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声运技术李志峰于中国汽车工程学会第三次测试技术年会上表示,新能源汽车动力总成集成化是行业技术的发展趋势,可以提供更舒适和安全的乘车体验但仍面临很多挑战和困难,其表现为新能源汽车动力总成有以下几个特点:一是其特有的频繁启停和加减速增加了工况的动态变化和工作模式的切换,而宽广的工作转速区间加剧了共振问题。另外,在动力电机高转速和高扭矩的驱动下,机械部件发生失效的几率大大增加。再加上一体化动力总成机电耦合、且内部构造紧凑而复杂,使得故障源及故障原因更难以查找,进而自身可靠性、NVH和质量等问题,在新能源汽车中就越发凸显。 李志峰和李佳恒介绍了多指标实时NVH检测,即时判定产品缺陷的方法,针对新能源汽车动力总成在研发和生产过程中所面临的困难,提出利用时间域、频率域和角度域的实时NVH检测方法,在耐久性试验中进行早期故障监测和分析,以及生产过程中进行在线NVH质量检测,为解决新能源汽车动力总成早期故障和质量问题提供了思路和方法。相关研究成果“新能源汽车动力总成耐久和治疗实时NVH检测”为题发表在中国汽车工程学会第三次测试技术年会上。 【图文导读】 图1 时间域分析、角度域分析、频率域分析 (a) 振动原始信号中的峰值。振动量时间域分析考察的是振动能量或峰值的大小。通常情况下,被试件发生故障时,振动能量会大幅增加,出现明显的尖峰。
(b) 计算得到的振动有效值随时间变化的增长情况。
(c) 振动阶次谱。振动量角度域分析考察的是旋转机械的振动量在各个阶次下的分布情况。阶次与频率与转速的关系为:
图2 早期故障检测 (a) 角度域的三维阶次谱。X轴(横轴)为阶次,Y轴(纵深方向)为时间,Z轴为振动幅值,可以清楚看到某特征阶次及两侧边频带出现了增长,而且可以看到什么时刻开始发生了失效。通常情况下失效部件所对应的特征阶次的两侧会出现多个等间距的边频带,其间距与失效零部件所在轴的阶次有关。不仅如此,特征阶次的整数倍(如二倍阶次、三倍阶次等)的两侧也会出现边频带。
(b)齿轮啮合阶次TMO (Tooth Mesh Order)及其整数倍的两侧边频带的增长模式是不同。对于齿面点蚀,越远离啮合阶次的边频带的幅值越低。而齿面断裂,振动能量平均分布在各边频带上。
(c) 红蚂蚁早期故障检测系统。利用振动加速度传感器对动力总成的振动信号进行采样;利用计数器对电机转速进行采集。
(d) 振动有效值Vib和阶次谱偏差OS趋势图。以某动力总成的输入轴作为基准进行阶次分析,发生失效时,振动有效值Vib和阶次谱偏差OS在失效时两者均超过了上限值。
(e) 振动原始信号周期性冲击现象。对失效时刻的振动原始信号分析,可以发现信号中有明显的周期性冲击现象,每0.077s出现一次振动峰值。根据动力总成传动结构和失效时运行转速,可以计算得出0.077s的冲击周期与输出轴的旋转周期一致。由此可以初步判定失效部件位于输出轴上。
(f)三维阶次偏差谱。在齿轮啮合阶次14.929阶两侧出现了多个间距约0.194阶的边频带。根据被试件的结构参数和工况信息,可以计算得到输出轴齿轮啮合阶次为14.929;输出轴相对于输入轴的阶次是0.194,因此可以定位是输出齿轮发生了失效。
(g)失效时刻(蓝色)与未发生失效时刻(绿色)二维阶次谱对比。边频带的增长形态与图b齿面断裂的形态相似。
(h)实物断齿失效图。最终结合时间域振动原始信号分析和角度域阶次分析,判断失效形式为断齿。对被试件进行拆解后,实物失效佐证了分析结果。
图3 在线NVH质量检测 (a)转速变化过程中的三维阶次谱。转速变化过程中阶次谱的变化情况,其中X轴(横轴)为阶次,Y轴(纵深方向)为转速,Z轴为振动幅值。
(b)阶次切片和总体噪声。对所关注的特征阶次进行切片,可以得到图中所示的绿色、蓝色和紫色曲线。红色曲线为总体噪声(Overall Noise),代表了被测产品的总体振动能量。
(c)德国红蚂蚁下线检测系统振动传感器传动机构。
(d)电机异常噪声阶次切片曲线。检测系统以被测动力总成减速机输出转速为基准进行阶次分析,在转速变化过程中,其中一台(蓝色曲线)的振动幅值比另一台(棕色曲线)高很多,在输出转速峰值点上振动约是另一台的5倍,也明显超出限值(红色带点曲线),说明电机噪声在此转速区间非常显著,属于不良品。
(e)减速器位于188阶及周边的阶次谱。检测系统以被测动力总成减速机输出转速为基准进行阶次分析,其中棕色曲线明显高于其它两条曲线,并超出限值(红色带点曲线),属于不良品。
(f)齿轮啮合噪声的峰值因子随输出转速变化的曲线。对188阶次进行阶次切片,不良品在190～230rpm输出转速区间,在215rpm输出转速达到峰值,并超过了界限值。
新能源汽车动力总成正迈向产业化多品种、规模化生产,为配合业界的发展,产品耐久和质量检测技术也随之升级,利用时间域、频率域和角度域的实时NVH检测方法,准确定位故障,可为解决新能源汽车动力总成早期故障和质量问题提供了思路和方法。 来源:电动汽车资源网EV江湖 声运技术 本文由电动汽车资源网【EV江湖】作者撰写,观点仅代表个人,不代表电动汽车资源网。 电动汽车资源网自媒体平台——EV江湖致力于打造新能源汽车产业生态与消费生态结合的新模式自媒体平台。我们以严谨而开放的态度,诚邀各路豪杰,探讨新能源汽车发展之路,见证产业发展一路风云,联系电话:0755-82433081 ,微信:314585903。 本文来源【电车资源网】版权归原作者所有 |
