电驱动NVH的特点和结构

来源：AUTO行家

随着国内新能源车的提出，让大家对电驱动更加关注，然而电驱动也存在一些问题，具体表现为：

1.1　电机NVH

特征一：电磁激励噪声，其噪声主阶次成份与电机的极数和槽数有关。

特征二：PWM 载波频率，与逆变器开关频率的控制策略有关，逆变器将高压直流电转变为交流电时产生该噪声成分。

特征三：电机结构共振产线的噪声。

图1　电机结构中定子组件共振测试

1.2　变速器NVH

缺乏了发动机噪声的掩蔽效应，使得电动车对减速器NVH 有了更苛刻的要求。

图2　三合一产品齿轮噪声阶次频谱分析图

相对于传统变速器，电动车的减速器齿轮传递更大的扭矩，更高的工作转速区，使得齿轮啮合噪声变现出更高的频率或阶次（1000-4000Hz 以上），极易在车内产生齿轮啸叫。

1.3　动车总成悬置系统NVH

相比于传统车，电机悬置系统的边界条件有明显变化：

电驱总成没有发动机的怠速，工作转速从0 rpm 开始。电机转速高，最高频率远大于发动机激励频率。没有发动机噪声的掩盖，高速减速器齿轮噪声将在动力总成噪声中突显。悬置隔振的主要频率区重点关注高频段区域。

除了考虑悬置的隔振性能，也要需要考虑其抗扭性能。尤其对于电动汽车而主，其电机扭矩大（1000 rpm 即可输出高达250-350Nm），响应快，对整车的瞬态冲击更大，在TIP IN/OUT 工况下很容易造成整车前后抖动。

电动车悬置系统的输入激励、隔振频率区等边界条件和NVH 指标要求与传动车有明显变化，不当的悬置设计方案会加剧振动传递。

因此本研究就针对电驱动现有的问题进行了进一步的设计与改进，进而得到性能优异的电驱动装置。

正文

从动力总成角度概括说明：动力总成从传统内燃机更换为电驱动系统，总噪声值变小；电机表面出高频尖叫声；减速器齿轮啸叫明显；动总悬置高频隔振能力差。电驱总成NVH 解决方案与应对措施 通常如下:

1）建立完善电驱系统NVH 开发流程，是产品性能管控和质量保障的关键。

2）掌握基于“电磁场- 结构场- 声场”多物理耦合的驱动电机振动噪声模拟分析方法，NVH 参与产品设计，从结构设计上提出改进方案。

3）建立“零部件级- 总成级- 整车级”电机NVH 校验流程，掌电机每一层级NVH特性。尤其是定转子由多层硅钢片组成，物理性能表现为各向导性，需通过试验模态来校核弹性模量结构参数。

4）识别NVH 问题工况与激励成分，依据CAE 分析模型对问题原因进行快速诊断，制定改善方案并验证效果，达成电机NVH 正向开发与闭环。

而本文主要通过以下几个方面来重点讨论电驱总成NVH 的其他解决方案：

1、针对不同电机，需要寻求合适的结构设计参数

电机产品和工艺参数的设计主要通过以下几个方面来进行：

适合的基槽配合比：

斜极斜槽方案

适当的气隙宽度

定子齿形、槽型优化

定子槽口设计、选用磁性槽楔；

转子磁级形状、布置位置与角度优化

转子辅助槽、隔磁桥优化

减少电机几何和磁场的不对称；

2、电流谐波注入策略

根据转矩、电角度以及磁链谐波等信息产生谐波电流并注入系统进行控制，消除系统转矩脉动( 图3)。

图3　NVH 中的阶次与分贝分析图

3、减速器NVH 开发—齿轮激励控制减速器NVH CAE 分析流程如图4 所示：

图4　减速器NVH CAE 分析流程图

EV 减速器与传统变速器的差异点：低速大扭矩负荷，工作转速提升到12000-15000 rpm 以上高转速区，缺乏发动机噪声的掩蔽效应等。

其中减速器NVH 开发主要采用齿轮激励控制方法，主要有：

高重合度设计

NVH 开发前移需要重点关注的设计项

高于传统齿轮设计的重合度目标值高齿面加工工艺

避免谐频，倍频问题；更好的产品一致性

高扭矩微观修形

基于电动车齿轮NVH 目标体系，在齿轮结构设计上对齿轮宏观和微观参数进行优化，提出改进方案。主要分为如下：

1）齿轮产品和工艺参数：

主要通过计算中间齿轮转一圈，电机的转数、电机转一圈时，中间齿轮和齿圈啮合的次数以及齿圈转一圈，电机的转数来了解齿轮的基本情况。

2）节次分析

不同的节次代表了电机不同的状态，主要内容如表1 所示：

汽车驾驶时，输入轴向减速侧施加推力负载，驾驶时的制动图如图5 所示：

汽车制动时（含刹车）输入转向电机壳体施加推力负载。另通过摩擦传递，也会向电机轴产生推力负载。主要的作用图如图6所示：

表1　节次分析

图5　汽车驾驶时的制动图

图6　汽车制动时的作用图

结论

根据以上的分析（电机参数、节次分析）以及目前的验证情况、齿轮基本信息方案，我们可以得到以下结论，供同领域的研究人员参考：

①机倒棱；

②维持现状11.5μ；

③鼓形量调整至5μ；

审核编辑：汤梓红