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新能源汽車電驅總成NVH及優化

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發布:liuxianglong 來源: 旺材電機與電控
PostTime:17-5-2020 08:27
以某雙模車為研究對象,其后驅為電驅動總成。在純電模式下,整車全油門加速和松油門滑行過程中,電驅總成噪聲較大,且噪聲尖銳刺耳

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1 電驅總成噪聲問題

以某雙模車為研究對象,其后驅為電驅動總成。在純電模式下,整車全油門加速和松油門滑行過程中,電驅總成噪聲較大,且噪聲尖銳刺耳,主觀評價為不可接受,需要改進。初步分析電驅總成噪聲為電機電磁噪聲、減速器齒輪嘯叫和電控開關高頻噪聲。

通過測試電機圓柱殼體中間、減速器軸承端和電控上蓋處的振動加速度、近場噪聲,以及車內駕駛員和后排人耳處噪聲,發現電機24 階和48 階振動及電磁噪聲較大,超出工程目標,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;電控的IGBT 開關高頻噪聲通過電控上蓋板輻射明顯。

針對以上噪聲問題,分工況分階次,從電驅總成激勵源(自身結構)、控制策略、結構傳遞路徑和聲學包裹等方案著手,實測各方案效果,同時考慮時間周期和成本因素,明確最終解決方案。

2 噪聲解決方案

2.1 結構殼體加強

對電驅總成的殼體加強包括:對電機端蓋、圓柱殼體、減速器殼體加筋,在電機和減速器軸承座處以及懸置安裝點加強剛度等。通過這些措施,可減弱電驅總成的表面振動及輻射噪聲。本案例中通過CAE 優化,對減速器殼體加筋,如圖1 綠色部分所示,提高其模態和軸承、懸置安裝點處動剛度。在純電全油門加速工況下,加強前后的車內噪聲頻譜,如圖2 所示。

圖1 某新能源車減速器殼體加強方案

圖2 某新能源車減速器殼體加強前后車內噪聲頻譜

從圖2 可見:優化后,車內噪聲在 700~1 400 Hz 頻段內整體改善非常明顯,主要改善的階次為24 階、27 階,對應的轉速段在 2 000~3 000 r/min;48 階噪聲在1 000~2 000 r/min 轉速段有明顯改善;81 階噪聲在3 500~4 500 r/min 轉速段有明顯改善。

2.2 電機斜極設計

定子斜槽或轉子斜極使徑向力沿電機長度方向出現相位移,降低平均徑向力,減小電機振動和噪聲。對轉子進行4 段式斜極優化設計后,純電加速工況下,車內48 階噪聲和電驅總成48 階振動都有明顯的改善,如圖3 和圖4 所示。

圖3 某新能源車電機斜極優化前后車內48 階噪聲對比

圖4 某新能源車電機轉子斜極優化前后電驅48 階振動對比

2.3 齒輪改進

圖5 某新能源車帶擋滑行車內噪聲頻譜

圖6 某新能源車27 階噪聲改進情況

2.4 控制策略優化

2.4.1 電控載波頻率提升

電機控制器的噪聲,主要來自于里面的IGBT 開關頻率,其頻譜特征在Colormap 圖中以傘狀階次出現,傘狀階次的起始點頻率是電控的載波頻率,這些開關頻率及其諧頻隨著轉速的增加而逐漸遠離載波頻率,從而形成了傘狀階次線。有2 種方法改變這些開關頻率,從而降低其噪聲水平:1)提高開關的基頻,振動速度降低,輻射噪聲減少,但載波頻率不能無限制提高,其有物理特性限制。圖7 示出某電控載波頻率從7 300 Hz提高到8 000 Hz 時的噪聲頻譜圖。從圖7 可以看出,噪聲明顯降低,主觀感受較好。2)也有行業內專家提出用隨機化的PWM開關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。

圖7 某新能源車電控噪聲Colormap 圖

2.4.2 優化起步加載扭矩

純電模式起步階段(電機轉速為100~410 r/min),電驅總成“嗚嗚”聲較明顯,對應頻率段為50~145 Hz,其主要貢獻為電機24 階和48 階噪聲,相對應階次電機本體振動也嚴重超標。通過試驗,電機起步噪聲隨扭矩加載速率的降低而減小,但同時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360 N·m/s降低到194 N·m/s,噪聲改善明顯,如圖8 所示,且對動力性影響可接受。

圖8 某新能源車加載速率車內噪聲頻譜圖

2.5 傳遞路徑優化

圖9 某新能源車前懸置被動端支架動剛度曲線

2.6 聲學包裹方案

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。對電驅總成增加聲學包裹,如圖10 所示,其可阻隔電驅噪聲傳遞到車內。圖11 示出電驅總成加包裹前后的車內噪聲,從圖11b 可以看出,各主要階次噪聲都有降低,其中高頻范圍內最大降幅達到8 dB,總噪聲降低約3 dB。同時,增加聲學包裹需考慮成本、散熱和可靠性等問題。

圖10 某新能源車電驅總成聲學包裹

圖11 某新能源車電驅總成加包裹前后車內噪聲對比

3 結論

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