作者：劉祥環丨中南大學?

隨著純電動汽車產業的發展，電驅動總成的集成程度越來越高，國內零部件廠商的“二合一”“三合一”“六合一”的驅動系統總成都陸續面世。在給整車客戶帶來快速方便的動力匹配的同時，電驅動系統一直存在的問題及產生的原因也越來越復雜，這其中就包括動力總成的NVH、效率及綜合耐久性問題等。

電驅動總成嘯叫原因分析

純電動汽車電驅動總成通常由電機和減速器組成，多采用永磁同步電機加兩級減速器的組合形式。電驅動總成存在嘯叫的原因復雜，主要包括：電機電磁激勵、減速器系統共振和電驅動總成系統耦合模態共振等。結合某型號電驅動總成在整車試驗過程中，客戶發現存在結構共振問題，本文主要通過MASTA軟件分析，對動力總成進行仿真分析，找出動力總成出現結構共振的原因，并加以修正。

在整車搭載NVH測試過程中，可通過LMS數據采集前端采集車內近場噪聲數據，將采集到的數據通過LMS Test.Lab數據分析軟件對近場噪聲進行噪聲階次分析，找出發生嘯叫的對應階次，再通過嘯叫噪聲階次分析，判斷嘯叫噪聲的激勵源。

圖1 某型號驅動總成車內噪聲瀑布圖

圖2 第22階階次噪聲圖

本文針對的某型號電驅動總成整車搭載NVH測試客戶反饋的試驗數據如圖1所示。經客戶反饋，在整車WOT工況下，輸入端轉速在1 600～2 000 r/min（586.6～ 733.3 Hz）之 間 時，電驅動總成第22階存在共振嘯叫問題，根據電驅動總成的結構，基本可以確定是驅動總成中的減速器高速級產生的噪聲。

由圖2可知，總成第22階噪聲在2 000 r/min左右存在明顯突變；由圖1可以看出，總成除第22階外，在696 Hz附近其他階次噪聲的系統共振響應明顯，由此判斷，總成在696 Hz附近，存在有系統結構共振，需要調整系統結構來改善這一情況。

減速器總成階次噪聲分析

? ? ? 1.MASTA減速器分析模型的建立

根據電驅動總成產品建立MASTA分析模型，如圖3所示。電驅動總成齒輪參數見表1。

2.MASTA軟件分析系統模型

在軟件中輸入齒輪副的宏觀參數及微觀修形后，通過MASTA軟件仿真，得到該電驅動總成高速級齒輪副在整車WOT工況下的傳遞誤差，如圖4所示。高速級齒輪副傳遞誤差的傅里葉變換結果如圖5所示。在整車WOT工況下，高速級齒輪副傳遞誤差的峰值計算結果是滿足設計要求的，且傳遞誤差的頻域幅值也不大，說明驅動總成第22階的階次激勵其實并不算大，產生嘯叫問題的原因應該是存在系統共振。

分析系統耦合模態，其結果如圖6、圖7所示。在1 000～2 000 r/min范圍內，第22階激勵與系統固有頻率存在多個潛在共振點。其中，系統耦合模態的第13階（651.1 Hz）在本次嘯叫范圍內，可確定為問題頻率。

3.問題零部件及改進方案

通過MASTA軟件仿真結果，對系統耦合模態第13階（651.1 Hz）進行分析。由圖8可知主要問題零部件為中間軸高速級大齒輪在傳動過程中動態響應能過大，占到系統動態響應能的40%以上。針對問題零部件分析，發現高速級大齒輪的齒輪腹板剛度不夠，變形量較大，導致齒輪嚙合出現偏載、殼體在輸出軸處動態響應過高，其仿真結果如圖9所示。

圖3 某電驅動總成MASTA分析模型

表1 減速器傳動齒輪副宏觀參數

圖4 高速齒輪副傳遞誤差（差峰峰值：0.839 mm）

圖5 高速級齒輪副傳遞誤差傅里葉變換（幅值：0.365 4 mm）

圖6 系統耦合模態

圖7 系統耦合模態結果

圖8 系統耦合模態第13階振動結果

圖9 殼體輸出軸處的動態響應

由圖9可知，在651.1 Hz時殼體在輸出端前軸承處的動態響應幅值達到了1.744 mm。針對以上情況，考慮增加高速級大齒輪腹板厚度，分別取增厚5 mm和10 mm進行仿真對比，主要分析殼體在輸出端軸承座處的動態響應，結果見表2。

結合數據進行分析，可知增加高速級大齒輪腹板厚度之后，系統的剛度會有明顯的改善，在651.1 Hz頻率上，殼體在輸出端前軸承處的動態響應有明顯的改善。其中，腹板厚度增加5 mm，殼體在輸出端前軸承處的動態響應由1.744 μm下降到0.670 8 mm，在整車試驗標準中已經達到標準要求。

考慮到整車對于電驅動總成NVH性能的要求及總成零部件的制造成本，確定將高速級大齒輪腹板厚度增加5 mm。

表2 殼體輸出端前軸承座處動態響應（651.1 Hz）

減速器總成裝車測試

為驗證上述產品優化結果及軟件分析結果的正確性，我們將優化后的總成產品進行裝車測試，并將測試結果與優化前的測試結果進行對比。在整車WOT工況下，主觀測試優化后的減速器裝車噪聲試驗效果明顯要優于優化前。通過客戶LMS數據采集前端采集車內近場噪聲數據，將采集到的數據通過LMS Test.Lab數據分析軟件對近場噪聲進行噪聲階次分析，對裝車結果進行驗證。

通過驗證可知，2 000～4 000 r/min轉速范圍內，振動降低明顯，與車內噪聲趨勢一致，4 000 r/min以上，因試驗車輛轉速上升速率不一致，故不做對比。整車起步到2 000 r/min區間內，改善效果并不明顯。

從客戶兩次測試的對比數據中并未發現第22階噪聲曲線圖在650 Hz左右存在結構共振，但是從車內噪聲主觀評價上來說，1 600 ～ 2 000 r/min轉速范圍內的嘯叫問題確有改善。

結論

本文通過我公司某個電驅動總成項目客戶反饋存在NVH嘯叫問題，利用MASTA軟件對電驅動系統總成進行有限元計算分析，并找到對應的解決方案。該方案雖然解決了客戶提出的階次噪聲超標的問題，但是并沒有很好地解決低頻嘯叫的問題，試驗方法和分析方法仍需要進一步優化。我們仍然可以得到以下結論，供同領域的研究人員參考：

1）電驅動總成因集成度高，使得系統的耦合模態發生改變，使總成NVH問題變得更加復雜。

2）總成某個零部件的調整會影響整個系統的耦合模態。

3）可通過提高某些零部件的剛度來降低系統的動態響應，解決部分因傳遞路徑而引起的NVH嘯叫問題。

4）調整系統剛度只是從噪聲傳遞路徑上減小NVH嘯叫問題，傳遞誤差才是解決NVH問題的關鍵，降低齒輪副工作過程中的傳遞誤差才能夠減小振動激勵源，從根本上解決NVH嘯叫問題。

審核編輯：湯梓紅