電驅動NVH特點以及研究現狀

占雨蘭

摘 要：隨著全球的電動汽車熱潮的推進，電驅動總成的NVH性能越來越受到重視，逐漸成為研究學者們的研究重點。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動總成有關，電驅動總成的振動噪聲的表現直接影響電動汽車的NVH性能。本文通過對驅動電機進行理論分析，從而推導出驅動電機的NVH性能。

關鍵詞：電驅動總成 電磁場 動力學 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

隨著國內新能源車的提出，讓大家對電驅動更加關注，然而電驅動也存在一些問題[1-3]，具體表現為：

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和槽數有關。

特征二：PWM載波頻率，與逆變器開關頻率的控制策略有關，逆變器將高壓直流電轉變為交流電時產生該噪聲成分。

特征三：電機結構共振產線的噪聲。

1.2 變速器NVH

缺乏了發動機噪聲的掩蔽效應，使得電動車對減速器NVH有了更苛刻的要求。

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

1.3 動車總成懸置系統NVH

相比于傳統車，電機懸置系統的邊界條件有明顯變化：

電驅總成沒有發動機的怠速，工作轉速從0 rpm開始。電機轉速高，最高頻率遠大于發動機激勵頻率。沒有發動機噪聲的掩蓋，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重點關注高頻段區域。

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），響應快，對整車的瞬態沖擊更大，在TIP IN/OUT工況下很容易造成整車前后抖動。

電動車懸置系統的輸入激勵、隔振頻率區等邊界條件和NVH指標要求與傳動車有明顯變化，不當的懸置設計方案會加劇振動傳遞。

因此本研究就針對電驅動現有的問題進行了進一步的設計與改進，進而得到性能優異的電驅動裝置。

2 正文

從動力總成角度概括說明：動力總成從傳統內燃機更換為電驅動系統，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。電驅總成NVH解決方案與應對措施 通常如下：

1）建立完善電驅系統NVH開發流程，是產品性能管控和質量保障的關鍵。

2）掌握基于“電磁場-結構場-聲場”多物理耦合的驅動電機振動噪聲模擬分析方法，NVH參與產品設計，從結構設計上提出改進方案。

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。尤其是定轉子由多層硅鋼片組成，物理性能表現為各向導性，需通過試驗模態來校核彈性模量結構參數。

4）識別NVH問題工況與激勵成分，依據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正向開發與閉環。

而本文主要通過以下幾個方面來重點討論電驅總成NVH的其他解決方案：

1、針對不同電機，需要尋求合適的結構設計參數

電機產品和工藝參數的設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

適當的氣隙寬度

定子齒形、槽型優化

定子槽口設計、選用磁性槽楔;

轉子磁級形狀、布置位置與角度優化

轉子輔助槽、隔磁橋優化

減少電機幾何和磁場的不對稱;

2、電流諧波注入策略

根據轉矩、電角度以及磁鏈諧波等信息產生諧波電流并注入系統進行控制，消除系統轉矩脈動（圖3）。

3、減速器NVH開發—齒輪激勵控制

減速器NVH CAE分析流程如圖4所示：

EV減速器與傳統變速器的差異點：低速大扭矩負荷，工作轉速提升到12000-15000 rpm 以上高轉速區，缺乏發動機噪聲的掩蔽效應等。

其中減速器NVH開發主要采用齒輪激勵控制方法，主要有：

高重合度設計

NVH開發前移需要重點關注的設計項

高于傳統齒輪設計的重合度目標值

高齒面加工工藝

避免諧頻，倍頻問題;更好的產品一致性

高扭矩微觀修形

基于電動車齒輪NVH目標體系，在齒輪結構設計上對齒輪宏觀和微觀參數進行優化，提出改進方案。主要分為如下：

1）齒輪產品和工藝參數：

主要通過計算中間齒輪轉一圈，電機的轉數、電機轉一圈時，中間齒輪和齒圈嚙合的次數以及齒圈轉一圈，電機的轉數來了解齒輪的基本情況。

2）節次分析，不同的節次代表了電機不同的狀態，主要內容如表1所示：

汽車駕駛時，輸入軸向減速側施加推力負載，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，也會向電機軸產生推力負載。主要的作用圖如圖6所示：

3 結論

根據以上的分析（電機參數、節次分析）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論，供同領域的研究人員參考：

①機倒棱;

②維持現狀11.5μ;

③鼓形量調整至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.電動汽車驅動系統的研究現狀與發展趨勢[J].微電機，2019.

[2]何洪文，余曉江，孫逢春，等.電動汽車電機驅動系統動力特性分析[J].中國電機工程學報，2006.

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