摘要：電動車是新能源汽車中最具潛力的一種車型。針對電動車電動機(jī)所帶來的噪聲問題，介紹了國內(nèi)外的電磁研究成果以及電動車電磁噪聲的產(chǎn)生原因，對國內(nèi)外電動車的NVH技術(shù)以及影響電動車噪聲的因素進(jìn)行分析?？偨Y(jié)了目前在削弱電動機(jī)電磁噪聲方面的 3 種技術(shù)方法，希望為進(jìn)一步研究電動車在電磁噪聲方面的控制技術(shù)提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：電動車；電動機(jī)；NVH;

電磁噪聲隨著人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，新能源汽車技術(shù)的發(fā)展越來越受到消費(fèi)者和生產(chǎn)商的關(guān)注，而電動車是最具潛力的新能源汽車。電動車的動力來源僅依靠車載電池，同時(shí)動力傳遞總成較少，要具有高速行駛的能力，需要很大的電動機(jī)來增大扭矩。電動機(jī)在工作過程中會產(chǎn)生較高的電磁噪聲和振動，不僅對環(huán)境造成污染，對駕駛員以及乘客的安全也非常不利。在此背景下，電動車的 NVH性能逐漸成為其研發(fā)過程中的重要指標(biāo)之一?；诖?，文章對國內(nèi)外電動車研究現(xiàn)狀所面臨的一些問題進(jìn)行總結(jié)，重點(diǎn)分析了國內(nèi)外有關(guān)電磁噪聲控制技術(shù)方面的研究。

1 電磁及電磁噪聲概述

英國物理學(xué)家麥克斯韋在 19世紀(jì)根據(jù)電磁感應(yīng)定律提出了電位移的概念，并將該名詞推廣到真空電場中，提出了麥克斯韋方程組，對變化的電磁場進(jìn)行描述。文獻(xiàn)[1]通過麥克斯韋方程組分別對永磁體磁密、電樞反應(yīng)磁密[2]、定子齒槽效應(yīng)[3]、負(fù)載下的合成氣隙磁密4種情況進(jìn)行分析[4]。文獻(xiàn)[5]根據(jù)麥克斯韋張量方程推導(dǎo)了徑向電磁力的解析模型，計(jì)算出的結(jié)果與有限元分析結(jié)果十分接近。文獻(xiàn)[6]建立復(fù)數(shù)比磁導(dǎo)模型時(shí)，將氣隙磁密畸變通過磁導(dǎo)實(shí)部和虛部考慮在內(nèi)，來反映齒間處磁密和電磁力的變化?，F(xiàn)有的氣隙磁密和電磁力解析計(jì)算模型能達(dá)到較高的精度，然而對于內(nèi)置式且具有一定復(fù)雜形狀永磁體的電機(jī)，由于其具有復(fù)雜的磁路，目前為止最普遍的方法還屬有限元法。電磁噪聲是由電磁場交替變化而引起某些機(jī)械部件或空間容積振動而產(chǎn)生的噪聲。常見的電磁噪聲產(chǎn)生原因有線圈和鐵心空隙大、線圈松動、載波頻率設(shè)置不當(dāng)、線圈磁飽和等。無論在任何條件下，只要電流存在，都會產(chǎn)生電磁噪聲。電動車在行駛過程中，電動機(jī)工作產(chǎn)生的電磁噪聲給駕駛員的感受是最直接的。電動車與傳統(tǒng)汽車類似，也是由激勵(lì)源、振動傳感器、噪聲發(fā)射器三大系統(tǒng)組成，與傳統(tǒng)汽車不同的是，電動車的激勵(lì)源主要來自電動機(jī)。相較于傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)噪聲而言，電動車的電動機(jī)噪聲頻率更高，因此電動機(jī)噪聲對整車的乘坐舒適性有重大影響。該噪聲主要是電磁噪聲、機(jī)械噪聲以及電動車存在的少部分氣動噪聲。由于電動車驅(qū)動電機(jī)一般采用水冷，因此氣動噪聲基本可以忽略，機(jī)械噪聲與一般旋轉(zhuǎn)機(jī)械的噪聲研究類似。因此文章主要總結(jié)國內(nèi)外驅(qū)動電機(jī)動力總成的電磁噪聲控制技術(shù)。

2 電磁噪聲控制技術(shù)研究2.1 電磁噪聲的多物理場建模

對電動車電機(jī)的電磁噪聲進(jìn)行研究時(shí)涉及到多個(gè)物理場的研究，包括電路、電磁、聲輻射等的研究，如圖 1所示。怎樣能夠做到對電動機(jī)多物理場精確的建模是目前研究電動機(jī)噪聲源的一個(gè)熱門研究話題，對于復(fù)雜多樣的模型，目前為止比較的精確的還是用數(shù)值分析的方法。

文獻(xiàn)[7]通過模態(tài)擴(kuò)展方法獲取了整個(gè)定子表面的振動，文獻(xiàn)[8]提出了一種多物理場模型來計(jì)算開關(guān)磁阻電機(jī)的噪聲，文獻(xiàn)[9]建立了電動機(jī)振動的快速計(jì)算方法。但是這些模型仍然存在一些問題，比如在對定子建模的過程中沒有考慮定子鐵芯的各向異性[10]。文獻(xiàn)[11-12]通過一系列試驗(yàn)得出各向異性材料的參數(shù)，進(jìn)而提高了該電動機(jī)振動和噪聲計(jì)算的精度。此外，文獻(xiàn)[13]計(jì)算了不同極槽配合電動機(jī)的噪聲并且對電動車在不同工況下的電動機(jī)噪聲和對駕駛員客觀心理聲學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了預(yù)測。

