一种电机悬置支架固有频率设定方法及系统与流程

1.本发明涉及悬置支架技术领域，具体涉及一种电机悬置支架固有频率设定方法及系统。


背景技术：

2.在纯电动汽车研发设计中，nvh性能(noise vibration and harshness，噪声、振动与声振粗糙度)是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。随着人们对车辆乘坐舒适性要求的不断提高，nvh性能逐渐成为汽车设计的一个重要性能指标。
3.在影响纯电动汽车nvh性能的激励源中，电机是整车中最主要和最重要的激励源。由于电机悬置系统是对动力总成进行支撑、限位和隔振的唯一系统，因此电机悬置系统的设计对汽车nvh性能至关重要。在电机悬置系统的性能设计中，悬置支架的固有模态设计是一个非常关键的参数。若电机悬置支架的固有模态设计偏低会导致与电机激励发生共振，最终影响整车的nvh性能。
4.现有在纯电动汽车研发设计中，针对电机悬置支架固有模态值的设定，目前行业内尚无明确的设定方法，常用的设定手段是采用经验值。虽然采用经验设定能够避免大部分的nvh问题，但是也面临着如下缺点：当经验值设定偏低时，实车测试阶段仍会出现整车nvh共振问题；当经验值设定偏高时，虽然实车测试阶段不会发生nvh问题，但是零件普遍质量重、成本高，存在资源的浪费。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种电机悬置支架固有频率设定方法及系统，基于汽车的电机参数、轮胎参数、评价工况等输入，可正向计算出电机悬置支架需要满足的固有模态要求值，在研发设计阶段为工程师设定电机悬置支架的固有模态提供理论依据和计算方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供一种电机悬置支架固有频率设定方法，包括如下步骤：
7.步骤一：根据电机参数获取电机的径向力谐波频率与转速关系。电机参数包括电机的磁极数、传动比等；
8.步骤二：根据nvh评价要求获取评价车速。不同主机厂可能有不同的设定条件，产生不同的评价车速；
9.步骤三：根据评价车速计算评价转速。优选的，根据车身的一些设计参数进行计算，如轮胎参数包括轮辋尺寸、轮胎宽度、高宽比等；
10.步骤四：根据径向力谐波频率与转速关系，以及评价转速获取悬置支架固有频率设定下限。
11.在上述电机悬置支架固有频率设定方法中，通过基于汽车的电机参数、轮胎参数、
评价工况等输入，可正向计算出电机悬置支架需要满足的固有模态要求值，快速准确的完成整个设定过程，获取合适的悬置支架固有频率(一阶模态)设定范围，大大节省设计阶段的时间；在研发设计阶段为工程师设定电机悬置支架的固有模态提供理论依据和计算方法。
12.作为本发明电机悬置支架固有频率设定方法的改进，所述步骤一包括：
13.步骤a1：根据电机参数获取电机的径向力谐波频率与转子基频关系；
14.步骤a2：获取电机的转子基频与转速关系；
15.步骤a3：根据径向力谐波频率与转子基频关系，以及转子基频与转速的关系，获取电机的径向力谐波频率与转速关系。
16.通过转子基频作为桥梁，建立电机径向力谐波频率与转速的关系，思路简单，设计合理。
17.作为本发明电机悬置支架固有频率设定方法的另一种改进，所述步骤四包括：
18.步骤b1：将所述评价转速带入所述径向力谐波频率与转速关系中，求解径向力一阶谐波的对应频率；
19.步骤b2：将所述径向力一阶谐波的对应频率作为所述悬置支架固有频率的设定下限。
20.由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存，在不同转速下，径向力波阶次分布相似，均为基波、一阶、三阶...谐波，其中一阶谐波为引起电磁振动的主要谐波，因此取一阶谐波的频率作为避免支架产生共振的主要考虑因素，使得最终的设定范围准确，具有较高的参考意义。
21.作为本发明电机悬置支架固有频率设定方法的再一种改进，还包括：步骤五：根据悬置支架的刚度和质量确定所述悬置支架固有频率的下限。由于悬置支架的固有模态主要通过结构设计实现，且其结构设计的越强固有模态越高，相反地悬置支架的质量、成本等会大幅的增加。根据汽车悬置支架的实际设计和验证，通过结构设计能达到的刚度最大值，综合考虑悬置支架的性能、质量和成本等因素，获取悬置支架固有模态的最大设定值。
