某電驅總成電機嘯叫問題機理研究及優化

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隨著生活水平的日益提升,消費者對汽車由功能追求提升為性能追求,動力總成NVH性能是整車舒適性能的重要組成部分[1-3]?電驅總成作為純電汽車噪聲來源的核心系統部件[4],其NVH性能的達成是整車NVH保障的重中之重?本文針對某電動車上加減速工況約50km/h車速時明顯嘯叫噪聲,通過主觀排查和客觀數據識別確認問題,鎖定抱怨特征為電機48階3600r/mn峰值?通過仿真分析闡述味叫產生機理,對控制因素包括電磁激勵優化?諧波注入控制和系統模態優化進行討論分析,通過將轉子V斜極更改為W斜極,有效改善了嘯叫噪聲?

嘯叫行駛工況

某純電動車型在進行整車NVH性能評價中,在加減速特別是大轉矩工況下,能夠在50km/h車上左右聽到明顯高頻嘯叫噪聲?由于電動汽車背景噪聲低且無發動機噪聲掩蓋,該噪吉令駕乘人員產片明顯不適感，也使得整車主觀駕乘品質下降

(1)主觀評價

該嘯叫問題的復現與整車車速有強關聯性,評價工況如下:

1)全油門加速(WOT),0-120km/h:嘯叫在50km/h車速附近?

2)中油門加速(POT),0-120km/h:嘯叫在50km/h車速附近?

3)小油門加速(LOT),0-120km/h:嘯叫在50km/l車速附近?

4)滑行(COAST)120-0km/h:嘯叫在50km/h車速附近通過主觀評價初步判斷該高頻嘯叫來自于電驅總成?

(2)客觀測試

為了進一步確認嘯叫源位置,在電機與減速器兩側殼體布置三向加速度傳感器,在車內布置傳聲器,并采用專門振動噪聲測試設備進行振動噪聲數據采集分析,同時通過CAN總線采集電機輸出轉速?轉矩信號等信息?測點布置如圖1和圖2所示?

在問題工況進行測試得嘯叫噪聲特征為如圖3所示。結論分析如下：

1)所測電機輸出轉速與嘯叫頻率有明顯階次對應關系,且為48階,因此判斷為電機嘯叫導致的抱怨問題?

2)該嘯叫在電機和減速器兩側殼體都有明顯振動特征,待進一步確認問題產生激勵?

對該電驅總成進行NVH仿真分析,識別在3000Hz左右存在轉子二階扭轉模態,并帶動輸入軸一同扭轉,如圖4所示?根據控制因素可從兩方面進行48階3600r/min嘯叫因素分析:D電磁激勵優化:2諧波注入控制,3模態優化控制?

電磁激勵優化分析

?降低電磁特定階次激勵,會相應改善該階次嘯叫表現[5]使用MAXWELL磁場仿真分析得到WOT工況下48階徑向電磁力最大值4167Pa,轉矩諧波22N·m,都滿足設計要求?綜合判斷48階電磁激勵并非導致該問題主因。

使用諧波注入減少特定電磁激勵,會相應改善該階次嘯表現[6]其策略是在電機調速系統中?為抑制電流中的稀薄分在PMW三相調制參考電壓波形中加入相應的諧波分量來抵消電機電流中的諧波?但是諧波注入因硬件原因,最高只能改善2500Hz及以下頻段問題,對當前2900Hz問題暫無法實現?

系統模態優化分析

系統模態優化一般從兩方面著手:一是模態頻率避開,是模態振型避開[7]?可以分別從以下兩個方面進行優化:

1)將電機軸加粗或挖空?

2)改變轉子斜極

空心軸和加粗軸方案驗證

?電機軸初始直徑為48mm,鏟絆熬澳膊澳啊心軸方案共計一個,如圖6所示?加粗軸方案共計三個:60mm?62mm和64mm?

對不同方案的轉子軸總成仿真,確認其二階扭轉模態頻率結果,如圖7所示。

匯總結果見表1。

挑選空心軸D48做三合一電驅臺架測試,噪聲僅改善2dB(A),未達成預期效果,不導入該方案挑選加粗軸D64做三合一電驅臺架測試,噪聲改善5dB(A),但涉及修模及工藝成本增加?

由于電機轉子二階扭轉模態振型與轉子V斜極的電碳激勵分布形體一致?如圖8所示?

通過將電機轉子的V斜極改成W斜極,以破壞轉子二階扭轉模態振型與V斜極電磁激勵分布一致狀況,從而從源頭將該嘯叫激勵消除,具體方案如圖9所示?

對兩方案做電驅級NVH仿真,識別到WOT工況下約10dB(A)改善,如圖10所示?

對兩方案做電驅級NVH臺架測試,識別到WOT工況T約有12dB(A)改善,如圖11所示。

對兩方案做整車NVH駕評,識別到WOT工況下車內噪而且主觀評分由原來的不可接受提升至可接受吉約有10dB(A)改善,且48階特征消失,如圖12所示:

純電動汽車背景噪聲較為安靜,電機嘯叫問題對駕乘人員感知有較強影響,對電驅總成NVH的研究十分關鍵?

1)本文針對某電動車上加減速工況約50km/h車速時顯嘯叫噪聲,通過主觀排查和客觀數據識別確認問題,鎖定抱怨為電機48階3600r/min峰值?通過仿真分析闡述味叫產生機理,對控制因素包括電磁激勵優化?諧波注入控制和系統模態優化進行討論分析?

2)通過將電機轉子的V斜極改進為W斜極,以破壞轉子二階扭轉模態振型與V斜極電磁激勵分布一致狀況,從而從源頭將該嘯叫激勵消除,有效抑制了48階3600r/mir峰值嘯叫的產生?

【參考文獻】

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[6]王師凱,許家群.永磁同步電機神經網絡諧波注入轉矩脈動抑制方法[J].數字海洋與水下攻防,20236(1):81-88.7]

[7]張友國,馬天才,盧昕夕,新能源汽車電機控制器板模態優化與振動噪聲[J].振動與沖擊,202241(14):271-279.