【技术贴】基于AVL EXCITE eAxle的全新电驱总成NVH分析解决方案

针对电驱总成NVH分析，AVL之前提供了基于EXCITE Power Unit软件的解决方案，我们也基于该方案发布过一篇技术贴《基于AVL仿真分析平台的电驱动总成NVH分析》，得到了广大用户的关注，也为关心电驱总成NVH分析的CAE工程师提供了可靠的解决方案。具体来说，针对电驱总成NVH分析，AVL基于EXCITE Power Unit软件的解决方案有如下优势：

1.  时域分析，可以考虑齿轮动态传递误差，分析结果可以涵盖主阶次及其谐波，以及由于不平衡、不对中等引起的边频调制等结果，真正做到结果的定量分析；

2. 时域分析，可以在单个模型、单次计算中同时进行齿轮啸叫和齿轮敲击噪声的分析；

3. 时域分析，可以进行任意瞬态过程的模拟，例如Tip-in/Tip-out工况引起的冲击；

4. 先进的时域差分求解器，同样的模型规模、全柔性体建模、同类型时域分析软件中求解速度无与匹敌；

5. 方便进行模型扩展，除纯电电驱动总成外，还可加入发动机模型进行混动系统动力学和NVH分析。

为了提升用户体验，降低软件建模难度，AVL在保留原有EXCITE Power Unit软件求解器的基础上，对建模部分进行了全新开发，专门针对电驱动总成分析，开发了EXCITE eAxle软件，其特点如下：

1. 基于AVL全新软件界面Simulation Desktop（SDT）开发，三维可视化建模方式使得模型建模过程更简单快捷；

2. 模块化行星齿轮建模方式，可以实现一键式整体导入和参数化实时更新；

3. 保留了EXCITE Power Unit软件求解器，依然采用时域分析方式，上述EXCITEPower Unit方案优势得以延续；

4. 与电机载荷提取工具E-Motor Tool（EMT）可以进行无缝数据交互，避免大量电机载荷数据处理和映射工作，提升建模和分析效率；

5. 模板化PPT格式计算报告自动生成，支持模板自定义，免去大量手动后处理，提升分析效率。

EXCITE eAxle拥有极其友好的建模界面，可以实现三维实时可视化模型搭建，如下图带行星齿轮组和平行轴齿轮组的电驱总成模型搭建也可以在一个小时内完成。

EXCITE eAxle为了方便用户建模和模型解读，也为了能更准确考虑实际工程问题，设置了很多方便的功能。

1）Focus View功能，选中部件或连接副，点击即可以方便地进行结构和载荷边界的聚焦，以快速查看部件或载荷边界具体信息。

载荷聚焦

2）行星齿轮组模块化建模，EXCITE eAxle包含模块化行星齿轮组，可以一键式拖入整个行星齿轮组模型，即可包含完整的部件和连接关系定义，并可以方便地进行参数调整，同时支持参数合理性分析（如果不合理会有错误提示），三维界面也会跟着实时更新。

3）齿轮修形，EXCITE eAxle支持所有常用修形方式的参数化定义，也可以支持齿面两侧非对称修形，如下：

另外，EXCITE eAxle还支持基于扫掠面定义由于加工误差或齿面磨损引起的齿轮各齿面形状差异。经验表明，由于加工误差引起的齿面差异，对齿轮啸叫噪声的影响会达到1~2dB。

4）有限元模型缩减替换，EXCITE eAxle除了支持基于参数化的齿轴的建模外，还支持所有部件基于有限元缩减模型的建模，其Component Modeler支持常见有限元网格的导入（inp、bdf、cdb）和自动主节点绑定及缩减求解，既可以调用外部有限元求解器，也可以使用内置ABAQUS求解器（需license支持）。主节点自动绑定可以大大减少有限元前处理工作，尤其对于电机定子或齿轮等部件。

