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如何解決電動車加減速中的NVH問題？

2020-11-25 18:15:45·  來源：里卡多上海  
　
如何解決電動車加減速中的NVH問題？電動汽車使用電機(jī)來驅(qū)動汽車行駛，電驅(qū)系統(tǒng)面臨的最大問題就是來自齒輪和電機(jī)的嘯叫。嘯叫往往發(fā)生在電驅(qū)系統(tǒng)加速減速過程中
如何解決電動車加減速中的NVH問題？
電動汽車使用電機(jī)來驅(qū)動汽車行駛，電驅(qū)系統(tǒng)面臨的最大問題就是來自齒輪和電機(jī)的嘯叫。嘯叫往往發(fā)生在電驅(qū)系統(tǒng)加速減速過程中，在NVH分析中，難點(diǎn)是同時考慮齒輪和電機(jī)的激勵，在速度瞬態(tài)變化過程中，對系統(tǒng)的激勵。使用里卡多電驅(qū)變速器軟件，可以同時考慮齒輪及電機(jī)激勵，對動力總成進(jìn)行時域瞬態(tài)分析。
 
圖1 動力總成嘯叫分析流程
以下案例演示了對某電動車的動力總成系統(tǒng)進(jìn)行的NVH分析
 
圖2 某電動車技術(shù)參數(shù)
 
圖3 動力總成分解圖
1. 創(chuàng)建減速器模型
 
圖4 SABR減速器模型
使用SABR，創(chuàng)建減速器準(zhǔn)靜態(tài)分析模型，模型包括參數(shù)化的軸系，齒輪及軸承等。
創(chuàng)建分析工況，并計算。
載荷譜各工況的扭矩為額定扭矩的10%、20%至100%。
2. 計算齒輪傳遞誤差
在SABR/GEAR中設(shè)置齒輪詳細(xì)參數(shù)，如變位系數(shù)、修形量等，進(jìn)行輪齒接觸分析（TCA），計算齒輪靜態(tài)傳遞誤差（TE）。
里卡多工具同時提供直接在VALDYN中設(shè)置齒輪微觀參數(shù)，在時域動力學(xué)計算中進(jìn)行TCA分析，計算動態(tài)傳遞誤差的方法。推薦使用SABR/GEAR計算靜態(tài)TE再導(dǎo)入動力學(xué)模型的方法，在保持計算精度的同時，極大地縮短了計算時間。
TE數(shù)據(jù)包含多個扭矩工況下的結(jié)果，在動力學(xué)分析中通過插值方法，可以考慮任意載荷變化下的TE。
 
圖5 輸入齒輪某工況下的靜態(tài)TE
 
圖6 輸入齒輪靜態(tài)TE諧波
3. 創(chuàng)建完整動力總成系統(tǒng)
將SABR準(zhǔn)靜態(tài)分析模型，轉(zhuǎn)換成VALDYN多體動力學(xué)分析模型。轉(zhuǎn)換過程快速，無需人工參與，自動根據(jù)里卡多的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，生成動力學(xué)分析所需的剛度，阻尼等數(shù)據(jù)。
 
圖7 轉(zhuǎn)換后的VALDYN模型
殼體在第三方有限元軟件中創(chuàng)建。前后箱體、電機(jī)定子等各部件可以分開劃分網(wǎng)格，使用FEARCE導(dǎo)入時，可以自動連接各部件之間不匹配的網(wǎng)格。
 
圖8 殼體FE模型
在殼體上設(shè)置軸承孔、電機(jī)定子槽、懸置、加速度計等面組，導(dǎo)入VALDYN時軟件可直接通過對應(yīng)名稱識別面組，創(chuàng)建相應(yīng)的約束連接。
 
圖9 殼體連接面
在VALDYN中創(chuàng)建電機(jī)單元，轉(zhuǎn)子連接到電機(jī)軸，定子連接電機(jī)殼體。計算時扭矩波動施加在電機(jī)軸上，電磁徑向力、切向力施加在電機(jī)定子槽上。
 
圖10 包括電機(jī)的VALDYN模型
電機(jī)激勵數(shù)據(jù)通過第三方軟件計算，VALDYN支持導(dǎo)入Motor-CAD, Maxwell和 JMAG計算的結(jié)果文件。案例中包含6個轉(zhuǎn)速下的電磁激勵數(shù)據(jù)，其他轉(zhuǎn)速下的激勵數(shù)據(jù)，軟件通過插值計算。
 
圖11 電機(jī)扭矩波動數(shù)據(jù)
 
圖12 電機(jī)外特性曲線
在懸置位置，添加支撐剛度。懸置剛度來自臺架試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
 
圖13 完整的動力總成系統(tǒng)
4. 運(yùn)行分析并查看結(jié)果
設(shè)置分析工況：0-2s電機(jī)軸保持1000rpm轉(zhuǎn)速；2-7s線性加速至10000rpm。VALDYN中可設(shè)置速度曲線，按照實(shí)際的速度變化狀態(tài)進(jìn)行分析。
使用時域瞬態(tài)分析，能更好地表示真實(shí)測試或運(yùn)行情況。若使用速度分段的穩(wěn)態(tài)時域分析，或者頻域分析方法，無法反映出在電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩變化過程中系統(tǒng)的真實(shí)響應(yīng)。
 
圖14 電機(jī)加速曲線
提取殼體加速度計位置處的Z向加速度結(jié)果，在R-Post中生成坎貝爾圖。
坎貝爾圖中有一些明顯可見的重要階次:9.3階表示輸出齒輪嚙合；17階表示輸入齒輪嚙合；24階表示電機(jī)扭矩波動。這些階次的高倍頻也明顯可見。
 
圖15 加速度計Z向加速度
可以通過R-Post輕松創(chuàng)建其他有用的后處理圖表，如對選定的轉(zhuǎn)速，頻率和階次進(jìn)行截取。進(jìn)行處理后，能更直觀的查看階次貢獻(xiàn)量及共振轉(zhuǎn)速等。
 
圖16 結(jié)果后處理
將VALDYN殼體表面振動響應(yīng)的結(jié)果導(dǎo)出到FEARCE，可進(jìn)行輻射噪聲分析。使用邊界元法，進(jìn)行聲場仿真，得到聲壓級、聲功率等結(jié)果。
 
圖17 聲場仿真
在后續(xù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，可將仿真預(yù)測數(shù)據(jù)與臺架實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對標(biāo)。
借助于里卡多的電驅(qū)變速器工具，可以完成電動汽車動力總成的NVH性能預(yù)測、問題查找、目標(biāo)優(yōu)化等一系列工作，縮短設(shè)計周期、降低開發(fā)成本。
 
 
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