Transmission Dynamics Modelling : Gear Whine Simulation Using AVL Excite

Nowadays, increasing pressure from legislation and customer demands in the automotive industryare forcing manufacturers to produce greener vehicles with lower emissions and fuel consumption.As a result, electrified and hybrid vehicles are a growing popular alternative to traditional internalcombustion engines (ICE). The noise from an electric vehicle comes mainly from contact betweentyres and road, wind resistance and driveline. The noise emitted from the driveline is for the mostpart related to the gearbox. When developing a driveline, it is a factor of importance to estimatethe noise radiating from the gearbox to achieve an acceptable design.Gears are used extensively in the driveline of electric vehicles. As the gears are in mesh, a mainintrusive concern is known as gear whine noise. Gear whine noise is an undesired vibroacousticphenomenon and is likely to originate through the gear contacts and be transferred through themechanical components to the housing where the vibrations are converted into airborne andstructure-borne noise. The gear whine noise originates primarily from the excitation coming fromtransmission error (TE). Transmission error is defined as the difference between the ideal smoothtransfer of motion of a gear and what is in practice due to lack of smoothness.The main objective of this study is to simulate the vibrations generated by the gear whine noise inan electric powertrain line developed by AVL Vicura. The electric transmission used in this studyprovides only a fixed overall gear ratio, i.e. 9.59, under all operation conditions. It is assumed thatthe system is excited only by the transmission error and the mesh stiffness of the gear contacts. Inorder to perform NVH analysis under different operating conditions, a multibody dynamics modelaccording to the AVL Excite program has been developed. The dynamic simulations are thencompared with previous experimental measurements provided by AVL Vicura.Two validation criteria have been used to analyse the dynamic behaviour of the AVL Excite model:signal processing using the FFT method and comparison with the experimental measurements.The results from the AVL Excite model show that the FFT criterion is quite successful and allexcitation frequencies are properly observed in FFT plots. Nevertheless, when it comes to thesecond criterion, as long as not all dynamic parameters of the system such as damping or stiffnesscoefficients are provided with certainty in the model, it is too difficult to investigate the accuracy ofthe AVL Excite model.Another investigation is a numerical design study to analyses how the damping coefficientsinfluence the response. After reducing the damping parameters, the results show that the housingand bearings have the highest influence on the response. If more acceptable results are desired,future studies must be concentrated on these to obtain more acceptable damping values.För närvarande tvingar ökat tryck från lagstiftning och kundkrav inom bilindustrin tillverkarna attproducera grönare fordon med lägre utsläpp och bränsleförbrukning. Som ett resultat ärelektrifierade och hybridfordon ett växande populärt alternativ till traditionellaförbränningsmotorer (ICE). Bullret från ett elfordon kommer främst från kontakten mellan däckoch väg, vindmotstånd och drivlinan. Bullret från drivlinan är i huvudsak relaterat till växellådan.Vid utveckling av en drivlina är det av betydelse att uppskatta bullret från växellådan för att uppnåen acceptabel design.Utväxlingar används i stor utsträckning i elfordons drivlina. Eftersom kugghjulen är i kontaktuppstår ett huvudproblem som är känt som ett vinande ljud från kugghjulskontakten.Kugghjulsljud är ett oönskat vibro-akustiskt fenomen och uppstår sannolikt på grund avkugghjulkontakterna och överförs via de mekaniska komponenterna till växellådshuset därvibrationerna omvandlas till luftburet och strukturburet ljud. Kugghjulsljudet härstammarhuvudsakligen från exciteringen som kommer från transmissionsfel (TE) i kugghjulskontakten.Överföringsfelet definieras som skillnaden mellan den ideala smidiga rörelseöverföringen hoskugghjulen och rörelsen som sker i verkligheten på grund av ojämnheter.Huvudsyftet med denna studie är att simulera vibrationerna som genereras avkugghjulskontakterna i en elektrisk drivlina utvecklad av AVL Vicura. Den elektriska drivlinan somanvänds i denna studie har endast ett fast utväxlingsförhållande, dvs 9,59, för alladriftsförhållanden. Det antas att systemet är exciterat endast av överföringsfelet och kugghjulensstyvhet i kuggkontakterna. För att kunna utföra NVH-analys under olika driftsförhållanden har enstelkroppsdynamikmodell utvecklats med hjälp av programmet AVL Excite. De dynamiskasimuleringarna jämförs sedan med tidigare experimentella mätningar som tillhandahålls av AVLVicura.Två valideringskriterier har använts för att analysera det dynamiska beteendet hos AVL Excitemodellen:signalbehandling med FFT-metoden och jämförelse med experimentella mätningar.Resultaten från AVL Excite-modellen visar att FFT-kriteriet är ganska framgångsrikt och allaexcitationsfrekvenser observeras korrekt i FFT-diagrammen. Men när det gäller det andra kriteriet,så länge som inte alla dynamiska parametrar i systemet, såsom dämpnings- ellerstyvhetskoefficienter, är tillförlitliga i modellen, är det för svårt att undersöka exaktheten hos AVLExcite-modellen.En annan undersökning som utförts är en numerisk designstudie för att analysera hurdämpningskoefficienterna påverkar responsen. Efter minskning av dämpningsparametrarna visarresultaten att växellådshus och lager har störst inflytande på resultatet. Om mer acceptabla resultatär önskvärda måste framtida studier koncentreras på dessa parametrar för att uppnå mer acceptabladämpningsvärden