如何使用 HyperWorks 進行電驅動系統的 NVH 分析,幫助解決電動車噪音
2023.10.31
如何使用 HyperWorks 進行電驅動系統的 NVH 分析,幫助解決電動車噪音
純電動車輛由於缺少高背景噪音的掩蔽效應,路噪、風噪、異響、其他組件雜音等會顯得更加突出,同時電驅動系統產生的電磁激勵噪音也備受關注。
在 NVH 模擬領域,Altair 憑藉完善的求解器序列以及深厚的工程技術底蘊,形成了從零部件子系統到整車、從低頻到高頻、從多體動力學到統計能量法、從概念設計到整車系統、從結構模擬到控制模擬的 NVH 完整解決方案。
在電驅動系統 NVH 模擬方面,Altair 提供從電磁載荷提取到 NVH 性能模擬及最佳化的整體解決方案。借助 AItair HyperStudy 最佳化引擎,能夠全面掌握馬達 NVH 性能與電氣參數的關係,達到 NVH 與其他性能指標的平衡。
電驅動系統 NVH 分析項目與 HyperWorks 軟體模組
- 電磁載荷提取 - Flux
- 等效聲輻射 - OptiStruct
- 雨瀑圖 - HyperView
- ERP 階次分析 - OptiStruct / Altair NVH Diector
- 力波圖 - HyperView
- 實模態分析 - OptiStruct
- 複模態分析(轉子動力學) - OptiStruct / HyperView
- 模態貢獻量分析 - OptiStruct / Altair NVH Diector
- 輻射噪聲分析 - OptiStruct / HyperView
- 齒輪箱多體動力學(齒輪敲擊與嘯叫) - Altair MotionView / Altair MotionSolve
- 多物理場最佳化 - HyperStudy / Flux / OptiStruct
- 電驅動系統聲學包與整車 NVH 系統 - NVH Diector / Altair SEAM
電驅動系統的 NVH 分析流程
基於 HyperWorks 的電驅動系統結構 NVH 模擬流程如下:
- 通過 FluxMotor/Flux 計算馬達電磁場並提取電磁力分佈載荷
- 使用 HyperMesh/SimLab 建立包含定子、轉子、殼體、齒輪傳動系的電驅動系統結構分析模型
- 完成電磁力載入和結構邊界條件設置 ( SimLab 中電磁力自動載入)
- 調用 OptiStruct 求解器,在 HyperView 中查看輻射噪音雲圖及結構變形動畫
- 在 HyperGraph 中查看振動和噪音曲線
如下圖,我們在 FluxMotor 中快速建模並進行電磁力分析,接著輸出馬達模型至 Flux,在 Flux 中進行磁場計算及電磁力提取,再導入電磁力載荷,接著到 OptiStruct 中進行 NVH 分析後,即可查看 ERP 結果分析。
Optistruct 求解器支援結構 ERP (等效聲輻射功率)和輻射噪音輸出,並且支援這些回應的診斷資訊輸出:
- 輻射噪音評價、等效聲輻射功率 (ERP)
- 階次分析、力波分析
- 模態貢獻量分析
- 模態分析
三合一電驅動系統 NVH 分析最佳化案例
目前市面上大多數電驅馬達與齒輪箱、控制系統集成,對這種動力系統的 NVH 分析,需要考慮齒輪和傳動系統對結構回應的影響。如下圖,我們先在 Flux 中提取負載,再到 HyperWorks 中進行結構建模,接著在 OptiStruct 進行聲學分析,最後可得到 ERP 最佳化分析結果。
- 通過 SimLab 創建了齒輪結構網格模型,使用一定剛度的彈簧單元建立齒輪見的嚙合關係
- 通過 NVH Director 中的 Radiated Sound 模組對 ERP 進行貢獻量分析,判斷結構弱點
- 通過貢獻量分析發現主要噪音輻射能力出現在控制箱上,在驅動系統殼體上有少量貢獻,因此對模型進行以下參數最佳化:
- 控制箱與馬達隔振剛度
- 控制箱面板形貌
- 控制箱尺寸
- 殼體材料、拓撲
最佳化結果顯示控制形貌和控制箱隔振對輻射噪音影響最大,與貢獻量分析中的結論一致。
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