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)鍵字：電驅(qū)動總成　電磁場　動力學(xué)　振動噪聲

作者：占雨蘭

單位：廣州尼得科汽車驅(qū)動系統(tǒng)有限公司

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。


圖1　電機結(jié)構(gòu)中定子組件共振測試

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。


圖2　三合一產(chǎn)品齒輪噪聲階次頻譜分析圖

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。

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??；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)?，需通過試驗?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?br />
·  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)。


圖3　NVH 中的階次與分貝分析圖

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：


圖4　減速器NVH CAE 分析流程圖

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：

表1　節(jié)次分析



圖5　汽車駕駛時的制動圖


圖6　汽車制動時的作用圖

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

作者簡介

占雨蘭：（1986.11.06—）， 女， 漢族， 江西省南昌市人，2007 年畢業(yè)于湖北職業(yè)學(xué)院模具設(shè)計與制造專業(yè)，主要從事于電機工藝設(shè)計，現(xiàn)任廣州尼得科汽車驅(qū)動系統(tǒng)有限公司技術(shù)部科長，現(xiàn)已具有中級職稱。