1.电动汽车用动力系统NVH研究现状

减速器NVH—Whine

当前新能源汽车多采用单档两级减速器，在高速运转工况下，因齿轮以及外界输入原因极易出现啸叫问题。

齿轮啸叫阶次特征明显，人耳对此较为敏感，抱怨风险较大。

啸叫的主要特征：

1.与齿数相关且具有明显阶次特征

2.由工作承载齿轮产生

3.较大可能出现在中高频和较宽转速范围

4.箱体模态被激励共振后变现更为显著

5.可识别性及突出性较高

减速器NVH—Whine的解决思路

减速器NVH—分析流程

减速器NVH—国内外研究现状

传递误差与重合度变化关系（仿真）

同济大学夏丽华在其研究文章中指出：

通过增加重合度并合理分配轴向及端面重合度的方式可以有效降低PPTE，提高产品的NVH性能

国外技术人员研究了在额定工况下，压力角以及螺旋角在内的齿轮宏观参数对动力响应和辐射噪声的影响。

当压力角为17°时，当前案例中显示出最佳的噪声辐射水平。

螺旋角的增加也使得振动加速度和声辐射的变化和波动趋势有所降低。

Dr. Owen Harris 以齿轮轮辐作为优化选项。

通过调整齿轮毛坯轮辐和轮辋厚度，并以下列因素作为优化目标，实现产品优化。

成本：重量

齿轮啮合错位量：疲劳耐久性、TE

齿轮动态啮合力：NVH和齿轮疲劳耐久

系统动态响应：壳体加速度、悬置点加速度、轴承加速度响应

同济大学新能源汽车研究中心研究了减速器壳体对NVH的影响及优化方式：通过分析减速器噪声的频域，结构模态、振动噪声阶次，确定结构优化的区域和目标。

研究结果表明：优化后减速器的表面振动和辐射噪声有所降低，  噪声品质显著提高。

电机NVH—声源分类

电机NVH—电磁噪声

气隙磁密变化产生的电磁力波造成的定子变形是电磁噪音的 主因

齿槽转矩及电流纹波等交变转矩造成的转矩波动亦是电磁噪 音的重要来源

结构、缺陷、材料特性等因素加剧了电磁振动及噪音

•齿槽开口结构、线圈绕组分布

•偏心、加工缺陷

•气隙磁导波动

•磁致伸缩、磁饱和

时间/空间密切相关：高阶谐波

主振/声源：定子总成

电磁噪声辐射功率占比较低，但频率高响度大极易被察觉

电机NVH—电磁力理论

电磁力计算

麦克斯韦应力理论，电机运行时受到电磁力作用。

电磁力可分为径向Fr和切向Ft；

电机NVH—电磁力仿真

电机NVH—电磁噪声仿真

电机NVH—国内外的研究现状

国内外学者通过对永磁同步电机研究、 总结了电磁力的计算方法，为分析电动车振动与噪音奠定了基础。

唐任远、诸自强等知名学者通过与实测气隙磁场的对比分析，总结了正弦波及变频器供电时电磁力主要阶次关系。

国内同济大学左曙光等教授、国外 Sylvestre Lecuru and Pascal  Bouvet等总结了电动车用永磁同步电机转子偏心对电磁噪音影响规律。

Tohru Nakada, Shigeaki  Ishikawa等揭示了优化电机齿轭以及极弧系数可以有效降低48rd电磁力，进而降低电磁噪音；

Julian Blum and Jorg  Merwerth等人研究分析了不同转子斜极方式对结构模态、电磁噪音影响。

控制器噪声—产生机理

控制器噪声—国内外研究现状

同济大学吴志红等人研究了基于谐振控制的电流谐波抑制方法，  利用谐振控制器在谐振点处的高增益对电流谐波进行抑制，降低 了振动和噪声。

控制器噪声—国内外研究现状

西班牙F. Vargas-Merino 马拉家大学教授，研究PWM波生成技术，采用具有三角形或正弦型的梯形调制波载波信号（SLPWM技术），该方法的可以避免径向力重叠，有助于避免由于机械引起的共振和噪音。

