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原文传递电动汽车电驱动总成NVH性能分析与优化

论文题名：	电动汽车电驱动总成NVH性能分析与优化
关键词：	电动汽车;驱动电机;减速器;振动噪声
摘要：	随着世界能源危机和环境问题的不断加剧，世界各国纷纷推出了自己的“双碳”计划。其中大力发展新能源汽车是实现“双碳”目标的重要措施。而随着电动汽车技术的不断发展，汽车电驱动系统逐渐朝着集成化、轻量化的总成式结构发展。而电驱动总成的NVH性能严重制约了汽车品质的提升。电动汽车电驱动总成主要为电机、减速器和控制器高度集成的三合一式或电机和减速器集成的二合一式，结构复杂，电驱动总成的NVH优化相对困难，国内外相关研究也较少。因此对于电动汽车电驱动总成的NVH性能的研究具有重要意义。　　本论文是在国家自然科学基金和江西省研究生创新基金等课题的支持下，以一台电动汽车电驱动总成为研究对象，针对电驱动总成的NVH问题展开了相关研究，本论文的主要研究内容和结论如下：　　（1）针对电驱动总成驱动电机引起的电磁噪声和减速器引起的机械噪声产生机理进行了分析。对引起驱动电机振动噪声的径向电磁力、齿槽转矩和转矩脉动等进行了推导计算，并通过Maxwell软件对电机空载和负载状态下的径向、切向电磁力、齿槽转矩和转矩脉动等进行了仿真计算，通过仿真得出了电机的基本性能的数值。仿真结果表明：原始电机的输出转矩为168.1N·m，转矩脉动为21.8%，齿槽转矩为1.52N·m，0阶次径向电磁力为453.0kPa，通过仿真计算发现驱动电机的径向电磁力远大于切向电磁力，且径向电磁力谐波阶次皆为8的整数倍。　　（2）针对电驱动总成的振动机理展开了解析，分析了无阻尼、多自由度系统的模态振动理论，推导出了各阶次模态振动频率求解方程。建立电驱动总成仿真模型，利用有限元分析软件，分别对电机定子、电驱动总成壳体的模态及振型进行了仿真分析。同时将电机定子与电驱动总成电机壳体进行耦合仿真，研究二者在耦合状态的各阶模态振型及频率变化。然后分析了整个电驱动总成系统的模态情况，将各部件单独状态下等模态情况与动力耦合状态下的模态情况进行了比较。仿真结果表明：当多个部件耦合时，耦合模态的阶次频率在各个部件的同阶次频率之间，同时由于电驱动总成系统中振动激励的多源性与多自由度的特点，电驱动总成模态较为复杂，因此电驱动总成模态分析时需要综合考虑电驱动总成中各个部件的共同影响。　　（3）针对电驱动总成所用的驱动电机转子进行了结构优化，通过采用正交法建立电机转子参数与电机输出性能之间的关系，针对电机的输出转矩、转矩脉动、齿槽转矩、0阶径向电磁力以及8阶径向电磁力等目标性能进行了优化，分别找出了各优化目标达到最佳时的驱动电机参数，同时给出了电机综合性能最佳的优化参数，进一步地采用了参数扫描法进行了验证，结果表明正交法能够较为准确地预测电机最佳优化参数，最后对比了两种优化方法，正交法可以快速的找到电机性能最优时的参数，但是预测精度存在一定的误差。扫描法可以准确的找到电机性能最优时的优化参数，但是需要大量的计算资源，以及对仿真模型的较大的限制，只能对特定的模型进行仿真计算。　　（4）针对减速器齿轮的螺旋角进行了修形处理，通过对减速器齿轮的修形，提高了齿轮的传递误差精度，减小了齿轮副之间的冲击载荷。通过对电驱动总成的驱动电机转子和减速器齿轮的优化，提升了电机和减速器的整体性能，进而提升了电驱动总成的整体品质，降低电驱动总成的振动噪声。　　（5）针对电驱动总成模态叠加原理进行了分析，通过公式推导解析了电驱动总成发生多源激励时的振动噪声求解原理。建立电驱动总成振动噪声求解模型，针对原始电机及优化电机的激励下的定子振动情况进行了分析。然后结合两种电机转矩输入情况下的齿轮系进行了动力学分析，研究了两种输入下的机械振动情况。最后研究了在电机电磁力激励和减速器机械激励情况下的电驱动总成壳体的振动噪声情况，分析了电驱动总成受多源激励后的振动及噪声情况，结果表明优化后的总成总体变形量减小1.41×10?4mm，噪声值减小1.57dB。
作者：	徐志辉
专业：	车辆工程
导师：	陈齐平;王天田;沈祖英
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2022