新能源汽車電驅(qū)總成NVH及優(yōu)化

1、新能源汽車電驅(qū)總成 NVH及優(yōu)化1、電驅(qū)總成噪聲問題以某雙模車為研究對象，其后驅(qū)為電驅(qū)動總成。在純電模式 下，整車全油門加速和松油門滑行過程中，電驅(qū)總成噪聲較大，且 噪聲尖銳刺耳，主觀評價(jià)為不可接受，需要改進(jìn)。初步分析電驅(qū)總 成噪聲為電機(jī)電磁噪聲、減速器齒輪嘯叫和電控開關(guān)高頻噪聲。通過測試電機(jī)圓柱殼體中間、減速器軸承端和電控上蓋處的振 動加速度、近場噪聲，以及車內(nèi)駕駛員和后排人耳處噪聲，發(fā)現(xiàn)電 機(jī)24階和48階振動及電磁噪聲較大，超出工程目標(biāo)，在起步階段 尤為明顯；減速器1級傳動齒輪嚙合階次27階和其倍頻54階聲壓 級超出目標(biāo)；電控的IGBT開關(guān)高頻噪聲通過電控上蓋板輻射明 顯。針對以上噪聲問

2、題，分工況分階次，從電驅(qū)總成激勵(lì)源（自身 結(jié)構(gòu)）、控制策略、結(jié)構(gòu)傳遞路徑和聲學(xué)包裹等方案著手，實(shí)測各 方案效果，同時(shí)考慮時(shí)間周期和成本因素，明確最終解決方案。2、噪聲解決方案結(jié)構(gòu)殼體加強(qiáng)對電驅(qū)總成的殼體加強(qiáng)包括：對電機(jī)端蓋、圓柱殼體、減速器 殼體加筋，在電機(jī)和減速器軸承座處以及懸置安裝點(diǎn)加強(qiáng)剛度等。 通過這些措施，可減弱電驅(qū)總成的表面振動及輻射噪聲。本案例中 通過CAE優(yōu)化，對減速器殼體加筋，如圖1綠色部分所示，提高其 模態(tài)和軸承、懸置安裝點(diǎn)處動剛度。在純電全油門加速工況下，加 強(qiáng)前后的車內(nèi)噪聲頻譜，如圖2所示。圖1某新能源車減速器殼體加強(qiáng)方案5 5(WI4 (XX)2 4XN)Hi)5 50

3、05對中4f)4 (mki3 OHJ第3 A3仙6 fKJO頻# *b加強(qiáng)后如H三三w二三七ciH:潮二1但明l, II，可工 IMH圖2某新能源車減速器殼體加強(qiáng)前后車內(nèi)噪聲頻譜從圖2可見：優(yōu)化后，車內(nèi)噪聲在 7001400Hz頻段內(nèi)整體改善非常明顯，主要改善的階次為 24階、27階，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速段在200cH 3000r/min; 48階噪聲在100cH2000r/min轉(zhuǎn)速段有明顯改善；81階噪聲在350cH4500r/min轉(zhuǎn)速段有明顯改善。電機(jī)斜極設(shè)計(jì)定子斜梢或轉(zhuǎn)子斜極使徑向力沿電機(jī)長度方向出現(xiàn)相位移，降低平均徑向力，減小電機(jī)振動和噪聲。對轉(zhuǎn)子進(jìn)行4段式斜極優(yōu)化設(shè)計(jì)后，純電加速工況下，車

4、內(nèi) 48階噪聲和電驅(qū)總成48階振動都有明顯的改善，如圖3和圖4所示圖3某新能源車電機(jī)斜極優(yōu)化前后車內(nèi)48階噪嚴(yán)對比.珈串ME1 (KK1 L 2 011(1 23 5no圖4某新能源車電機(jī)轉(zhuǎn)子斜極優(yōu)化前后電驅(qū) 48階振動對比齒輪改進(jìn)純電模式下，整車以6020km/h的速度帶擋滑行，電驅(qū)27階 嘯叫明顯，如圖5所示，識別為減速器1級傳動齒輪嚙合階次。通 過對此齒輪進(jìn)行修形，使其接觸斑更合理，同時(shí)為齒輪輪輻增加減 重孔。優(yōu)化后，27階嘯叫改善整體均超過10dB; 54階噪聲在 3000r/min以上轉(zhuǎn)速段改善明顯（約 46dB）,如圖5所示。齒輪修形要兼顧不同工況和階次優(yōu)化，盡量改善多數(shù)工況嘯叫，

