纯电动汽车电驱动总成NVH分析与实例解析
随着纯电动汽车产业的发展，电驱动总成的集成程度越来越高， 国内零部件厂商的“二合一”“三合一”“六合一”的驱动系统 总成都陆续面世。在给整车客户带来快速方便的动力匹配的同时，电驱动系统一直 存在的问题及产生的原因也越来越复杂，这其中就包括动力总成 的NVH、效率及综合耐久性问题等。纯电动汽车电驱动总成通常由电机和减速器组成，多采用永磁同 步电机加两级减速器的组合形式。电驱动总成存在啸叫的原因复杂，主要包括：电机电磁激励、减 速器系统共振和电驱动总成系统耦合模态共振等。结合某型号电驱动总成在整车试验过程中，客户发现存在结构共 振问题，本文主要通过MASTA软件分析，对动力总成进行仿真 分析，找出动力总成出现结构共振的原因，并加以修正。在整车搭载NVH测试过程中，可通过LMS数据采集前端采集车 内近场噪声数据，将采集到的数据通过LMS Test.Lab数据分析软 件对近场噪声进行噪声阶次分析，找出发生啸叫的对应阶次，再 通过啸叫噪声阶次分析，判断啸叫噪声的激励源。本文针对的某型号电驱动总成整车搭载NVH测试客户反馈的试 验数据如图1所示。经客户反馈，在整车WOT工况下，输入端转速在1 600～2 000 r/min（586.6～ 733.3 Hz）之 间 时，电驱动总成第22阶存在 共振啸叫问题，根据电驱动总成的结构，基本可以确定是驱动总 成中的减速器高速级产生的噪声。
图2 第22阶阶次噪声图
由图2可知，总成第22阶噪声在2 000 r/min左右存在明显突变；由图1可以看出，总成除第22阶外，在696 Hz附近其他阶次噪声 的系统共振响应明显，由此判断，总成在696 Hz附近，存在有系 统结构共振，需要调整系统结构来改善这一情况。根据电驱动总成产品建立MASTA分析模型，如图3所示。电驱动总成齿轮参数见表1。
在软件中输入齿轮副的宏观参数及微观修形后，通过MASTA软件 仿真，得到该电驱动总成高速级齿轮副在整车WOT工况下的传递 误差，如图4所示。在整车WOT工况下，高速级齿轮副传递误差的峰值计算结果是满 足设计要求的，且传递误差的频域幅值也不大，说明驱动总成第 22阶的阶次激励其实并不算大，产生啸叫问题的原因应该是存在 系统共振。
在1000～2000 r/min范围内，第22阶激励与系统固有频率存在多 个潜在共振点。其中，系统耦合模态的第13阶（651.1 Hz）在本次啸叫范围内， 可确定为问题频率。
由图9可知，在651.1 Hz时壳体在输出端前轴承处的动态响应幅值针对以上情况，考虑增加高速级大齿轮腹板厚度，分别取增厚5 mm和10 mm进行仿真对比，主要分析壳体在输出端轴承座处的 动态响应，结果见表2。
结合数据进行分析，可知增加高速级大齿轮腹板厚度之后，系统 的刚度会有明显的改善，在651.1 Hz频率上，壳体在输出端前轴 承处的动态响应有明显的改善。其中，腹板厚度增加5 mm，壳体在输出端前轴承处的动态响应 由1.744 μm下降到0.670 8 mm，在整车试验标准中已经达到标 准要求。考虑到整车对于电驱动总成NVH性能的要求及总成零部件的制造 成本，确定将高速级大齿轮腹板厚度增加5 mm。为验证上述产品优化结果及软件分析结果的正确性，我们将优化 后的总成产品进行装车测试，并将测试结果与优化前的测试结果 进行对比。在整车WOT工况下，主观测试优化后的减速器装车噪声试验效 果明显要优于优化前。通过客户LMS数据采集前端采集车内近场噪声数据，将采集到的 数据通过LMS Test.Lab数据分析软件对近场噪声进行噪声阶次通过验证可知，2000～4000 r/min转速范围内，振动降低明显， 与车内噪声趋势一致，4 000 r/min以上，因试验车辆转速上升 速率不一致，故不做对比。整车起步到2 000 r/min区间内，改善效果并不明显。从客户两次测试的对比数据中并未发现第22阶噪声曲线图在650 Hz左右存在结构共振，但是从车内噪声主观评价上来说，1600 ～ 2 000 r/min转速范围内的啸叫问题确有改善。本文通过我公司某个电驱动总成项目客户反馈存在NVH啸叫问 题，利用MASTA软件对电驱动系统总成进行有限元计算分析， 并找到对应的解决方案。该方案虽然解决了客户提出的阶次噪声超标的问题，但是并没有 很好地解决低频啸叫的问题，试验方法和分析方法仍需要进一步 优化。我们仍然可以得到以下结论，供同领域的研究人员参考：1）电驱动总成因集成度高，使得系统的耦合模态发生改变，使 总成NVH问题变得更加复杂。2）总成某个零部件的调整会影响整个系统的耦合模态。3）可通过提高某些零部件的刚度来降低系统的动态响应，解决 部分因传递路径而引起的NVH啸叫问题。4）调整系统刚度只是从噪声传递路径上减小NVH啸叫问题，传 递误差才是解决NVH问题的关键，降低齿轮副工作过程中的传 递误差才能够减小振动激励源，从根本上解决NVH啸叫问题。著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-11-16
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