纯电动汽车三合一电驱动系统噪声的传播特性研究

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由于能源短缺和环境污染严重等问题,纯电动汽车成为汽车工业发展的重要方向,其驱动系统为电机、减速器和控制器集成的三合一电驱动系统。然而,车辆运行过程中,三合一电驱动系统会产生机械噪声和电磁噪声,这些噪声通过结构和空气传播至车内,从而对车内振动噪声产生影响,给驾驶员和乘客带来不好的体验。因此,分析三合一电驱动系统和车内的振动噪声特性,辨识其噪声的来源,从而有效降低车内噪声,具有重要意义。本文主要探究了纯电动汽车三合一电驱动系统的振动噪声特性,辨识了三合一电驱动系统振动噪声的来源,分析了纯电动汽车三合一电驱动系统在车内的传播特性。本文的主要研究内容如下:(1)三合一电驱动系统激励源特性分析。首先,实验采集了该三合一电驱动系统内置式永磁同步的三相电流并分析了电流的幅频特性;然后,建立了该三合一电驱动系统内置式永磁同步电机的电磁模型,仿真计算了三合一电驱动系统内置式永磁同步电机的气隙磁场、电磁力和输出转矩脉动,并分析了三合一电驱动系统内置式永磁同步电机的气隙磁场、电磁力以及输出转矩的幅频特性;最后,建立了考虑电机输出转矩脉动的三合一电驱动系统减速器动力学分析模型,仿真计算了三合一电驱动系统减速器齿轮啮合力和轴承动态力,并分析了齿轮啮合力和轴承动态力的幅频特性。研究结果表明:内置式永磁同步电机三相电流的主要频率成分为电流频率fc的整数倍频和逆变器开关频率fs附近的fs±kfc;内置式永磁同步电机电磁力的主要频率成分为2kpfr,电机输出转矩脉动的主要频率成分为(2k-1)fc;减速器齿轮啮合力主要包含kfm的频率成分,轴承动态力主要包含kfn和kfm的频率成分。(2)三合一电驱动系统噪声特性分析。首先,建立了内置式永磁同步电机、减速器和三合一电驱动系统的声振耦合计算模型,在稳态工况下,分别计算了内置式永磁同步电机、减速器和三合一电驱动系统的振动噪声响应;然后,分析了内置式永磁同步电机、减速器和三合一电驱动系统的振动噪声的幅频特性。研究结果表明:内置式永磁同步电机振动噪声主要由电机电磁力产生,包含的主要频率成分为2kpfr;减速器的振动噪声主要由电机的转矩脉动和齿轮啮合产生,包含的主要频率成分为kfm1、kfm2、kfn3和(2k-1)fc;三合一电驱动系统的噪声主要由电机电磁力和减速器齿轮啮合力产生,包含的主要频率成分为2kpfr、kfm1、kfm2和(2k-1)fc。(3)纯电动汽车有限元建模及模态分析。首先,建立了该纯电动汽车白车身的三维结构模型和有限元模型,然后计算了白车身的模态。研究结果表明,白车身的低频模态主要为弯曲和扭转模态。(4)纯电动汽车车内噪声特性分析。首先,通过实验采集加速和制动工况下的三合一电驱动系统和车内噪声;然后,分析了三合一电驱动系统和车内噪声的幅频特性。研究结果表明,在加速和制动工况下,三合一电驱动系统噪声的主要频率成分为22fr、44fr、48fr、66fr、fs-12fr、fs+12fr,其主要来源为电磁力和齿轮啮合力;在加速和制动工况下,车内噪声三合一电驱动系统开关频率附近的高频噪声幅值大幅降低,主要的频率成分为22fr、48fr等中低频噪声。
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