一种低振动噪声新能源乘用车电机试验台架设计方法与流程

本发明属于新能源汽车试验技术领域，具体涉及一种低振动噪声新能源乘用车电机试验台架设计方法。

背景技术：

新能源汽车电机生产厂家和新能源汽车乘用车整车生产厂家试验人员在搭建台架进行电机性能试验和各种工况电机NVH试验时，发现在一些工况转速下不但电机台架本身发生共振，而且试验电机易于激发支撑地基发生耦合共振，产生极大的噪声。究其原因主要在于电机厂家和汽车生产厂商没有对电机试验台架进行系统动态设计，而且在电机试验台架和支撑地基之间没有设计有效的隔振装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决有效消除台架共振带来的振动噪声的问题，提出一种低振动噪声新能源乘用车电机试验台架设计方法，利用本发明所设计的试验台架能够有效降低台架共振带来的振动噪声难题。

本发明技术方案是通过下述技术方案实现的：

一种低振动噪声新能源乘用车电机试验台架设计方法，具体过程为：

建立台架模型：

所述台架模型包括底板、一对L型支撑板、一对后托架及隔振器系统；所述L型支撑板和所述后托架安装在底板上，所述隔振器系统安装在底板的下方；将试验电机和加载电机安装于L型支撑板和后托架上，并令加载电机的输出轴连接扭力传感器后与测试电机的转轴相连；

设置目标函数和约束条件，对电机台架结构进行优化，完成电机台架的设计。

进一步地，本发明所述目标函数为：Min M，M为电机台架质量。

进一步地，本发明所述约束条件为：

其中，Δ1是为了避免电机台架被两个对拖电机转子连接不对中激振频率激起共振而设置的频率间隔；

Δ2是为了避免电机台架被电机电磁激振频率激起共振而设置的频率间隔；

Δ3是为了避免电机台架被电机定子齿槽周期电磁场力激振频率激起共振而设置的频率间隔；

n电机是电机的转速；

p是电机磁极对数；

z是电机定子齿槽数。

进一步地，本发明所述隔振器系统由橡胶隔振器和空气弹簧组成。

进一步地，本发明根据目标函数和约束条件，对式(9)中台架支撑系统频率比γ和阻尼比ζ进行优化，优化后传递率T需要满足≤65％要求；

进一步地，本发明所述L型支撑板的水平安装面上刻有横向位置与纵向位置的调整导槽。

进一步地，本发明所述试验台架还包括激光测振传感器和流场气隙噪声传感器，所述激光测振传感器安装于传感器支架上，所述流场气隙噪声传感器固定于试验电机上。

有益效果

本发明方法，对比已有技术，能够正常进行新能源汽车电机台架性能和NVH试验，通过设置约束条件和目标函数，使得优化的试验台架具有试验台架振动与噪声小的效果。

本发明L型支撑板的水平安装面上刻有横向位置与纵向位置的调整导槽，该台架试验前装配方便，电机转子与扭矩传感器轴对中精度高，有效地避免电机转子不对中带来的振动激励。

本发明试验台架还包括激光测振传感器和流场气隙噪声传感器，除了能够进行正常的振动噪声试验外，还能够测试转子轴心轨迹和气隙噪声。

附图说明

图1为本发明实施方式的电机试验台架图(底部采用10个橡胶隔振块)；

图2为电机试验台架图(底部采用4个空气弹簧)；

图3为各种工况下电机试验台架隔振率曲线。

图4为电机基础隔振力学模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法的实施方式做详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明实施例一种低振动噪声新能源乘用车电机试验台架设计方法，其具体步骤包括：

步骤一、完成低振动噪声电机NVH试验台架基本设计。

所述台架模型包括底板、一对L型支撑板、一对后托架及隔振器系统；所述L型支撑板和所述后托架安装在底板上，所述隔振器系统安装在底板的下方；将试验电机和加载电机安装于L型支撑板和后托架上，并令加载电机的输出轴连接扭力传感器后与测试电机的转轴相连。

具体地：L型支撑板的水平安装面上刻有横向位置与纵向位置的调整导槽，底板下方安装有隔振器系统，所述隔振系统包括橡胶隔振器和空气弹簧，一对L型支撑板通过水平安装面上的调整槽固定在底板上，一对后托架分别安装于所述一对L型支撑板的水平安装面上，加载电机的前端固定于一L型支撑板的开口上，其后端由后托架支撑，测试电机的前端固定于另一L型支撑板的开口上，其后端由后托架支撑；所述扭力传感器安装于加载电机的输出轴上，并与测试电机的转轴相连。

