極后不同段上電磁力相位差并不滿足上述關系，進而導致型斜極及ZigZag斜極并不能有效改善高速區NVH問題。由此說明應該高速區振動噪聲峰值一方面取決于徑向電磁力幅值，另一方面不同段上電磁力的相位將對徑向振動的幅值產生顯著影響。
在電驅動系統早期開發或者NVH優化時，為控制高速區徑向振動問題，通常對徑向電磁力幅值進行控制或優化。但如果忽略了不同段之間徑向力相位的影響，有可能導致優化目標不準確,甚至預期降噪效果與實際降噪效果產生嚴重偏離。
本文借助仿真結果,首先對比理想狀態下即徑向力相位差與斜極角度滿足1式條件下，不同斜極形式對振動噪聲的影響；其次對比實際狀態下不同斜極形式對振動噪聲的影響；最后，提取某電磁方案在迭代優化過程中不同段上徑向電磁力幅值及相位的變化，借此探討如何在優化過程中考慮相位對振動響應的影響，進而得到更加準確合理的優化目標。
1.零階結構模態
本文計算中結構前三階圓柱模態如下圖1.1所示，更高階零階模態超出了本文分析頻段范圍，在此不再展示。前三階零階模態頻率如表1.1所示。
展開 細高齒設計在電驅動橋NVH 優化中的應用
3）對比電驅動橋產品A 兩級齒輪和電驅動橋產品B 的NVH 表現，可見細高齒設計可以有效提高電驅動橋的NVH性能。同時也證明了小螺旋角設計可以獲得好的NVH 表現。
電驅動總成常見NVH問題及仿真方法
來
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40頁丨電驅動橋NVH仿真分析-AVL仿真
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細高齒設計在電驅動橋NVH 優化中的應用
圖11 齒輪強度校核數據
綜上所述，通過兩個方案對比和一系列設計分析優化工作，從理論上提高了一級齒輪的NVH 性能，且保證了齒輪本身的強度和避免了對總成其他零部件造成的不良影響，達到了電驅動橋齒輪設計要求。
4 試驗驗證
采用以上設計方法，搭載了一級細高齒、二級標準齒輪的電驅動橋產品A，順利通過了齒輪疲勞試驗和總成靜扭試驗，驗證了齒輪和電驅動橋總成強度設計的合理性，并安裝到整車進行路試，測試其NVH 性能。如圖12 所示，最上方的紅線為整車噪聲，中間的綠線為二級齒輪階次噪聲，最下方的藍線為一級齒輪階次噪聲，可見二級標準齒輪表現較差，最高階次噪聲59dB，存在突出峰值，峰值距離整車噪聲較近，約11dB，對整車噪聲具有一定的貢獻度；而一級細高齒表現優秀，最高階次噪聲44dB，且曲線非常平穩不存在明顯峰值，基本上全程距離整車噪聲20dB 以上，對整車噪聲貢獻度很低。
圖12 電驅動橋產品A 實車噪聲測試曲線
根據以上試驗結果，可見細高齒的NVH 表現要明顯優于標準齒輪，體現了高重合度齒輪的優勢。
展開 【NVH專欄】三合一電驅動系統振動噪聲分析研究
驅動電機作為電動汽車的關鍵部件之一,其性能決定了電動汽車的主要性能指標[1]。振動噪聲特性是一個非常重要的電機評價標準,不正常的振動會加劇電機內部的摩擦,增加損耗,進而影響電機的使用壽命,還會影響乘客的乘坐舒適性[2]。
目前,為了達到成本控制、輕量化設計等要求,電機、控制器、減速器等一體化發展成為必然趨勢。三合一電驅系統具備以下優勢：結構緊湊,利于布置;質量輕,行駛能耗低;三相直連,可靠又經濟;重心下降,利于整車操控;高速傳動,帶來較高的扭矩容量和總成效率的提升[3]。相比于傳統驅動電機,三合一電驅動系統帶來了其他的振動噪聲問題,主要是電磁噪聲和機械噪聲。電磁噪聲主要由徑向電磁力產生,目前已對電磁噪聲的產生機理進行了深入研究。文獻[4]指出電磁振動是定子與轉子間徑向力、切向力的脈動引起的；文獻[5]研究了轉子不同斜極方式對電機電磁力的影響,發現轉子斜極可以有效降低徑向力波,機械噪聲主要由減速器齒輪嚙合和控制器結構振動所產生。