北京航空航天大学刘刚博士，研究基于高速永磁电机谐波电流抑制通过谐波电流提取和坐标变换抑制特定次谐波，从而抑制转矩脉动，降低电磁噪音。

华中科技大学代攀，研究电流谐波抑制技术，采用基于自适应陷波器的谐波抑制策略，减少谐波，降低转矩脉动和振动噪音。

2.三合一集成化所带来的NVH挑战及解决思路

多激励结构耦合

减速器啸叫：

以上为档位齿轮啮合激励（21 ord）在电机转速1846、 6646rpm被控制器上面板耦合放大，形成强烈的共振啸叫声。

多激励结构耦合

电磁啸叫：

以上为电磁激励（48 ord）在电机转速4775rpm被减速器半壳耦合放大，形成强烈的电磁啸叫声。

齿轴NVH问题

阶次噪音：

新能源单档位减速器齿轮在全转速区间范围内为常啮合齿轮，所以会出现明显的特征阶次。在中高转速下，啸叫明显。

齿轴NVH问题

能量回收：

高转速工况下，正常驱动行驶到能量回收的转化， 对齿轮以及花键带来较大冲击，为保证滑行时候 NVH效果，齿轮左右齿面的精度和修形都提出较高的要求。

共振响应：

在齿轴系统与转子系统的固有频率接近时，将会引起十分明显的振动响应。

使得总成抖动，NVH表现糟糕。

参数敏感性：

产品的高度集成性以及存在关联影响，对产品性能表现对某些关键参数因子更加敏感。

解决思路—总成系统NVH分析

解决思路—结构设计参数优化

齿轮设计参数的选择：

1.齿轮齿数选取，避免齿轮阶次与电机阶次太近

2.选择合适的重合度，降低啮合刚度波动引起的激励

3.设计合适的接触斑点以及不同扭矩PPTE幅值

降低辐射面积：

1.壳体尽量采用小平面进行拼接以替换大平面进行过渡， 并保证小平面的法线具有完全不一样的方向，这样使噪声辐射面积减少。

结构强化：

1.根据减速器结构特点，通过添加加强筋，以防止由于共振而引发的扩音现象。

2.结合电机特点，在壳体设计域内外布置加强筋，加强筋分布形式要合理、流畅。

3.增大轴承室动刚度，降低齿轴激励引起的振动位移

3.NVH低成本的优化方法

软件控制优化

软件控制优化

电机控制引起的高频扭矩抖动：

由于逆变器非线性，信号延时等原因，在电流中存在 6n±1次谐波，谐波引起转矩脉动，抑制谐波电流就可以降低转矩脉动

软件控制优化

IGBT开关引起的噪音：

加入随机PWM技术，将固定开关频率引起的噪音均匀分布在开关频率附近，从而降低IGBT开关引起的噪音

电机本体的齿槽扭矩脉动:

永磁同步电机的齿槽和气隙磁场非正弦等因素引起的转矩脉动，通过注入谐波电流达到抑制转矩脉动的效果

整车启动过程中带来的噪音：

在整车启动过程中，扭矩突变会引起的车辆抖动，采用主动阻尼控制技术达到抑制抖动带来的噪音

声学仿真预测

通过对仿真模型的调整，匹配实际噪声测试 结果。在相同频率下，仿真与测试结果峰峰 值趋势基本一致。确定了模型的准确性。

在问题频率下，研究其转子-齿轴模态与壳体总成模态之间的关联，调整轮辐柔度以及壳体刚度来削减峰值点噪音。

实现在模型阶段，对NVH进行仿真预测，验证优化方案的有效性，降低样件成本。

声学仿真预测

传递路径优化

提高结构和支架的刚度，阻止振动传递

隔振器

阻尼材料

声学包

从频谱可看出：

在200-2000Hz，使用声学包装后驱动总成的阶次噪音存在改善

2000-10000Hz噪音改善明显，主观感觉好

声明：来源于驱动视界