2.2 電磁噪聲影響因素分析

電動車的驅(qū)動電機(jī)在工作過程中常會存在一些不確定因素，這些因素對電動機(jī)內(nèi)部的電磁力有著很大的影響。文獻(xiàn)[14]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)脈寬調(diào)制對電磁噪聲有很大的影響。文獻(xiàn)[15]分析了變頻器供電，發(fā)現(xiàn)變頻器的存在同樣是產(chǎn)生電動機(jī)噪聲的原因之一。文獻(xiàn)[16]通過進(jìn)行仿真計(jì)算，對正弦波脈寬調(diào)制和空間矢量控制 2種調(diào)制策略下的電磁振動進(jìn)行比較，對控制策略進(jìn)行優(yōu)化，使電動機(jī)噪聲降低 35!。文獻(xiàn)[17]指出偏心導(dǎo)致不平衡磁拉力的產(chǎn)生，從而加劇電機(jī)振動和噪聲。文獻(xiàn)[18]對轉(zhuǎn)子動態(tài)偏心進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這種情況下會產(chǎn)生邊頻噪聲，因此可以根據(jù)這種現(xiàn)象來判斷動態(tài)偏心。文獻(xiàn)[19]根據(jù)上述結(jié)論，并通過大量試驗(yàn)，利用邊界元方法分析發(fā)現(xiàn)靜態(tài)偏心對電動機(jī)有一定的影響，但影響不大。文獻(xiàn)[20]通過建立一半解析模型分析偏心對轉(zhuǎn)速的影響，分析結(jié)果表明偏心會引起空間電磁力的變化。

2.3 電磁噪聲削弱方法

電動車驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速會對電磁噪聲的產(chǎn)生有一定影響，但目前對電動機(jī)電磁噪聲加以削弱的方法還不是特別成熟。目前的電動機(jī)減振降噪主要從激勵(lì)源優(yōu)化角度加以考慮。文獻(xiàn)[21-23]分別采用優(yōu)化轉(zhuǎn)子參數(shù)、在轉(zhuǎn)子表面開凹槽、選擇空間階數(shù)較大的極槽配合的方法來達(dá)到降低電動機(jī)電磁噪聲的目的。在以上方法的基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[24]又經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可以通過改變各次諧波幅值的方法來降低電磁噪聲。文獻(xiàn)[25]重點(diǎn)研究控制優(yōu)化策略，通過該方法也可以做到使電動機(jī)電磁噪聲有效降低，同時(shí)提出了注入補(bǔ)償電流來削弱分?jǐn)?shù)槽集中繞組電動機(jī) 2倍電流頻率處的振動。文獻(xiàn)[26]提出了一種新的電壓注入策略，在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下保持較低的電壓，轉(zhuǎn)速瞬態(tài)變化時(shí)保持較高的電壓。文獻(xiàn)[27]采用一種正弦規(guī)律變化的載波頻率來削弱電磁噪聲并且減小電流諧波畸變率，在只改變一個(gè)控制參數(shù)的前提下來改變電流頻譜，并且在避免結(jié)構(gòu)共振的同時(shí)保證一個(gè)電周期內(nèi)的載波數(shù)不變。文獻(xiàn)[28]采用離線調(diào)制的策略使能量分散的同時(shí)能夠降低電流諧波幅值，使得結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率附近的電流諧波能量降低，從而減小總體噪聲。文獻(xiàn)[29]經(jīng)過大量試驗(yàn)提出通過使轉(zhuǎn)子分段斜極的方法來降低電動機(jī)電磁噪聲。文獻(xiàn)[30]在上述方法的基礎(chǔ)上，對比了定子傾斜與轉(zhuǎn)子傾斜的效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，定子傾斜降低電動機(jī)電磁噪聲的效果明顯好于轉(zhuǎn)子傾斜。

3 結(jié)論

雖然電磁噪聲控制技術(shù)取得了很大進(jìn)步，但現(xiàn)有的模型只能夠用來分析在轉(zhuǎn)速不變時(shí)的電磁噪聲，因此還需要建立能夠用于不同復(fù)雜工況下的電動機(jī)噪聲模型。另外，目前存在的方法雖然能夠有效減小電動機(jī)噪聲，但同時(shí)也降低了部分電動機(jī)性能，因此需要找到一種不影響電動機(jī)性能的降噪方法。在純電動汽車中，需要解決的問題主要在于電動機(jī)的電磁噪聲，同時(shí)也需要將電動車的整車性能，車身輕量化，動力總成等問題考慮到電動汽車的設(shè)計(jì)中去。雖然電動車對環(huán)境的影響比傳統(tǒng)汽車少，但是其工作過程中產(chǎn)生的電磁噪聲會影響駕駛員的駕駛狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會使駕駛員感到不適，增加交通事故發(fā)生的概率。但是隨著電動車的發(fā)展，這些問題正在被逐漸解決，將電動汽車不同工況下的電動機(jī)振動和噪聲物理場建模相結(jié)合是解決電磁噪聲最重要的課題。

作者：顧凱峰作者單位：（重慶交通大學(xué)機(jī)電與車輛工程學(xué)院）來源：汽車工程師