该台架装配方便，在底板上布置横向位置与纵向位置调整导槽，结合激光对中装置，方便试验电机转子、加载电机转子与扭矩传感器轴对中，且对中精度高，有效地避免电机转子不对中带来的振动激励。

本发明实施例所述试验台架上还设有传感器支架用于支撑所述激光测振传感器，所述流场气隙噪声传感器固定于试验电机上。使得本发明实施例试验台架除了能够进行正常的电机性能和振动噪声试验外，由于布置了一对激光测振传感器和一个流场气隙噪声传感器，故还能够测试电机转子轴心轨迹和气隙噪声，如图2所示。

步骤二、利用三维软件建立试验电机-扭矩传感器-加载电机-支撑L板-底板-隔振器系统模型，并导入到有限元软件中，进行网格划分，并计算该电机试验台架系统的振动模态，并根据下面的目标函数和约束条件进行优化：

目标函数Min M(质量)

上式中：M是电机台架的质量；

Δ1是为了避免电机台架被两个对拖电机转子连接不对中激振频率激起共振而设置的频率间隔；

Δ2是为了避免电机台架被电机电磁激振频率激起共振而设置的频率间隔；

Δ3是为了避免电机台架被电机定子齿槽周期电磁场力激振频率激起共振而设置的频率间隔；

n电机是电机的转速，

n电机＝1000rpm,2000rpm,3000rpm,4000rpm,5000rpm,6000rpm,7000rpm,

8000rpm,9000rpm,10000rpm；

p是电机磁极对数；

z是定子齿槽数。

根据以上目标函数和约束条件，采用遗传算法对电机台架结构进行优化。优化后台架的有限元仿真结果表明：设计的电机试验台架系统的六阶刚体模态振动频率分别为：3.46Hz(台架整体左右平动)、3.53Hz(台架前后平动)、5.22Hz(台架绕Z轴的摆动)、8.29Hz(台架上下垂直跳动)、9.25Hz(台架绕X轴摆动)和10.39Hz(台架绕Y轴摆动)；另外，电机试验台架的第一阶至第八阶弹性模态频率分别为：200.71Hz(底板弯曲振动)、293.07Hz(底板扭转振动)、372.00Hz(两L板同向弯曲振动)、390.90Hz(转子径向呼吸振动)、394.92Hz(两L支撑板反向扭转振动)、472.6Hz(两L支撑板同向扭转振动)、486.42Hz(两L支撑板相向弯曲振动)和529.00Hz。

当电机在0-10000rpm转速范围内进行试验时，以上这些固有频率均不会被各种振动激励力所激发，保证了电机性能和NVH试验的正常进行。

步骤三、设计并优化电机试验台架底板与地基之间的橡胶隔振器和空气弹簧，使隔振系统能有效地衰减振动能量。

此时电机本身是振源，加隔振装置的目的是减少电机振动对基础、环境的影响。图4是力隔振模型图。设电机m产生的激振力为

F＝F0cosωt (2)

其中，F0表示电机激振力力幅，ω表示激振力圆频率。

电机m的振动方程为

其中，x表示电机台架振动位移响应。

设方程的解为

x＝X cos(ωt-ψ) (4)

其中，ψ表示相位差，X表示振动位移幅值。

把上式代入(3)中，得到

其中，k表示台架支撑系统刚度；β表示台架支撑系统动态因子；γ表示台架支撑系统频率比γ，ζ表示台架支撑系统阻尼比；

由(5)式得到振源的力幅

而由电机振源传递到底部基础的载荷有两个：

1)弹簧力：Fk＝kx＝kX cos(ωt-ψ)

2)阻尼力：

其中，c表示台架支撑系统阻尼系数。

以上两个力的合力力幅为

定义力传递率：

把(7)代入上式得到

电机底部隔振系统的隔振率为：

η＝1-T

根据优化目标函数和约束条件对公式(9)中的台架支撑系统频率比γ和阻尼比ζ进行优化。优化后电机试验台架底板与地基之间的10个橡胶隔振器的刚度为110N/mm；4个空气弹簧的刚度为80N/mm，其气囊空气压力为4bar。以上隔振器设计可以保证试验台架在各种转速工况下针对试验电机-扭矩传感器-加载电机轴连接不对中振动激励、电机电磁振动激励和定子齿槽周期电磁场力振动激励下台架隔振率均达到52％以上(除了电机1000rpm转速下台架隔振率为36.30％)，有效地消除电机NVH试验时台架-地基的共振问题，保证了电机NVH试验的正常进行，如图3所示。

自此，就完成了/实现了有效降低新能源乘用车电机试验台架共振带来的振动噪声难题。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。