​电动汽车减速器辐射噪声仿真、传动系统扭转振动特性分析

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电动汽车减速器辐射噪声预测及优化研究


本文介绍一篇硕士论文,作者使用Simpack和其它软件对电动汽车减速器仿真分析,预测其噪声,并提出优化方案。


随着汽车电动化进程的不断推进,纯电动汽车的市场将逐步被开拓,这也意味着消费者对于电动汽车的各项性能的关注度将持续增长,法规也将日趋严格。

​电动汽车减速器辐射噪声仿真、传动系统扭转振动特性分析

减速器作为电动汽车传动系统的核心部件,其性能不仅影响到电动汽车的动力性、经济性,还影响着其NVH性能。减速器的振动噪声水平对整车噪声水平有着较为重要的贡献,因此探究减速器本体的振动噪声特性对于整车的NVH性能控制有着重要的意义。


本文以某电动汽车减速器为研究对象,重点利用边界元方法研究壳体辐射噪声预测问题,分析其振动噪声特性并通过结构阻尼减振技术应用约束阻尼处理降低其振动噪声水平。


①借助Simpack软件建立了包含有刚体的二级齿轮传动和柔性的传动轴、差速器壳体以及减速器壳体的刚柔耦合多体动力学模型并在最大扭矩稳态工况下,求解了轴承支反力,为后续工作提供了激励条件。


②建立了减速器壳体的有限元模型,进行了自由模态分析和约束模态分析,得到了两种边界条件下的模态频率和振型;进行了模态预实验分析,确定了模态实验分析中测点的位置及数目,为后续实验提供指导;进行了自由模态实验分析并验证了实验的正确性;通过实验模态和计算模态的对比,验证了有限元模型的有效性。


③求解了轴承力激励条件下的壳体表面振动响应;在此基础上,建立了壳体边界元模型和声场模型运用模态声学传递向量(Modal Acoustic Transfer Vector,MATV)法计算了壳体的辐射噪声,分析了壳体辐射噪声的声压云图、声功率级和场点声压级等声学结果;通过面板贡献量分析确定了声能量的主要贡献区域,并确定了需要优化的频率,为后续优化改进提供了依据。


④确定了仅局部加筋以及局部加筋和结构阻尼减振技术相结合的两种方案,并选择了丁基橡胶粘弹性材料作为阻尼减振材料;之后,对箱体分别进行了局部加筋处理和局部约束阻尼处理利用模态阻尼识别技术得到了方案2的模态阻尼比;最后,对比分析了原始状态和两种优化方案在模态频率及振型、振动响应和声学响应之间的差异得出的结论是方案2在减振降噪上有更加显著的效果,其RMS声功率级下降2.32dB(A),三个场点的RMS声压级分别下降了2.72dB(A)、2.19dB(A)和1.92dB(A)。


纯电动汽车传动系统扭转振动特性分析


摘要:针对纯电动汽车的扭转振动问题,以某款具有两挡自动变速器的纯电动汽车传动系统为研究对象,根据传动系各部件的动力学方程,建立动力传动系的扭转振动模型,计算并分析传动系的固有特性和模态振型,并通过Simpack建立传动系的多体动力学模型进行强迫扭振计算,分析了部分参数对传动系扭振响应的影响,为纯电动汽车降低传动系扭振提供参考。


某纯电动汽车采用前置后驱的动力传动方式。如图所示,该传动系包括驱动电机EM、2AMT、减速器/差速器总成、驱动半轴和车轮等。

​电动汽车减速器辐射噪声仿真、传动系统扭转振动特性分析

某电动汽车传动系扭转动力学模型


针对当前2AMT电动汽车的动力传动系统,通过Simpack软件和采用多自由度集中质量-弹簧的离散化建模方法,建立多体动力学模型。为了重点分析动力传动系的扭转振动,在Simpack建模中作了以下基本假设:


(1)不考虑弯曲振动和拉压振动;


(2)忽略传动系中横向、纵向以及垂向振动对扭转振动的影响;


(3)不考虑附属设备的影响;


(4)忽略齿轮的变形;


(5)忽略传动系部件中齿轮安装误差、加工误差和磨损变形。


建立的电动汽车动力传动系Simpack模型如图所示,其中包括EM、2AMT、减速器/差速器总成、驱动半轴、左右车轮和整车等效转动惯量等。

​电动汽车减速器辐射噪声仿真、传动系统扭转振动特性分析

为了分析动力传动系的强迫扭转动力学特性,Simpack中在电机端建立输入通道及激振器,使之产生振动激励,该激励为模拟电机产生的输入扭矩;在整车输出端建立输出通道,用以绘制扭振响应的幅值;最后进行强迫扭振的计算设置。通过对不同参数下得到的整车频率响应进行对比,分析和研究影响动力传动系扭振的主要因素。


分别对传动轴的扭转刚度为(原始值16104.9Nm·rad-1)、半轴的扭转刚度为(原始值5000Nm·rad-1)以及电机的转动惯量(原始值0.047kg·m2)这些参数对传动系扭振的影响,把其参数值分别取值为60%、80%、100%、120%、140%进行仿真计算并比较传动系扭振响应的变化。结果分别如下:


结论:

​电动汽车减速器辐射噪声仿真、传动系统扭转振动特性分析

(1)建立了两挡变速器纯电动汽车动力传动系统的Simpack动力学模型,列出了传动系各部件的动力学方程,从而进行了传动系扭振固有特性和强迫扭转振动分析。


(2)动力传动系统的低阶固有频率主要集中在整车和车轮上,中高频集中在变速器常啮合齿轮、Ⅰ/Ⅱ挡齿轮及减速器/差速器总成齿轮上。


(3)传动轴的扭转刚度和阻尼系数对传动系低频扭振没有影响;半轴的扭转刚度越大,阻尼系数越大,传动系的低频扭振越小,能够提高乘坐舒适性;综合考虑低频段扭振响应,电机的转动惯量取0.047kg·m2时,传动系扭振响应效果相对较好,从而达到最佳乘坐舒适性。


作者:上海交通大学机械与动力工程学院、时风(集团)有限责任公司


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