22.为了解决上述技术问题，本发明提供一种上述电机悬置支架固有频率设定系统，包括：
23.采集模块：用于获取电机参数和评价车速；
24.第一计算模块：用于根据电机参数计算电机的径向力谐波频率与转速关系；
25.第二计算模块：用于根据评价车速计算评价转速；
26.获取模块：用于根据径向力谐波频率与转速关系，以及评价转速获取悬置支架固有频率设定下限。
27.优选的，采集模块获取的电机参数有电机的磁极数、传动比等，设定车速为评价工况中设定调件的最大车速值，以及车辆自身的结构参数，如轮胎参数包括轮辋尺寸、轮胎宽度、高宽比等。
28.在上述电机悬置支架固有频率设定系统中，通过采集模块可以输入电机参数和评价车速，然后通过第一计算模块、第二计算模块以及获取模块，直接得到悬置支架固有频率的设定下限，快速准确的完成整个设定过程，大大节省设计阶段的时间。另外，整个过程可以程序完成，能够集成在电子设备的芯片功能中，进一步节省人工工作量，提高设计效率，
采集模块可以是鼠标、键盘、触控屏等人机交互的设备。
29.进一步的，还包括输出模块，用于输出获取模块得到的悬置支架固有频率设定下限。输出模块可以是显示屏、麦克风等，将最终的设定结果输出给系统外部，供设计人员取用。
30.更进一步的，所述第一计算模块包括：
31.第一关系模块：用于根据电机参数获取电机的径向力谐波频率与转子基频关系；
32.第二关系模块：用于获取电机的转子基频与转速关系；
33.第三关系模块：用于根据径向力谐波频率与转子基频关系，以及转子基频与转速的关系，获取电机的径向力谐波频率与转速关系。
34.更进一步的，所述获取模块包括：
35.带入模块：用于将所述评价转速带入所述径向力谐波频率与转速关系中，求解径向力一阶谐波的对应频率；
36.设定模块：用于将所述径向力一阶谐波的对应频率作为所述悬置支架固有频率的设定下限。
37.综上所述，采用上述电机悬置支架固有频率设定方法及系统，为工程师设定电机悬置支架的固有模态提供理论依据和计算方法，在车辆研发设计阶段，能够快速、准确的获取电机悬置支架的固有频率设定范围。
附图说明
38.在附图中：
39.图1是本发明电机悬置支架固有频率设定方法流程图。
40.图2是本发明频率、转速和车速关系图。
41.图3是本发明电机悬置支架固有频率设定系统结构图。
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
43.实施例1
44.如图1所示，本发明一种电机悬置支架固有频率设定方法，包括如下步骤：
45.步骤s10：根据电机参数获取电机的径向力谐波频率与转速关系，电机参数包括电机的磁极数、传动比等。计算公式为：
[0046][0047]
其中，n为谐波阶次数，n＝1，2，3
…
；f，(n)为径向力n阶谐波频率；p为磁极对数；n为电机转速，单位r/min。
[0048]
具体计算过程包括：
[0049]
步骤a1：根据电机参数获取电机的径向力谐波频率与转子基频关系，计算公式为：
[0050]
f'(n)＝2*n*p*f；
ꢀꢀ②
[0051]
其中，f为转子基频或电机基频。
[0052]
步骤a2：获取电机的转子基频与转速关系，计算公式为：
[0053][0054]
步骤a3：根据径向力谐波频率与转子基频关系，以及转子基频与转速的关系，获取电机的径向力谐波频率与转速关系，将
③
式带入到
②
式中即可得到
①
式。
[0055]
由上述计算过程可知，以磁极数为8的电机系统为例，p＝4，因此径向力的主要激励频率包括八倍频8f、十六倍频16f、二十四倍频24f和四十八倍频48f。根据实际振动测试，八倍频8f的激励最大，即n＝1时的倍频是悬置支架设计的主要考虑因素。
[0056]
即根据电机参数可以完成f、8f、16f、24f和48f等电机径向力基波、谐波的激励曲线，这些曲线构成了电机激励图谱，如图2所示，图中各参数数据见下表1。
[0057]
表1电机悬置支架固有频率设定的输入参数示例
[0058][0059][0060]