5、且不能使某一工況或階次大幅惡化On I non2 a。 3 KI 4 no( 5 m圖5某新能源車帶擋滑行車內(nèi)噪聲頻譜圖6某新能源車27階噪聲改進(jìn)情況控制策略優(yōu)化電控載波頻率提升電機(jī)控制器的噪聲，主要來自于里面的IGBT開關(guān)頻率，其頻 譜特征在Colormap圖中以傘狀階次出現(xiàn)，傘狀階次的起始點(diǎn)頻率是 電控的載波頻率，這些開關(guān)頻率及其諧頻隨著轉(zhuǎn)速的增加而逐漸遠(yuǎn) 離載波頻率，從而形成了傘狀階次線。有 2種方法改變這些開關(guān)頻 率，從而降低其噪聲水平：1）提高開關(guān)的基頻，振動速度降低，輻 射噪聲減少，但載波頻率不能無限制提高，具有物理特性限制。圖 7示出某電控載波頻率從7300Hz提高到8000Hz

6、時(shí)的噪聲頻譜圖。 從圖7可以看出，噪聲明顯降低，主觀感受較好。 2）也有行業(yè)內(nèi)專 家提出用隨機(jī)化的PWM開關(guān)策略來替代離散的方式，使離散的階 次噪聲變成寬帶噪聲，降低幅值和純聲成分。IIJNI?配【1 H：la占:：.i /I ka優(yōu)化前CCT.N ()M) IL 就波-2O.flO2( NN 也b優(yōu)化后圖7某新能源車電控噪聲 Colormap圖優(yōu)化起步加載扭矩純電模式起步階段（電機(jī)轉(zhuǎn)速為 10卜410r/min）,電驅(qū)總成“嗚嗚”聲較明顯，對應(yīng)頻率段為 50145Hz,其主要貢獻(xiàn)為電機(jī)24階和48階噪聲，相對應(yīng)階次電機(jī)本體振動也嚴(yán)重超標(biāo)。通過試驗(yàn)，電機(jī)起步噪聲隨扭矩加載速率的降低而減小，但同

7、時(shí)會降低整 車的動力性。綜合考慮，在起步瞬間將原加載速率由360N - m/s降低到194N , m/s,噪聲改善明顯，如圖8所示，且對動力性影響可 接受。a 360 -nvs圖8某新能源車加載速率車內(nèi)噪聲頻譜圖傳遞路徑優(yōu)化傳遞路徑優(yōu)化主要是從電驅(qū)總成的懸置隔振率、懸置支架動剛 度、副車架模態(tài)等方面進(jìn)行提升，降低通過結(jié)構(gòu)傳遞到車內(nèi)的振動 噪聲。本案例中通過CAE分析，識別出前懸置被動端動剛度較低、 隔振率差，如圖9所示，主要是由于懸置支架及副車架前橫梁模態(tài)較低導(dǎo)致，通過對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，提升剛度及模態(tài)，最終使中低 頻噪聲傳遞有所改善。163 -100 加（I前l(fā)i押.Y向前懸:置向一前 E T

8、 /一左懸置V向一恬妹濘Y向2 向一 1；打置工J08 Y 向hL 7, Zii2言空M打1 h圖9某新能源車前懸置被動端支架動剛度曲線聲學(xué)包裹方案從前面分析可知，整車純電模式下加速過程中主要存在 24階、 27階、48階和54階噪聲。對電驅(qū)總成增加聲學(xué)包裹，如圖10所示，其可阻隔電驅(qū)噪聲傳遞到車內(nèi)。圖 11示出電驅(qū)總成加包裹前后 的車內(nèi)噪聲，從圖11b可以看出，各主要階次噪聲都有降低，其中 高頻范圍內(nèi)最大降幅達(dá)到8dB,總噪聲降低約3dB。同時(shí)，增加聲 學(xué)包裹需考慮成本、散熱和可靠性等問題。圖10某新能源車電驅(qū)總成聲學(xué)包裹5加4 600 4 200 4 0003 400 / U N 2葉卜。2 4001 171.74 52.1E算率，H*a加包史莉I 2(3.21；,1匹b加包后金百3宴堂4 430.79圖11某新能源車電驅(qū)總成加包裹前后車內(nèi)噪聲對比3、結(jié)論電驅(qū)總成在整車起步、加速、減速等各工況運(yùn)行中，表現(xiàn)出不同的噪聲問題?；谠囼?yàn)和 CAE分析，識別出具體原因，并加以針對性解決。通過采取總成殼體結(jié)構(gòu)加強(qiáng)、電機(jī)轉(zhuǎn)子斜極設(shè)計(jì)、減速器齒輪修形、控制策略調(diào)試、傳遞路徑優(yōu)化和加聲學(xué)包裹等措施，最終實(shí)現(xiàn)電驅(qū)總成降噪：2