【原创资讯】复合材料为电动汽车噪音提供解决方案

我们每天使用的许多材料是不可持续的。有些对植物或动物有害，有些则含有稀有元素，而这些元素并不总是像现在这样容易获得。利用新的有机分子来获得不同的材料特性是未来的一大希望。

驾驶电动汽车的乐趣之一是它可以安静运行。但是，驾驶者享受的这份安静对汽车设计师来说是有代价的。在没有内燃机持续的隆隆声和其他噪音的情况下，他们必须找到一种方法来消除之前未被注意到的正常车辆声音。不幸的是，这些有害声音的修复方法通常会对电动汽车（EV）的效率产生负面影响。

英国的一些研究人员认为，复合材料可以提供解决方案。国家复合材料中心（NCC）与工业界合作，推动复合材料设计和制造方面的创新，目前正与工程咨询公司drive System design合作，开展一个为期12个月的项目，研究复合材料在电动汽车集成电动驱动单元（EDU）中的应用。目的是在不影响其噪声、振动和粗糙度（NVH）特性的情况下提高EDU的效率。

电动汽车的电驱动装置由电动机、变速器和逆变器组成，将蓄电池中的直流电转换为电动机所需的交流电。在化石燃料汽车中，这三个部件可能位于发动机的不同区域，但在以减轻重量为重点的电动汽车中，这三个子系统更经常被集成到一个紧凑型外壳中，即EDU中。

驱动系统设计（DSD）机械工程主管马库斯·霍斯（Markus Hose）解释说：“优势在于包装密度和在给定空间或质量内的性能。”问题是，在EDUs的初始设计阶段，重点几乎完全放在它们的效率上。在开发项目的后期，通常会考虑整个系统的NVH，而解决方案往往会降低车辆的性能。

“例如，如果电动机噪音很大，你通常必须对它做一些会降低其效率的事情，”Hose补充道。在为期一年的研究项目中，合作伙伴将研究复合材料的使用是否有助于平衡NVH和EDU的效率。Hose说：“我们希望在设计阶段的开始就从NVH特性开始，而不是在最后解决它们。如果由复合材料制成的转子罩在前端抑制了NVH，设计者将有更多的自由来增加紧凑型EDU的功率，从而提高效率。

在最初的研究阶段，NCC研究人员一直在研究几种不同的复合材料的性能。“我们必须问自己的第一个问题是，哪种复合材料可以为我们提供哪些具有NVH特性的性能优势。”Hose说。挑战之一就是了解不同类型复合材料的阻尼特性。（阻尼是材料减少引起噪音和振动的共振的能力）

为了在EDU中有效，复合材料必须具有良好的阻尼特性，同时保持所需的强度和刚度特性。“通常刚度和阻尼之间会有一点折衷。Hose说：“像一张纸之类的东西，如果受潮得很好，在变速箱或马达上的负载就不会很好了。”为了找到合适的材料，NCC一直在研究各种聚合物和纤维组合的长纤维热塑性塑料，包括从大麻等天然纤维到高性能碳纤维和芳纶纤维等各种材料。

使用复合材料可能很有挑战性，因为它们提供了许多可能性。“有这么多的信息，有这么多的排列，”Hose说。DSD正在协助NCC在变速器和电机设计方面的专业知识以及复合材料的设计参数。这些要求被故意定得很高，希望能激发创新。Hose补充说：“那是尤里卡时刻可能发生的时候。在项目期间，DSD还将使用其建模能力来实际测试改变EDU中的一些结构元素（例如，将铝支座换成复合支座或将钢球轴承壳换成复合支座）将如何影响车辆的NVH特性。

此外，NCC和DSD正在研究在生产车辆中使用复合材料带改善电机设计的可行性。增加转子中磁铁的强度可以提高电机的功率和效率，但也会增加转子外壳的机械应变。如果制造商能够找到一种成本效益高的方法，将外壳包裹在一个复合带中，提供额外的强度，他们就可以提高他们生产的所有电动汽车的电机性能。

DSD和NCC预计在秋天的某个时候结束他们的复合材料研究。虽然研究结果将回答一些关于复合材料抑制声音能力的问题，但它们可能会引入更多的问题。下一步可能是找到一家有兴趣对复合材料转子部件进行实际测试的公司。Hose说：“我们将在我们的思想领导层中推动游戏的发展。我认为我们将更好地了解如何在设计更有趣的电力驱动装置组合方面取得重大进展。”

（来源：composites manufacturing）