電驅(qū)動NVH特點以及研究現(xiàn)狀

占雨蘭

摘 要：隨著全球的電動汽車熱潮的推進，電驅(qū)動總成的NVH性能越來越受到重視，逐漸成為研究學(xué)者們的研究重點。NVH是噪聲、振動與聲振粗造度（Noise、Vibration、Harshness）的英文縮寫，汽車駕駛的舒適性與作為電動汽車核心部件的電驅(qū)動總成有關(guān)，電驅(qū)動總成的振動噪聲的表現(xiàn)直接影響電動汽車的NVH性能。本文通過對驅(qū)動電機進行理論分析，從而推導(dǎo)出驅(qū)動電機的NVH性能。

關(guān)鍵詞：電驅(qū)動總成 電磁場 動力學(xué) 振動噪聲

Characteristics and Research Status of Electric Drive NVH

Zhan Yulan

Abstract：With the advancement of the global electric vehicle boom， the NVH performance of electric drive assemblies has received more and more attention， and has gradually become the research focus of researchers. NVH is the abbreviation of Noise， Vibration and Harshness （Noise， Vibration， Harshness）.The comfort of car driving is related to the electric drive assembly as the core component of electric vehicles. The performance of the vibration and noise of the electric drive assembly is directly related， which affect the NVH performance of electric vehicles. In this paper， through theoretical analysis of the drive motor， the NVH performance of the drive motor is derived.

Key words：electric drive assembly， electromagnetic field， dynamics， vibration and noise

1 前言

隨著國內(nèi)新能源車的提出，讓大家對電驅(qū)動更加關(guān)注，然而電驅(qū)動也存在一些問題[1-3]，具體表現(xiàn)為：

1.1 電機NVH

特征一：電磁激勵噪聲，其噪聲主階次成份與電機的極數(shù)和槽數(shù)有關(guān)。

特征二：PWM載波頻率，與逆變器開關(guān)頻率的控制策略有關(guān)，逆變器將高壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姇r產(chǎn)生該噪聲成分。

特征三：電機結(jié)構(gòu)共振產(chǎn)線的噪聲。

1.2 變速器NVH

缺乏了發(fā)動機噪聲的掩蔽效應(yīng)，使得電動車對減速器NVH有了更苛刻的要求。

相對于傳統(tǒng)變速器，電動車的減速器齒輪傳遞更大的扭矩，更高的工作轉(zhuǎn)速區(qū)，使得齒輪嚙合噪聲變現(xiàn)出更高的頻率或階次（1000-4000Hz以上），極易在車內(nèi)產(chǎn)生齒輪嘯叫。

1.3 動車總成懸置系統(tǒng)NVH

相比于傳統(tǒng)車，電機懸置系統(tǒng)的邊界條件有明顯變化：

電驅(qū)總成沒有發(fā)動機的怠速，工作轉(zhuǎn)速從0 rpm開始。電機轉(zhuǎn)速高，最高頻率遠大于發(fā)動機激勵頻率。沒有發(fā)動機噪聲的掩蓋，高速減速器齒輪噪聲將在動力總成噪聲中突顯。懸置隔振的主要頻率區(qū)重點關(guān)注高頻段區(qū)域。

除了考慮懸置的隔振性能，也要需要考慮其抗扭性能。尤其對于電動汽車而主，其電機扭矩大（1000 rpm 即可輸出高達250-350Nm），響應(yīng)快，對整車的瞬態(tài)沖擊更大，在TIP IN/OUT工況下很容易造成整車前后抖動。

電動車懸置系統(tǒng)的輸入激勵、隔振頻率區(qū)等邊界條件和NVH指標(biāo)要求與傳動車有明顯變化，不當(dāng)?shù)膽抑迷O(shè)計方案會加劇振動傳遞。

因此本研究就針對電驅(qū)動現(xiàn)有的問題進行了進一步的設(shè)計與改進，進而得到性能優(yōu)異的電驅(qū)動裝置。

2 正文

從動力總成角度概括說明：動力總成從傳統(tǒng)內(nèi)燃機更換為電驅(qū)動系統(tǒng)，總噪聲值變小;電機表面出高頻尖叫聲;減速器齒輪嘯叫明顯;動總懸置高頻隔振能力差。電驅(qū)總成NVH解決方案與應(yīng)對措施 通常如下：

