The power of silence composing BMW’s electric powertrains

Abstract

The new BMW electric powertrains meet the highest standards in terms of acoustics. They are designed as a modular system of highly integrated electric drives that combine the electric motor, transmission, and inverter in one housing and it must be possible to integrate them into all vehicle classes. Therefore, modular objectives are derived from vehicle targets, and this paper will present the process of breaking down the acoustic requirements at car level to the electric-drive component. In addition to the overall vehicle acoustics, which also allow differentiation by vehicle class, the acoustic requirements for the modular electric drive system are described. The required properties to comply with these requirements at the electric-drive level are explained and detailed using a few examples. This starts with the selection of the type of electric machine and continues with the design of the housing, the design of the rotor, stator and structure dynamics, the transmission design, and the control of the electric machine. The consistent development of acoustic properties results in data-driven production monitoring. Compliance with the quality criteria is also constantly checked during series production, and big data approaches offer opportunities for error detection and corrections. This development process is presented and explained in more detail using a few examples. Finally, after successful vehicle integration, a comparison with the competitors is presented.

Die neuen BMW-Elektroantriebe genügen auch in ihren Akustikeigenschaften höchsten Ansprüchen. Aufgrund ihrer Auslegung als Baukasten von hochintegrierten elektrischen Antrieben, die Elektromaschine, Getriebe und Inverter in einem Gehäuse vereinen, müssen sie in alle Fahrzeugklassen integrierbar sein. Dafür werden aus den Fahrzeugzielen Baukastenziele entwickelt und es wird aufgezeigt, wie daraus die akustischen Anforderungen für den einzelnen Antrieb heruntergebrochen werden. Neben den Gesamtfahrzeugmaßnahmen, die zusätzlich eine Differenzierung nach Fahrzeugklasse ermöglichen, werden die akustischen Anforderungen an den Elektroantriebsbaukasten beschrieben. Die für die Einhaltung dieser Anforderungen zu entwickelnden Merkmalen werden näher erklärt und anhand einiger Beispiele vertieft. Das fängt bei der Auswahl des Elektromaschinentyps an und setzt sich über die Konstruktion der Gehäusestruktur, Auslegung der Rotor-, Stator- und Gehäusedynamik, der Getriebeauslegung sowie der Ansteuerung der Elektromaschine fort. Die konsequente Entwicklung der Akustikeigenschaften mündet in einer datengetriebenen Produktionsüberwachung. Die Einhaltung der Qualitätsmerkmale wird auch in der laufenden Serie permanent überprüft und Big- Data-Ansätzen bieten Möglichkeiten für eine Fehlerdetektion und -behebung. Dieser Entwicklungsprozess wird dargestellt und anhand einiger Beispiele vertieft. Abschließend wird nach erfolgreicher Fahrzeugintegration ein Vergleich mit dem Wettbewerb dargestellt.