本文對某新型三合一電驅動系統進行振動噪聲測試,發現控制器蓋板發生共振,輻射出強烈的噪聲;提出從“源”與“接受者”(電機激勵與控制器蓋板)進行優化,通過對轉子開槽減小徑向電磁力波,通過對蓋板進行加筋與加厚處理,增加蓋板的剛度。試驗結果表明,優化后的驅動系統噪聲水平顯著降低。
1 驅動系統振動噪聲產生機理
1.1 驅動電機徑向電磁力分析
電機中,主磁通沿徑向進入氣隙,并在轉子和定子上產生徑向力,從而引起電磁振動和噪聲。作用于定子鐵芯內表面單位面積上的徑向電磁力[6]可以表示為:
(1)
其中:b(θ,t)為氣隙磁密;μ0=4π×10-7H/m;θ為空間角度;t為時間。
展開 純電動汽車電驅動總成NVH分析與優化研究
電驅動總成嘯叫原因分析
純電動汽車電驅動總成通常由電機和減速器組成，多采用永磁同步電機加兩級減速器的組合形式。電驅動總成存在嘯叫的原因復雜，主要包括：電機電磁激勵、減速器系統共振和電驅動總成系統耦合模態共振等。結合某型號電驅動總成在整車試驗過程中，客戶發現存在結構共振問題，本文主要通過MASTA軟件分析，對動力總成進行仿真分析，找出動力總成出現結構共振的原因，并加以修正。
在整車搭載NVH測試過程中，可通過LMS數據采集前端采集車內近場噪聲數據，將采集到的數據通過LMS Test.Lab數據分析軟件對近場噪聲進行噪聲階次分析，找出發生嘯叫的對應階次，再通過嘯叫噪聲階次分析，判斷嘯叫噪聲的激勵源。
圖1 某型號驅動總成車內噪聲瀑布圖
圖2 第22階階次噪聲圖
本文針對的某型號電驅動總成整車搭載NVH測試客戶反饋的試驗數據如圖1所示。經客戶反饋，在整車WOT工況下，輸入端轉速在1 600～2 000 r/min（586.6～ 733.3 Hz）之 間 時，電驅動總成第22階存在共振嘯叫問題，根據電驅動總成的結構，基本可以確定是驅動總成中的減速器高速級產生的噪聲。
由圖2可知，總成第22階噪聲在2 000 r/min左右存在明顯突變；由圖1可以看出，總成除第22階外，在696 Hz附近其他階次噪聲的系統共振響應明顯，由此判斷，總成在696 Hz附近，存在有系統結構共振，需要調整系統結構來改善這一情況。
展開 干貨|細高齒設計在優化電驅動橋NVH的應用
產品A安裝到整車進行路試，NVH測試數據如下：
結論：
1.二級標準齒輪NVH最高階次噪聲59dB，存在突出峰值，峰值比整車噪聲僅低11dB，對 整車噪聲具有一定的貢獻度。
2.一級細高齒NVH最高階次噪聲44dB，且曲線非常平穩不存在明顯峰值，基本上全程低于 整車噪聲20dB以上，對整車噪聲貢獻度很低。
3.根據試驗結果，可見重合度較低的標準齒（非大螺旋角）NVH表現正常，而細高齒的 NVH表現優秀，體現了高重合度齒輪的優勢。
一、二級均為細高齒電驅橋NVH測試及結論
產品B兩級齒輪均采用了細高齒設計，保證了齒輪高重合度，并減小螺旋角， 減少齒輪軸向力。該產品搭載在兩款不同的車型上，均進行了NVH試驗驗證。
如下頁圖示，裝在車型I和II上進行測試，測試結果：
結論：
1.根據測試結果，電驅動橋產品B在兩種不同的車型上，各種工況下，兩級齒輪的階次噪 聲值都很低，且曲線平穩無明顯峰值，基本上全程低于整車噪聲20dB以上，對整車噪 聲貢獻度很低，NVH表現優秀。
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