RIO 电 驱 动
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新能源汽车快速发展，减速器成为动力传动系统的重要组成部分之一，客户对汽车的要求从满足基本功能性提升到关注NVH、驾乘舒适性等更高层次需求。
项目开发中结构仿真过程
01#
减速器啸叫噪声
统计显示客户20-30%的抱怨与NVH有关；统计显示不同车型15-29%的保修费用花费在与噪声有关问题上。
减速器噪声特点：
▶ 缺少发动机噪声掩盖
▶ 齿轮副传递扭矩大
▶ 齿轮啮合过程刚度变化产生高频振动
▶ 振动经轴、轴承传至壳体，产生啸叫
减速器噪声传播主要通过结构传播，结构传播噪声的能量密度大约为总噪声能量密度的95%。
噪声传播路径示意图
包裹前后噪声无明显变化
控制噪声最直接的途径就是控制噪声源，通常认为齿轮合传递误差(TransmissionError)是减速器啸叫的源头。
齿轮在理想状态下：基圆无限圆，无制造误差，安装无任何间隙，两齿轮刚度无限大，不产生变形，两齿轮啮合点转动长度相等，即：
齿轮在实际状态下：由于制造、安装误差，两齿轮合刚度变化齿轮转过的角位移与配对的齿轮并不相等，即存在传递误差:
齿面微观修形是容易实施且相对灵活的NVH优化方式。
传递误差影响因素
修形参数图示
02#
减速器齿轮修形
传统依赖经验摸索修形方式，需要多次试错，耗时长、成本高。
通过仿真模拟真实的系统刚度进行齿轮修形，快速、准确实现齿面载荷均匀分布。
修形后传递误差在33.3%扭矩点至全扭矩范围内降低明显，最大降幅0.51μm，减速器振动激励减小，齿轮啮合更平顺，使得噪声在源头得到最大程度改善。
减速器模型
修形前后传递误差对比
修形前后额定扭矩点传递误差和单位齿宽平均刚度变化。
样机与对标机测点振动速度级对比。
试验结果
03#
减速器NVH仿真验证
通过修形从噪声源头降低啸叫风险，继续对减速器NVH性能仿真验证，便于后续壳体振动、噪声分析和壳体优化等工作开展；
齿轮、轴承进行参数化建模，齿轮轮辐、传动轴、减速器壳体、差速器壳体均采用柔性体建模，加入齿轮修形参数。
减速器NVH仿真模型
减速器壳体内部储有润滑油，导致准确预测壳体振动性能往往很困难。在虚拟环境下，仿真、优化不易获取的参数，可最大限度减小昂贵且耗时的试验试错循环需求；
仿真模型中柔性体阻尼参数采用阻尼曲线近似模拟，阻尼曲线是根据瑞利阻尼公式通过两个关键点的频率和阻尼比数据拟合而成。
基于仿真与试验结果的对比验证，阻尼比作为自变量在优化过程中不断修改调整，通过DOE实验设计进行敏感性分析和取值优选。
阻尼参数优化流程
以仿真与测试结果差值绝对值曲线所包络的面积最大值作为因变量，约束仿真与测证结果差值绝对值曲线最大值，当因变量的值最小时，即仿真曲线与测试曲线最大程接近，则说明仿真模型可信度高。
其中：
▶ S-振动速度曲线差值包络面积；
▶ f1--振动分析频域下限;
▶ f2-振动分析频域上限;
▶ VA(f)sim-对应频率仿真振动幅值;
▶ VA(f)test-对应频率测试振动幅值；
▶ A-振动速度曲线差值绝对值限值。
仿真与试验振动结果对比
振动速度差值绝对值包络面积积分曲线
采用拉丁超立方实验设计方法，该方法是将实验组合相对均匀的充满设计空间的随机DOE技术，共取96个有效样本点；
自变量对因变量的影响程度用主效应图表示（列出占总贡献量80%以上影响项）。
其中：横坐标为影响程度，纵坐标为影响因素，按照影响程度从大到小排序；
A-输入轴阻尼比；B-中间轴阻尼比；C-差速器壳阻尼比；D-减速器壳阻尼比；1、2-阻尼曲线中限尼比对应的两个频率点。
优化计算是反复迭代的过程，若直接对优化问题求解，势必需要昂贵的计算资源和冗长的计算时间；
数学响应面是利用DOE实验设计结果，采用回归方程拟合自变量与因变量之间的类学关系，通过高精度的数学模型对回归方程的分析寻求最优解，将优化结果代回实际物理模型进行验证。
其中：
M-因变量数，k-自变量数，at-三次项系数，bi、ci、di-交叉项系数，ei-二次项系数，fi-线性项系数，g0-常数项，ε-拟合误差。
响应面拟合度表示拟合的数学模型和实际物理模型的吻合程度，其值在0-1之间，数值越接近于1，表明响应面精度越高。
响应面模型
优化迭代过程
优化前后阻尼比曲线对比
上图在频率点1对应阻尼比增大，频率点2对应阻尼比减小。
将优化后的阻尼比参数代回仿真模型，1/3倍频程下壳体响应点振动的仿真结果与试验结果趋势基本一致，数值偏差在5dB 以内，表明仿真计算的可信度高。
响应点仿真与试验结果对比
响应点仿真与试验结果对比表
04#
减速器壳体轻量化设计
校准NVH仿真模型后，提取准确的载荷激励进行减速器壳体轻量化设计；
从产品性能和开发周期考虑，通过拓扑优化去除壳体内、外不必要的加强筋适当减事同时壳体设计改动少，整体功能及性能不受影响或受影响小。
其中:
▶ X-设计变量；
▶ Mass(x)-优化后重量；
▶ Vk(x)-响应点振动速度;
▶ Tj(x)-加强筋厚度;
▶ A-振动速度限值；
▶ B-重量限值；
▶ C、D-加强筋厚度限值
在关注频段范围内，优化前后响应点振动速度略微降低，最大降幅约1.8%，而加强筋的优化使壳体重量从9.85Kg降至9.12Kg，减重约7.4%。
壳体优化前后对比
优化前后响应点振动速度对比
结论
摒弃传统的经验设计开发模式，路径改善，最终开发出高性能、轻量化产品。
由RIO电驱动主办、上海电驱动股份有限公司、轴承家园作为战略合作单位的“第五届全国电驱动系统创新大会”将于2024年10月30-11月1日在常州举行。
特设分论坛二“电驱NVH仿真和测试技术”。
演讲主题 | 演讲单位 |
电驱动电机寿命测试与可靠性评估技术 | 华域电动 |
融合测试和仿真技术的电驱NVH开发 | 上海电驱动 |
以数字孪生加速电驱系统开发 | AVL |
混动电驱关键技术及多学科仿真优化 | 吉利动力研究院 |
电驱系统轴承电腐蚀风险解析与防护策略 | 上汽车集团 |
新一代的电驱动系统热管理方案 | 苏州舜云 |
Ansys仿真+AI代理模型“助力博世电驱动和功率电子产品预研开发 | 博世苏州（TBD） |
新能源电车中异步电机的NVH优化 | 懿朵科技 |
电机仿真软件在电驱动电机设计中的应用与比较 | 待定 |
参会报名
咨询电话：189 6436 8889
上届会议总结，点击了解：
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