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聯(lián)合電子驅(qū)動電機控制器先進軟件創(chuàng)新項目 --NVH提升技術(shù)
2019-05-01 16:33:49· 來源：聯(lián)合電子
隨著電動化進程的推進，電動汽車的NVH（Noise，Vibration， Harshness）即噪聲、振動以及平順性品質(zhì)越發(fā)受到關(guān)注，不良的NVH品質(zhì)會降低駕駛員的主觀駕乘體驗，且
隨著電動化進程的推進，電動汽車的NVH（Noise，Vibration， Harshness）即噪聲、振動以及平順性品質(zhì)越發(fā)受到關(guān)注，不良的NVH品質(zhì)會降低駕駛員的主觀駕乘體驗，且相比于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車，電動汽車由于其本身的低阻尼、高轉(zhuǎn)速特性，其NVH問題在某些方面相比于內(nèi)燃機汽車更為突出，依據(jù)其作用結(jié)果，小編將電動汽車NVH問題分為高頻嘯叫問題與整車縱向抖動問題。
1 電動汽車NVH問題剖析
1.1
整機模態(tài)彈性共振引起的高頻嘯叫問題
由于車用電機本體齒槽、磁場設計問題，其輸出轉(zhuǎn)矩中存在與電機轉(zhuǎn)速成比例的轉(zhuǎn)矩脈動階次，在某些特定轉(zhuǎn)速下某階轉(zhuǎn)矩脈動的頻率會與整機的共振模態(tài)頻率一致，導致電機整機的共振，進而產(chǎn)生高頻嘯叫聲。如圖1所示為某款電機的切向力在不同工作點下的轉(zhuǎn)矩脈動，其在3000rpm時導致整機共振嚴重，進而產(chǎn)生極高的24階噪聲。
(a) 車用電機轉(zhuǎn)矩脈動
(b)電驅(qū)動系統(tǒng)噪聲分布圖
圖1
1.2
傳動系統(tǒng)扭振引起的整車縱向抖動問題
電動汽車傳動系統(tǒng)由于電機自身的機械阻尼遠低于內(nèi)燃機，且其整車拓撲結(jié)構(gòu)中一般不存在扭轉(zhuǎn)減振器、飛輪等被動阻尼和隔振部件，導致電動汽車傳動系統(tǒng)在整個頻率范圍內(nèi)振動傳遞率高，對共振的阻尼衰減尤其不足，呈現(xiàn)明顯的欠阻尼特性，在輸出轉(zhuǎn)矩或負載發(fā)生突變時，會引起整車明顯的縱向振動（圖2），極大地降低了駕駛舒適性。
圖2 階躍轉(zhuǎn)矩及對應整車加速度振動
實際上，轉(zhuǎn)矩突變過程中的振動是由于階躍轉(zhuǎn)矩中包含各階次的轉(zhuǎn)矩脈動，而縱向振動正是其中某階次轉(zhuǎn)矩脈動與傳動系統(tǒng)共振頻率一致而引起的，因此在某些低速起步工況，即便無負載突變依然會由于電機本身的轉(zhuǎn)矩脈動而引起整車的縱向抖動。
綜上所述，電驅(qū)動系統(tǒng)大部分的NVH問題可歸結(jié)為電機輸出的轉(zhuǎn)矩脈動，其一方面存在于電機本身輸出的轉(zhuǎn)矩中，另一方面存在于轉(zhuǎn)矩階躍突變過程中，針對這兩類轉(zhuǎn)矩脈動問題，聯(lián)合電子在不增加產(chǎn)品成本的前提下給出了系統(tǒng)而全面的軟件解決方案。
2 聯(lián)合電子軟件解決方案
2.1
諧波電流抑制技術(shù)
——消除諧波電流引起的轉(zhuǎn)矩脈動
電流控制精確與否決定著車用電機的控制精度，由于傳統(tǒng)矢量控制中僅對基波電流進行了有效控制，當出現(xiàn)電機本體三相設計不平衡、電流或角度采樣誤差、逆變器死區(qū)等問題，便極易導致被控電流中出現(xiàn)非期望諧波電流（圖3），進而導致較大的轉(zhuǎn)矩脈動。
圖3 控制不精確引起的諧波電流
本方案采用多同步坐標系下諧波電流抑制技術(shù)，即通過坐標變換將諧波電流提取出來，并將提取出的諧波電流在各自對應的旋轉(zhuǎn)坐標系中利用PI控制器抑制為零。（圖4）為諧波電流抑制前后的轉(zhuǎn)矩波動對比結(jié)果，可以看出諧波電流抑制后轉(zhuǎn)矩脈動明顯降低。
圖4 諧波電流抑制前后轉(zhuǎn)矩對比
2.1
諧波電流注入技術(shù)
——消除電機本體轉(zhuǎn)矩脈動
諧波電流抑制技術(shù)僅能消除對電流控制不精確所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動，而事實上電機輸出的轉(zhuǎn)矩脈動中還包含由于齒槽以及氣隙磁場非正弦所引起的轉(zhuǎn)矩脈動，即在三相對稱正弦電流激勵下依舊存在的轉(zhuǎn)矩脈動，然而，通過合理注入適合的諧波電流卻可以達到轉(zhuǎn)矩脈動抑制的效果（圖5）。
圖5 諧波電流注入前后轉(zhuǎn)矩脈動結(jié)果對比
因此，在諧波電流抑制的基礎下，進一步開展諧波電流注入技術(shù)，通過諧波電流幅值與相位尋優(yōu)找到適合抑制轉(zhuǎn)矩脈動的諧波電流，并對各次諧波電流進行精確閉環(huán)控制，最終利用噪聲測試設備驗證諧波電流注入前后的電驅(qū)動系統(tǒng)NVH性能。試驗結(jié)果表明（圖6），諧波注入后電機嘯叫聲在全油門工況下最高下降13dB，而在半油門工況下下降高達17dB！極大的提高了電驅(qū)動系統(tǒng)的NVH品質(zhì)。
(a) POT工況下電機24階近場噪聲
(b)WOT工況下電機24階近場噪聲
圖6
除此之外，通過對比諧波電流注入前后電驅(qū)動系統(tǒng)效率發(fā)現(xiàn)，盡管諧波注入后低速下系統(tǒng)效率略有降低，但是系統(tǒng)效率MAP整體提升，甚至在某些工況下提升了最高3個百分點（圖7）。
圖 7 諧波電流注入前后效率對比
2.1
主動阻尼控制技術(shù)
——消除轉(zhuǎn)矩突變引起的轉(zhuǎn)矩脈動
針對轉(zhuǎn)矩突變引起的車輛抖動問題，可以通過降低轉(zhuǎn)矩上升速率來方便解決，但是其所增加的轉(zhuǎn)矩響應時間將大大降低整車的動力性及加速性能，而為了同時兼顧整車NVH品質(zhì)與加速性能，聯(lián)合電子電驅(qū)動平臺設計了主動阻尼控制技術(shù)，其通過對請求轉(zhuǎn)矩的主動調(diào)整達到抑制車輛縱向抖動的目的。其對應的控制效果如圖 10所示，可以看出采用主動阻尼控制后，在保證電機輸出轉(zhuǎn)矩快速響應性的情況下，電機轉(zhuǎn)速波動得到明顯抑制。
圖8 主動阻尼前后電機抖動對比
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