1）建立完善電驅(qū)系統(tǒng)NVH開發(fā)流程，是產(chǎn)品性能管控和質(zhì)量保障的關(guān)鍵。

2）掌握基于“電磁場-結(jié)構(gòu)場-聲場”多物理耦合的驅(qū)動電機振動噪聲模擬分析方法，NVH參與產(chǎn)品設(shè)計，從結(jié)構(gòu)設(shè)計上提出改進方案。

3）建立“零部件級-總成級-整車級”電機NVH校驗流程，掌電機每一層級NVH特性。尤其是定轉(zhuǎn)子由多層硅鋼片組成，物理性能表現(xiàn)為各向?qū)裕柰ㄟ^試驗?zāi)B(tài)來校核彈性模量結(jié)構(gòu)參數(shù)。

4）識別NVH問題工況與激勵成分，依據(jù)CAE分析模型對問題原因進行快速診斷，制定改善方案并驗證效果，達成電機NVH正向開發(fā)與閉環(huán)。

而本文主要通過以下幾個方面來重點討論電驅(qū)總成NVH的其他解決方案：

1、針對不同電機，需要尋求合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

電機產(chǎn)品和工藝參數(shù)的設(shè)計主要通過以下幾個方面來進行：

適合的基槽配合比：

斜極斜槽方案

適當(dāng)?shù)臍庀秾挾?/p>

定子齒形、槽型優(yōu)化

定子槽口設(shè)計、選用磁性槽楔;

轉(zhuǎn)子磁級形狀、布置位置與角度優(yōu)化

轉(zhuǎn)子輔助槽、隔磁橋優(yōu)化

減少電機幾何和磁場的不對稱;

2、電流諧波注入策略

根據(jù)轉(zhuǎn)矩、電角度以及磁鏈諧波等信息產(chǎn)生諧波電流并注入系統(tǒng)進行控制，消除系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動（圖3）。

3、減速器NVH開發(fā)—齒輪激勵控制

減速器NVH CAE分析流程如圖4所示：

EV減速器與傳統(tǒng)變速器的差異點：低速大扭矩負荷，工作轉(zhuǎn)速提升到12000-15000 rpm 以上高轉(zhuǎn)速區(qū)，缺乏發(fā)動機噪聲的掩蔽效應(yīng)等。

其中減速器NVH開發(fā)主要采用齒輪激勵控制方法，主要有：

高重合度設(shè)計

NVH開發(fā)前移需要重點關(guān)注的設(shè)計項

高于傳統(tǒng)齒輪設(shè)計的重合度目標(biāo)值

高齒面加工工藝

避免諧頻，倍頻問題;更好的產(chǎn)品一致性

高扭矩微觀修形

基于電動車齒輪NVH目標(biāo)體系，在齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計上對齒輪宏觀和微觀參數(shù)進行優(yōu)化，提出改進方案。主要分為如下：

1）齒輪產(chǎn)品和工藝參數(shù)：

主要通過計算中間齒輪轉(zhuǎn)一圈，電機的轉(zhuǎn)數(shù)、電機轉(zhuǎn)一圈時，中間齒輪和齒圈嚙合的次數(shù)以及齒圈轉(zhuǎn)一圈，電機的轉(zhuǎn)數(shù)來了解齒輪的基本情況。

2）節(jié)次分析，不同的節(jié)次代表了電機不同的狀態(tài)，主要內(nèi)容如表1所示：

汽車駕駛時，輸入軸向減速側(cè)施加推力負載，駕駛時的制動圖如圖5所示：

汽車制動時（含剎車）輸入轉(zhuǎn)向電機殼體施加推力負載。另通過摩擦傳遞，也會向電機軸產(chǎn)生推力負載。主要的作用圖如圖6所示：

3 結(jié)論

根據(jù)以上的分析（電機參數(shù)、節(jié)次分析）以及目前的驗證情況、齒輪基本信息方案，我們可以得到以下結(jié)論，供同領(lǐng)域的研究人員參考：

①機倒棱;

②維持現(xiàn)狀11.5μ;

③鼓形量調(diào)整至5μ;

截至2021年1月共有1340臺的齒輪膠合有改善并成功裝車。

參考文獻：

[1]溫傳新，王培欣，花為.電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].微電機，2019.

[2]何洪文，余曉江，孫逢春，等.電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)動力特性分析[J].中國電機工程學(xué)報，2006.

[3]路福俊.電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的研究[J].價值工程，2013（16）：45-47.