Analisi delle vie di trasmissioni vibro-acustiche dal motore elettrico in-wheel all'abitacolo

Nello sviluppo di motori "in-wheel", Elaphe Propulsion Technologies Ltd. deve accertarsi che il proprio sistema di propulsione non provochi eccessive vibrazioni che potrebbero tradursi in ecessivo rumore all'interno dell'abitacolo. I sistemi di sospensione ruota attualmente in commercio non sono solitamente progettati per isolare anche acusticamente e c'è una generale mancanza di conoscenza circa le loro proprietà specie ad alte frequenze, proprio quelle maggiormente sollecitate dai motori elettrici.

Elaphe, nella capitale slovena Lubiana, è un'azienda concentrata sull'innovazione, ricerca e sviluppo per motori elettrici in-wheel per la propulsione dei veicoli. Elaphe ha già al suo attivo svariate generazioni di questi motori che sono stati testati su molteplici veicoli. I veicoli equipaggiati con questi propulsori innovativi sono serivti per mostrare all'industria automoilistica come soddisfare le sempre più stringenti norme. Elaphe sta ora ingegnerizzando i propri prodotti per diventare fornitore dei Tier 1 e dei principali OEM.

Figura 1. Montaggio sensore motore e sospensione.

Il controllo delle vibrazioni del motore è un aspetto fondamentale in quanto potrebbe causare un elevato livello di rumore structure-borne a discapito degli occupanti del veicolo. Nella progettazione di un motore elettrico deve dunque essere introdotto anche l'isolamento di tali vibrazioni. Per caratterizzare le vibrazioni proprie del motore e quelle dovute all'accoppiameneto motore-veicolo sono stare condotte prove di transfer path analysis sui primi prototipi.

Elaphe ha usato i suoi muletti per studiare l'effetto della sospensione del veicolo e come si trasmettono le vibrazioni del motore elettrico. I risultati sono stati utilizzati nelle fasi successive di sviluppo prodotto e in collaborazione col cliente finale, per concordare i target ed aspettative finali.

La strumentazione utilizzata per i test comprende moduli Dewesoft Sirius per l'acquisizione di vari sensori: accelerometri, microfoni, trigger manuali e dati CAN del veicolo.

Il setup classico prevedeva un singolo modulo Sirius per le letture di tutti i parametri NVH ma per i test più aprofonditi, che includevano regolazioni di sospensioni e motori elettrici, sono stati impiegati 3 moduli Sirius sincronizzati tra di loro.

Figura 2. Tre moduli Sirius alimentati dal battery pack.

Tutta la strumentazione è stata assicurata al veicolo dato che le prove fatte erano in condizioni operative. Dovendo motare i sensori vicino alle sorgenti, alcuni sensori sono stat montati sotto lo chassis ed anche in prossimità delle sospensioni. Gli acquisitori sono stati alimentati con l'alimentazione del veicolo o, quando si voleva evitare ogni minimo disturbo elettrico ed avere la massima qualità nell'alimentazione, con il pacco batterie apposito.

Figura 3. Acquisizione sincrona dei segnali provenienti dalle unità Sirius: accelerometri, microfoni, trigger, parametri CAN veicolo e canali matematici.

Sono stati misurati i segnali di rumore e vibrazione a livello di motore eletrico, telaio ed all'interno della cabina. Tutti i dati registrati sono stati analizzati per verificare la correlazione alle varie frequenze tra percezione interno abitacolo e sorgenti.

Elaphe ha svilupato una buona conoscenza circa le frequenze più critiche e sa come ottimizzare il proprio motore. Hanno anche potuto evidenziare criticità nell'accoppiamento motore-veicolo che devono essere tenute in consideraione per poter ottimizzare il comfort dell'abitacolo. Le campagne di misura hanno permesso ad Elaphe di definire le linee guida per la soluzione dei problemi nella progettazione NVH. Molti modifiche sono già state apportate ed altre ancora verranno implementate in futuro. 

Elaphe ha apportato molti cambiamenti agli algoritmi di controllo ed ha avviato collaborazioni con realtà specializzate nell'ottimizzazione delle sospensioni. Le campagne di misura vengono costantemente ripetute per monitorare i progressi fatti e, ad oggi, il contributo del power-train elettrico all'interno della cabina è praticamente trascurabile.

Questi risultati si traducono in grande confidenza sulla qualità dei propri prodotti e rappresentano un notevole differenziatore rispetto alla concorrenza. Elaphe si propone ora anche come partner con le capacità di co-svilupare il drive-train insieme al loro cliente finale.

Figura 4. Matrice di correlazione tra percepito interno cabina e le varie sorgenti vibro/acustice al variare della frequenza.

“Fast learning curve, ability to use equipment, we are familiar with from other measurements and support from Dewesoft, mostly by lending additional equipment for the most demanding measurements, enabled us to identify and characterize the critical operating conditions, “says Martin Strojnik, Head of Development at Elaphe. “Based on this Elaphe could set an efficient strategy for NVH reduction and monitoring of the progress.”

Questo approccio è uno dei pre-requisiti per essere competitivi nell'industria automotive. Ha portato cambiamenti non solo a livello di progettazione dei motori ma anche all'elettronica di potenza. C'è ora maggior consapevolezza nella progettazione e nella ricerca anche a livello di veicolo completo.