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Mr. Helmut Mueller 新能源传动系统的NVH测试

2018-09-11 20:07:13·  来源：HelmutMueller 中国汽研新能源汽车测试评价  
　
随着各大企业开始宣布禁售燃油车的计划，新能源汽车已经成为新时代的宠儿，驾驶舒适性也一直是人们非常看重的性能指标之一，因此，新能源汽车的NVH性能显得尤为重要。由于新能源汽车的动力系统与传动汽车有本质区别，新能源汽车NVH性能又有那些新的问题呢？我们邀请到了吉孚动力副总经理Mr.Helmut Mueller解读这一问题。吉

随着各大企业开始宣布禁售燃油车的计划，新能源汽车已经成为新时代的宠儿，驾驶舒适性也一直是人们非常看重的性能指标之一，因此，新能源汽车的NVH性能显得尤为重要。由于新能源汽车的动力系统与传动汽车有本质区别，新能源汽车NVH性能又有那些新的问题呢？我们邀请到了吉孚动力副总经理Mr. Helmut Mueller解读这一问题。
吉孚动力是德国最大的独立的变速箱测试机构，具备30多年的测试经验，在全球拥有150多个测试台架，除了在德国的5个测试中心外，在中国还有两个，其中一个在苏州，另一个在天津（在建）。目前，吉孚拥有多种动力总成测试台架，也拥有自己的测试跑道。

NVH面临的问题主要包括以下几类：电动车的逆变器和电机等发出的高频噪声、齿轮传递误差造成的齿轮啸叫、非承载齿轮间隙导致的敲击声、传动系扭矩突变导致的撞击声和闭合锁止离合器时的低频沉闷金属声。

在NVH测试开发流程中，传递路径分析（TPA）是必不可少的工作，其中包通过经悬架传递至车身的结构传递噪声和空气传播的噪声。汽车开发流程有个“V”字型模型，NVH测试开发流程也同样有，对于整车目标有性能、燃油消耗率、NVH性能等，对于传动系统而言，有耐久性、质量和成本、NVH性能等。如下如图所示，整车NVH目标需从系统以及零部件层面实现，而从系统及零部件层面到整车NVH性能实现过程，必须进行测试台的验证过程。

如今驱动系统由传统的内燃机改为电机后，又有许多新的NVH问题，主要有以下几点：一、逆变器中的IGBT造成的高频噪声；二、电机扭矩波动引起的激励；三、电机转速可高达两万转，造成的高频齿轮传动噪声；四、缺少内燃机，没有内燃机噪声的掩盖。关于混合动力方面，内燃机系统噪声同时经过空气传播和结构传播至驾驶舱，由于混合动力的电力系统是高度集成的，也使得其他集成更加困难，如内燃机和变速器之间的集成。面对新的NVH挑战，需新的测试手段和测试设备才能应对，如需要更安静的消声室、高刚度的测试台、用于高速高频的传感器、高速测试台架和电机等。
吉孚从1997年开始进行NVH测试，2010年已经搭建了优越的仿真设备，并开始准备对电动车NVH测试，经过八年的充分准备，现在已经有足够的能力应对这些新的挑战。

下图是2017年搭建的两个最新电机测试台架

第一台架为AWD和FWD测试台架，目前位于德国-阿尔斯多夫；第二个为FWD测试台架，目前位于苏州。上面的两个输出端即输出端1与输出端2既可以做前驱车测试也可以做后驱车测试。从结构和材料上，该测试台架被固定在荷载为60吨的试验台架地板上，轴系材料为碳纤维，平衡精度达G2.5，电机转速最高可达20000rpm，扭矩达575 N.m，满足4000 rad/s²的加速要求。在德国，该实验台是一级的NVH实验台，已经具备世界一流水平。

整个布局层面，电池模拟器功率可达150kW，最高电压和电流达600V和600A，测试台内部有一个完整的混合驱动系统在内，测试过程中可滤掉一些不必要的振动，通过台架的分析软件，可对NVH的现象进行可视化分析，比如通过动力传动系统和测试台架模拟仿真，可使测试对象和台架运行状态得到保证。下图上面的颜色变浅代表噪声变大，深色的地方代表噪音较低，从下图可看出，发动机转速从500到5000RPM的噪声是不同，这便是可视化分析软件提供的仿真分析图像，变速器啸叫问题根本原因在于齿轮本身，轮齿啮合变化会引起变速器产生周期性的振动，其频率与传动系固有频率接近时会形成一个共振区域而使得噪声增加数倍。

传动系的传递误差是由低速测量得到，变速器内所有齿轮的传递误差都可在台架上进行直接测量，且都是低速测量的，下图可以看出传递误差与转速之间的关系，齿轮箱的传递齿轮有26个齿，可以看出每一个齿啮合情况，通过这个图分析可以得出噪音的来源，以及齿轮箱的噪音和误差产生的情况。另外对于接触斑点的分析，接触的斑点显示了齿轮的接合面中间会产生一些传递误区，传递误区越高噪音越大，反之噪音越小，这是NVH测试中非常重要的一个测试。


总结
新能源汽车NVH问题较传统车有较大改变，其NVH技术挑战主要来源于新能源汽车的三电系统，电机转速高于发动机，对其他零部件的噪声要求更高。由于要求更加苛刻，对测试设备要求也更高。吉孚动力已为新能源测试准备八年，已经建立了能够满足新能源汽车NVH测试要求的台架设备。
 
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