5）齿轮阻尼及摩擦系数多种定义方式，EXCITE eAxle支持齿轮接触阻尼和侧隙阻尼以及齿面摩擦系数的自定义，即直接输入阻尼值和摩擦系数，这就要求CAE工程师有一定的经验。除此以外，如果工程师对于阻尼和摩擦系数经验不足或不确定，EXCITE eAxle还支持基于EHL（elastic-hydro lubrication）方法的理论计算，用户只需要定义齿面粗糙度和润滑油属性，软件即会自动计算动态阻尼和摩擦系数值，用于更精确的齿面接触分析。

6）滚动轴承自动匹配，EXCITE eAxle可以基于轴颈和轴承座孔尺寸自动化、批量化创建滚动轴承连接，极大提升连接关系定义效率。

7）轴承或花键等连接不对中参数化定义，EXCITE eAxle支持对部件连接点的位置进行参数化编辑，可以方便地用于考虑加工误差、安装变形等引起的不对中度的影响。

8）电机连接副，EXCITE eAxle电机连接副采用Map形式定义，分为Map Based Torque和Map Based Tooth Forces两种类型，即通过定义不同转速不同负荷（扭矩）工况下电机的扭矩波动曲线或各个定子径向力、切向力和弯矩的Map来表征电机的激励属性，前者主要用于动力学和瞬态过程分析，后者主要用于电驱总成NVH分析。数据支持csv或ASCII格式文件导入。基于定义好的Map，EXCITE eAxle即可以进行任意瞬态或准稳态工况的动力学仿真分析。对于Map中不存在的工况点，软件会自动进行插值处理。

9）基于EMT的电机Map数据自动获取，为了方便EXCITE eAxle用户高效获取电机载荷Map，EXCITE eAxle附加了EMT工具，可以用于电机各工况扭矩及定子齿激励的计算与自动化数据后处理，实现从电磁场计算到动力学计算的无缝数据交互。

10）电驱总成悬置建模，EXCITE eAxle支持多种类型悬置定义，包括非线性静刚度悬置、动刚度悬置及非线性静刚度+动刚度悬置，并且内置悬置参数识别工具，可以直接基于悬置刚度测试曲线完成悬置参数识别和建模，以支撑全频域悬置和总成振动分析。

悬置动刚度参数自动识别与建模

11）三维可视化运动学检查，建模完成之后，EXCITE eAxle支持运动学检查，一方面可以检查模型连接关系是否正常、运动状态是否合理，另一方面也可以进行各部件初始速度的计算以及轴承激励频率的理论分析。

EXCITE eAxle后处理同样基于SDT平台的IMPRESS M进行，可以实现二维和三维数据同窗口联动处理，并支持二维数据与三维动画导出。

除了常规手动结果查看和数据处理外，EXCITE eAxle集成了方便的数据自动处理模板。

1）自动报告生成，EXCITE eAxle内置eAxle Report Generator报告生成App，动力学计算完成后，采用该App可以全自动生成基于内置模板或定制模板的PPT格式计算报告，工程师无需或进行少量二次加工即可用于分析汇报。

结构总览

轴承报告

齿轮报告

2）系统模态计算，EXCITE eAxle支持电驱动总成系统全自由度模态计算，并进行动画显示和导出，以方便用于进行NVH问题分析。

3）数据恢复，EXCITE eAxle同样拥有和EXCITE Power Unit类似的数据恢复功能，可以快速将动力学计算结果通过数据恢复矩阵得到整个有限元表面振动结果，用于结构噪声分析或后期噪声辐射计算。

数据恢复壳体表面振动

AVL先进模拟技术部一直致力于为广大用户提供更贴近于工程实际需求又更准确的仿真工具。本期介绍的EXCITE eAxle即为专门针对电驱动总成动力学和NVH分析的仿真工具，所有的功能设置和考虑因素都汇聚了AVL工程实践的经验积累。如果您对EXCITE eAxle软件感兴趣，欢迎发送邮件至Mechanical_support_china@avl.com联系。