1、前言

隨著全球的電動汽車熱潮的推進，零部件集成化已成為必然趨勢，集成化的驅動系統(tǒng)NVH（噪聲、振動、聲振粗造度（Noise、Vibration、Harshness））對整車性能的影響比重變大，驅動系統(tǒng)的振動噪聲的表現(xiàn)直接影響電動汽車的NVH性能。

與傳統(tǒng)內(nèi)燃機和其他新能源汽車相比，新能源汽車的動力總成構型更簡化、結構更緊湊，在驅動轉矩輸出和加速性等方面都比傳統(tǒng)動力車型有更大的優(yōu)勢，但由于動力總成構型和振動噪聲特性的不同，給整車的NVH性能開發(fā)也提出了新的、更高的要求。

最常見的三合一驅動系統(tǒng)是將減速器、電機和電機控制器一體化，具有高度集成化、絕緣柵雙極型晶體管損耗小、電磁兼容能力強和輕量化等優(yōu)勢。三合一驅動系統(tǒng)結構構型及振動噪聲特點的不同導致純電動汽車開發(fā)中對動力總成NVH性能提出了新的、更高的要求。本文以三合一驅動系統(tǒng)為例，敘述驅動系統(tǒng)NVH的產(chǎn)生機理、控制措施及其對整車性能的影響。

2、驅動電機NVH及其對整車性能的影響

驅動電機的NVH問題主要來源于三個方向：電磁、機械以及冷卻噪聲，其中冷卻噪聲一般可以忽略。

電磁激勵噪聲：表現(xiàn)均為隨轉速變化的階次嘯叫，辨識度較高，其噪聲主階次成份與電機的極數(shù)和槽數(shù)有關，是消費者和整車廠的主要關注點。

PWM載波頻率：與逆變器開關頻率的控制策略有關，逆變器將高壓直流電轉變?yōu)榻涣麟姇r產(chǎn)生該噪聲成分。

電機結構共振噪聲：主要與軸承和零部件裝配工藝相關，需要在制造階段通過把控零部件關鍵尺寸和裝配工藝水平加以改善。

（1）電磁噪聲機理

永磁同步電機具有結構簡單、運行可靠、損耗小、效率高等優(yōu)點，廣泛用作電動汽車驅動電機。永磁同步電機中，振動噪聲的主要來源是電磁力波。電磁噪聲的電磁力，一方面產(chǎn)生使電機（不）旋轉的切向力矩，即電磁轉矩和齒槽轉矩，另一方面會引起定轉子變形和振動的徑向力，這兩個方向的力和力矩是電機的一個母體效應，只要電機發(fā)生旋轉和產(chǎn)生轉矩，就會這兩個力（力矩），從而產(chǎn)生相應的電磁噪聲。

（2）電磁減振措施

削弱電機的振動：一是減小永磁電機的齒槽轉矩，二是減小定轉子永磁體之間的徑向吸引力。

優(yōu)化永磁電機齒槽轉矩方法：采用分數(shù)槽配合、定子斜槽或轉子斜極、優(yōu)化極弧系數(shù)、磁極分段優(yōu)化布置、不等齒靴寬度、磁極不對稱放置、增加輔助槽、優(yōu)化磁極形等。

減小徑向力引起的振動方法：一是提高定子結構的剛度和諧振頻率，二是優(yōu)化或減小徑向電磁力。

在實際當中需要結合電機的基本尺寸，如磁鋼厚度、槽開口、氣隙長度等，進行多參數(shù)優(yōu)化設計，從而對電機的齒槽轉矩進行有效削弱，或通過改變定轉子結構來優(yōu)化電磁力波形。

3、減速器NVH及其對整車性能的影響

（1）減速器噪聲機理

由于驅動電機的特點鮮明，調(diào)速范圍廣，響應快，純電動汽車減速箱通常作為電驅系統(tǒng)中減速增矩的裝置來替代傳統(tǒng)燃油車的變速箱。減速器作為電動汽車關鍵部件之一，直接影響整車NVH性能。

減速器缺少變速器離合器等可衰減電機轉矩、轉速波動的裝置，造成動力總成的輸出扭矩和轉速直接傳遞至車輪，使整車縱向抖動更明顯，扭矩變化速率大，同時產(chǎn)生嚴重的齒輪嘯叫（齒輪箱彈性系統(tǒng)在動態(tài)激勵載荷作用下剛柔耦合響應）問題。

（2）減速器噪聲優(yōu)化方法

減速器NVH問題通常由齒輪的宏觀參數(shù)設計、齒輪變形、殼體剛度、制造誤差、裝配誤差、齒輪自身的微觀修行等因素導致。其中殼體的剛度、模態(tài)是控制減速器輻射噪聲大小的關鍵路徑。實際工作中，齒輪的傳遞誤差（齒輪的傳遞角度與理想角度偏差）直接決定齒輪嘯叫問題的嚴重程度，輪齒對齒面的載荷偏載也會導致較嚴重的振動噪聲。

減速箱振動噪聲問題的解決方案：

1）宏觀參數(shù)選擇，合理避開電機主要階次；

2）微觀參數(shù)選擇，通過合理控制微觀參數(shù)，減輕齒輪的嘯叫問題；

3）提高輪齒的加工精度，將裝配精度控制在合理范疇。

4、傳遞路徑對驅動系統(tǒng)NVH的影響

驅動系統(tǒng)NVH傳遞路徑按傳播介質(zhì)分為空氣傳遞路徑和結構傳遞路徑。在電動車上，電驅動總成本體振動激勵較小，懸置設計剛度較大，且電機和減速器的激勵往往出現(xiàn)在中、高頻率區(qū)間，因此僅考慮結構和空氣傳遞路徑對于車內(nèi)NVH性能的影響。

（1）結構傳遞路徑對車內(nèi)噪聲的影響

對于電動車而言，車內(nèi)的NVH問題多集中于電機的高階次噪聲以及減速器的嘯叫噪聲。電動汽車懸置的布置形式一般采用三點承載式，且懸置的剛度設計值較大，但懸置剛度變化對車內(nèi)階次噪聲影響很小，因此對車內(nèi)的電機中高頻噪聲及減速器嘯叫噪聲影響幾乎沒有影響。

（2）空氣傳遞路徑對車內(nèi)噪聲的影響

驅動電機的高頻率階次噪聲、電磁噪聲以及減速器的齒輪嘯叫噪聲等噪聲頻率較高，空氣傳遞路徑被認為是主要的傳遞路徑影響因素?？梢砸罁?jù)電驅動總成的噪聲特性匹配對應的聲學材料，增加傳遞路徑對于噪聲源的衰減作用，從而減弱車內(nèi)的噪聲問題。

5、驅動系統(tǒng)NVH解決方案

（1）建立完善電驅系統(tǒng)NVH開發(fā)流程，保障產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

（2）掌握基于“電磁場-結構場-聲場”多物理耦合的驅動電機振動噪聲模擬分析方法，NVH參與產(chǎn)品設計，從結構設計上提出改進方案。

（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。尤其是定轉子由多層硅鋼片組成，物理性能表現(xiàn)為各向導性，通過試驗模態(tài)來校核彈性模量結構參數(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)。