切向电磁力对电动车动力总成振动噪声的影响分析

高频电磁噪声研究中的电动车动力总成分析


摘要

本文目标在于深入探索电动车领域的高频电磁噪声问题，特别是聚焦于动力总成的系统性分析。车辆电动化在国际层面的广泛应用，推动了动力总成设计与性能优化的深入研究。为了准确理解噪声和振动的根源，尤其关注电磁效应在系统表现中的作用，本文采用场路耦合方法对电动车的动力总成进行有限元仿真分析，重点关注了电机电磁径向和切向电磁力波效应对振动噪声特性的影响。特别是，研究通过在半消声室内进行振动加速度及辐射噪声测试，验证了仿真方法的准确性，并证实了在电机与减速器集成后，尽管径向力影响相对较小，切向力对系统振动噪声特性产生了显著的影响。这一发现对电机电磁参数的调整、改善电机设计及振动抑制策略的优化提供了关键的理论依据和试验支持。

引言

随着新能源汽车产业的蓬勃发展，对电动车动力总成的振动噪声特性研究已成为核心关注点。深入理解噪音和振动的本质，尤其是径向力引起的电磁振动现象，已成为研究的焦点。一般来说，噪声和振动的根本源头被归结于电磁铁在运动过程中的动态效应对系统产生的贡献。以往的分析多数基于理想化的状态，如短期内忽略了外电路的电阻和电感等实际因素对电磁场的影响。近年来，研究领域借助先进分析手段，引出了电机与减速器之间耦合关系的重要观点，提出了需要同时考虑电磁切向力波的影响。如Prasanth等研究揭示了车用发电机啸叫问题及其机械构件间的相互作用。Pellerey等人通过分析进一步阐述了电磁切向力波对电动车辆动力总成动力响应的复杂影响，强调了即使这种力的存在貌似对电磁噪声的影响较小，却往往影响到了减速器的动态特性。

电磁力计算与仿真模型构建




本研究中，基于场路耦合原理，首先对电机电磁场进行系统分析，得到了电机在稳态过程中的径向和切向电磁力。通过将这一体路耦合模型与动力总成实际工作情景相结合，构建了全面分析系统状态的基础。电磁激励的耦合过程通过在Simplorer中实现SPWM控制电路设计与Ansoft电机电磁分析模型的集成完成，为后续仿真与验证提供实际工况的精准模拟情景。

模态分析与振动特性研究

模态分析作为动力学领域的重要工具，承担了识别系统关键振动模式和固有频率的任务。通过预设动力总成的边界条件并进行多模式约束下的模态分析，研究揭示了系统的复杂振型结构，显示了在考虑减速器因素后，动力总成的固有频率分布呈现密集状态，特别是在电磁力的主要谐波频率附近显示出多个固有频率的显著分布，对整体振动特性带来了显著影响。

振动响应与实验验证

引入ANSYS有限元软件构建动力总成的三维结构模型，在此基础上分析了包括切向力在内的电磁力对系统动态响应的影响。分析结果显示了切向电磁力直接作用下，动力总成结构的振动特性，其中电机和减速器之间的直接联接，使得电机的震动不仅影响自身，也传导到减速器，特别是2000Hz和2400Hz频率点附近的效果尤为显著。同时，通过声压分布仿真，证实了切向电磁力对系统噪声特性的差异性贡献，特别是在2000Hz至2400Hz的频段范围内，显示出对减速器表面噪声影响更为显著的特性。

试验研究与结论

在半消声室环境中，对实验车辆动力总成进行振动与噪声的全面测试，通过对比分析有无切向电磁力作用下的振动加速度与辐射噪音规律，验证了仿真预测的合理性和精确度。实验数据揭示了动力总成与电机驱动系统集成时，确实在电机与减速器结构影响下，振动与噪声特性出现了额外的复杂性与变化。整体分析结果证明，虽然切向电磁力在电机表面上的影响相对有限，但在减速器表面及其特定频率点所呈现的振动与噪声影响却显著可察觉。这一发现进一步推动了多发系统动力学特性的深入研究，特别是在振动噪声优化领域的技术创新。

本文通过对电动车动力总成在高频电磁噪声问题上的研究，不仅验证了仿真模型的有效性和准确性，还深入探讨了部件集成对系统动态响应的直接影响，为电动车动力总成设计与噪声减振策略提供了坚实的基础。未来的研究可以进一步聚焦于电机电磁参数与结构优化，将理论发现转化为更具实践性的改进措施，旨在提高电动车动力总成的性能与使用体验。