步骤s20：根据nvh评价要求获取评价车速。通常在车辆设计的nvh评价要求中，具有设定的速度条件，比如：在车速120km/h行驶时，电机与支架不发生共振，这时评价车速就取120km/h；当然也可以在nvh评价工况中，所有设定条件中的最大车速值作为评价车速；不同主机厂可能有不同的设定条件，产生不同的评价车速。
[0061]
步骤s25：获取轮胎参数，其中，所述轮胎参数包括包括轮辋尺寸、轮胎宽度和高宽比，用于计算车速与电机转速的关系。
[0062]
步骤s30：根据评价车速计算评价转速。先获取车身的一些设计参数，如轮胎参数包括轮辋尺寸、轮胎宽度、高宽比等。车速的计算公式为：
[0063][0064]
其中，v单位为km/h；n为电机转速单位，r/min；r为轮辋尺寸，单位英寸；η为轮胎高宽比，百分比；b为轮胎宽度，单位mm；i为电机传动比。可知，电机速度和电机转速存在函数关系，通过计算可绘制速度-转速图谱如图2所示。
[0065]
步骤s04：根据径向力谐波频率与转速关系，以及评价转速获取悬置支架固有频率设定下限。由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存，在不同转速下，径向力波阶次分布相似，均为基波、一阶、三阶...谐波，其中一阶谐波为引起电磁振动的主要谐波，因此取一阶谐波的频率作为避免支架产生共振的主要考虑因素，使得最终的设定范围准确，具有较高的参考意义
[0066]
具体过程包括如下：
[0067]
步骤b1：将所述评价转速带入所述径向力谐波频率与转速关系中，求解径向力一阶谐波的对应频率。将式
④
待入式
①
得到：
[0068][0069]
步骤b2：将所述径向力一阶谐波的对应频率作为所述悬置支架固有频率的设定下限。取n＝1时的f'(1)作为悬置支架固有频率的设定下限下限值。
[0070][0071]
其中，f”为悬置支架的固有频率。
[0072]
步骤s05：根据悬置支架的刚度和质量确定所述悬置支架固有频率的下限。由于悬置支架的固有频率(一阶模态)主要通过结构设计实现，且其结构设计的越强固有频率越高，相反地悬置支架的质量、成本等会大幅的增加。悬置支架的固有频率f”与支架的刚度k和质量m存在如下关系：
[0073][0074]
根据汽车悬置支架的实际设计和验证，通过结构设计能达到的刚度一般不超过200kn/mm，因此综合考虑悬置支架的性能、质量和成本等因素，电机悬置支架固有模态的最大设定值：
[0075][0076]
综上，纯电动汽车的悬置支架固有频率的设计范围为：
[0077][0078]
如图3所示，本发明一种基于上述电机悬置支架固有频率设定方法的系统，包括采集模块，用于获取电机参数和评价车速；第一计算模块，用于根据电机参数计算电机的径向
力谐波频率与转速关系；第二计算模块，用于根据评价车速计算评价转速；获取模块，用于根据径向力谐波频率与转速关系，以及评价转速获取悬置支架固有频率设定下限；输出模块，用于输出获取模块得到的悬置支架固有频率设定下限。
[0079]
可选的，所述第一计算模块包括：第一关系模块，用于根据电机参数获取电机的径向力谐波频率与转子基频关系；第二关系模块，用于获取电机的转子基频与转速关系；第三关系模块，用于根据径向力谐波频率与转子基频关系，以及转子基频与转速的关系，获取电机的径向力谐波频率与转速关系。
[0080]
可选的，所述采集模块还用于获取轮胎参数，轮辋尺寸、轮胎宽度和高宽比。
[0081]
可选的，所述获取模块包括：带入模块，用于将所述评价转速带入所述径向力谐波频率与转速关系中，求解径向力一阶谐波的对应频率；设定模块：用于将所述径向力一阶谐波的对应频率作为所述悬置支架固有频率的设定下限。
[0082]
使用时，利用如键盘、鼠标等输入设备，通过采集模块输入电机参数、评价车速、轮胎参数等信息；然后通过第一计算模块计算电机的径向力谐波频率与转速关系、第二计算模块计算评价转速以及获取模块计算悬置支架固有频率设定下限，快速准确的完成整个悬置支架的设计过程，大大节省设计阶段的时间。另外，整个过程可以程序完成，能够集成在电子设备的芯片功能中，进一步节省人工工作量，提高设计效率，采集模块可以是鼠标、键盘、触控屏等人机交互的设备。
[0083]
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。