某电驱总成电机啸叫问题机理研究及优化

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随着生活水平的日益提升,消费者对汽车由功能追求提升为性能追求,动力总成NVH性能是整车舒适性能的重要组成部分[1-3]｡电驱总成作为纯电汽车噪声来源的核心系统部件[4],其NVH性能的达成是整车NVH保障的重中之重｡本文针对某电动车上加减速工况约50km/h车速时明显啸叫噪声,通过主观排查和客观数据识别确认问题,锁定抱怨特征为电机48阶3600r/mn峰值｡通过仿真分析阐述味叫产生机理,对控制因素包括电磁激励优化､谐波注入控制和系统模态优化进行讨论分析,通过将转子V斜极更改为W斜极,有效改善了啸叫噪声｡

啸叫行驶工况

某纯电动车型在进行整车NVH性能评价中,在加减速特别是大转矩工况下,能够在50km/h车上左右听到明显高频啸叫噪声｡由于电动汽车背景噪声低且无发动机噪声掩盖,该噪吉令驾乘人员产片明显不适感，也使得整车主观驾乘品质下降

(1)主观评价

该啸叫问题的复现与整车车速有强关联性,评价工况如下:

1)全油门加速(WOT),0-120km/h:啸叫在50km/h车速附近｡

2)中油门加速(POT),0-120km/h:啸叫在50km/h车速附近｡

3)小油门加速(LOT),0-120km/h:啸叫在50km/l车速附近｡

4)滑行(COAST)120-0km/h:啸叫在50km/h车速附近通过主观评价初步判断该高频啸叫来自于电驱总成｡

(2)客观测试

为了进一步确认啸叫源位置,在电机与减速器两侧壳体布置三向加速度传感器,在车内布置传声器,并采用专门振动噪声测试设备进行振动噪声数据采集分析,同时通过CAN总线采集电机输出转速､转矩信号等信息｡测点布置如图1和图2所示｡

在问题工况进行测试得啸叫噪声特征为如图3所示。结论分析如下：

1)所测电机输出转速与啸叫频率有明显阶次对应关系,且为48阶,因此判断为电机啸叫导致的抱怨问题｡

2)该啸叫在电机和减速器两侧壳体都有明显振动特征,待进一步确认问题产生激励｡

对该电驱总成进行NVH仿真分析,识别在3000Hz左右存在转子二阶扭转模态,并带动输入轴一同扭转,如图4所示｡根据控制因素可从两方面进行48阶3600r/min啸叫因素分析:D电磁激励优化:2谐波注入控制,3模态优化控制｡

电磁激励优化分析

 降低电磁特定阶次激励,会相应改善该阶次啸叫表现[5]使用MAXWELL磁场仿真分析得到WOT工况下48阶径向电磁力最大值4167Pa,转矩谐波22N·m,都满足设计要求｡综合判断48阶电磁激励并非导致该问题主因。

使用谐波注入减少特定电磁激励,会相应改善该阶次啸表现[6]其策略是在电机调速系统中､为抑制电流中的稀薄分在PMW三相调制参考电压波形中加入相应的谐波分量来抵消电机电流中的谐波｡但是谐波注入因硬件原因,最高只能改善2500Hz及以下频段问题,对当前2900Hz问题暂无法实现｡

系统模态优化分析

系统模态优化一般从两方面着手:一是模态频率避开,是模态振型避开[7]｡可以分别从以下两个方面进行优化:

1)将电机轴加粗或挖空｡

2)改变转子斜极

空心轴和加粗轴方案验证

 电机轴初始直径为48mm,铲绊熬澳膊澳啊心轴方案共计一个,如图6所示｡加粗轴方案共计三个:60mm､62mm和64mm｡

对不同方案的转子轴总成仿真,确认其二阶扭转模态频率结果,如图7所示。

汇总结果见表1。

挑选空心轴D48做三合一电驱台架测试,噪声仅改善2dB(A),未达成预期效果,不导入该方案挑选加粗轴D64做三合一电驱台架测试,噪声改善5dB(A),但涉及修模及工艺成本增加｡

由于电机转子二阶扭转模态振型与转子V斜极的电碳激励分布形体一致､如图8所示｡

通过将电机转子的V斜极改成W斜极,以破坏转子二阶扭转模态振型与V斜极电磁激励分布一致状况,从而从源头将该啸叫激励消除,具体方案如图9所示｡

对两方案做电驱级NVH仿真,识别到WOT工况下约10dB(A)改善,如图10所示｡

对两方案做电驱级NVH台架测试,识别到WOT工况T约有12dB(A)改善,如图11所示。

对两方案做整车NVH驾评,识别到WOT工况下车内噪而且主观评分由原来的不可接受提升至可接受吉约有10dB(A)改善,且48阶特征消失,如图12所示:

纯电动汽车背景噪声较为安静,电机啸叫问题对驾乘人员感知有较强影响,对电驱总成NVH的研究十分关键｡

1)本文针对某电动车上加减速工况约50km/h车速时显啸叫噪声,通过主观排查和客观数据识别确认问题,锁定抱怨为电机48阶3600r/min峰值｡通过仿真分析阐述味叫产生机理,对控制因素包括电磁激励优化､谐波注入控制和系统模态优化进行讨论分析｡

2)通过将电机转子的V斜极改进为W斜极,以破坏转子二阶扭转模态振型与V斜极电磁激励分布一致状况,从而从源头将该啸叫激励消除,有效抑制了48阶3600r/mir峰值啸叫的产生｡

【参考文献】

[1]张飞兵,秦振振,朱丽丹.颠簸路面对双离合器变速器齿轮敲击噪声的影响研究[J1.汽车科技,2021285(5):11-16.

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[3]乔萌､张飞兵,杨波某车型变速器倒档异响识别及优化研究[C]//2020中国汽车工程学会年会论文集(4).北京:机械工业出版社,2020:91-93.

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[7]张友国,马天才,卢昕夕,新能源汽车电机控制器板模态优化与振动噪声[J].振动与冲击,202241(14):271-279.