面向NVH性能提升的电驱总成控制器盖板拓扑优化研究（下）
1 基于盖板动刚度性能进行拓扑优化的意义
电驱动总成这类旋转机械，由于工作转速范围较宽，同时存在电机电磁和齿轮的多个阶次，导致电驱激励源的激励频率范围很宽，严格意义上讲，盖板的模态频率无法与激励频率完全避开；从模态避频设计的角度，盖板的模态频率要与电驱常用工况转速对应的激励频率避开。
对于结构模态无法避频的情况，可以通过控制结构动刚度在模态频率处的最小值，来管控结构处于共振状态时的振动幅值，进而实现控制电驱辐射噪声的目的。
2 盖板动刚度响应拓扑优化设置方法
对原盖板方案及盖板全部填充方案中心点进行法向动刚度分析，位移及动刚度频率响应结果如下图1、图2所示，原盖板最大变形0.0639 mm，最小动刚度16 N/mm；盖板全部填充方案最大变形0.0026mm，最小动刚度385
N/mm。
图1盖板中心点法向位移频响曲线
图2盖板中心点法向动刚度曲线
基于动刚度的拓扑优化，设置方法如下；
设计变量：盖板设计区域；
约束条件：盖板中心点法向位移频响曲线峰值小于目标值；
目标函数：盖板设计区域质量分数最小化。
3 基于盖板动刚度响应的拓扑优化结果
如下图3是基于盖板中心点最大位移0.005 mm为约束条件，盖板设计区域质量分数最小化为目标的拓扑优化结果；该拓扑结构对应盖板中心点最大位移0.0036 mm，法向动刚度278 N/mm，相比原盖板方案大幅提升。
图3盖板动刚度拓扑优化结果
4 盖板网格重构及动刚度性能验证
基于上图3盖板动刚度拓扑优化结果，对盖板网格进行重构，如下图4所示。
图4盖板动刚度拓扑优化网格重构
盖板网格重构后进行中心点法向动刚度验证，原盖板最小动刚度16 N/mm，重量1229g；盖板全部填充方案动刚度最小值377 N/mm，重量3464g；基于动刚度性能的拓扑优化网格重构模型，动刚度最小值143 N/mm，重量1675g，动刚度相比原盖板方案大幅提升，如下图5所示。
图5盖板拓扑优化方案动刚度验证
5 盖板动刚度优化方案电驱总成振动性能验证
基于减速器一级齿轮25阶激励，仿真分析电控盖板中心点法向振动加速度的变化。
5.1 齿轴系统多体动力学分析
在Romax软件中进行齿轴系统多体动力学分析，得到各轴承外圈的轴承力幅值和相位数据，如下图6所示。
图6齿轴系统分析及轴承力输出
5.2 电驱总成振动计算
将各轴承力的幅值和相位数据同时加载到电驱总成有限元模型各轴承孔位置，如下图7所示，然后进行振动计算。
图7电驱总成有限元模型
5.3 电驱总成振动计算结果
分别使用原盖板方案和拓扑优化盖板方案，计算盖板中心点法向振动加速度的变化，如下图8所示，振动频响曲线幅值整体明显下降，峰值降低74%。
图8盖板拓扑优化方案盖板中心点法向加速度振动验证
6 盖板动刚度优化方案电驱总成辐射声功率性能验证
振动计算完成后，进行电驱总成辐射声功率分析，验证盖板拓扑优化方案的改善效果。
对电控盖板Base方案及拓扑优化方案进行电驱总成辐射声功率计算，两种方案辐射声功率对比结果如下图9所示。
图9电驱总成辐射声功率对比
由上图可见，拓扑优化盖板方案与原方案相比，电驱总成辐射声功率频响曲线在盖板一阶模态263Hz频率处降低15dB，在盖板二阶模态440Hz频率处降低8dB，说明了盖板拓扑优化方案对中低转速常用工况的噪声有明显改善，而对高转速区间的辐射噪声优化效果不明显。
