NVH电驱啸叫

NVH 问题分析常用“源头-传递路径-响应”重要分析理论。

一.电驱啸叫声压目标

如要达到完全无啸叫，则要求TNR≤1 dB（f＞1 kHz）和TNR≤2 dB（f＜1 kHz）。

电机主要阶次分别为48，60和72阶，等于电机的定子槽数。

减速器输入齿轮阶次处于19～31阶之间，减速器输出齿轮阶次处于7～10阶之间。

二.案例：电驱啸叫

1. 问题描述

   在中大电门加速工况下，在20 km/h～50 km/h车内中低频啸叫，在50 km/h～90 km/h 高频啸叫，主观不可接受。

1.1初步分析

   20 km/h～50 km/h 时啸叫主要为二级齿轮（7.11阶、14.22 阶）和一级齿轮（26 阶）啮合噪声，50 km/h～90 km/h 时主要为一级齿轮（26 阶、52 阶）噪声以及电机48阶噪声，如图所示。

2.可能原因

3.噪声源激励

   运用LMS Test.Lab软件对电驱桥总成噪声及振动进行数据采集和分析。整车试验工况为大油门加速电机转速从1 000 r/min至10 000 r/min，噪声测点为电机近场车头方向50 cm处，振动测点为减速器壳体底部。其中测点布置如图4所示。

     图  电机近场50 cm 48阶噪声曲线

式中：f为频率，r为转速，n为阶次。

图5中电机近场噪声曲线显示大油门加速工况下在6 800 r/min～7 700 r/min存在峰值87 dB(A)，对应频率为5 440 Hz～6 160 Hz，超出目标值。结合图2 的车内噪声彩图可知，车内48 阶噪声在7 000 r/min～7 700 r/min 存在峰值，为70 km/h～80 km/h时高频啸叫的主要来源。

电机结构上影响48阶噪声主要因素有：1）电机刚度。其影响电机壳体振动幅值及壳体模态。考虑到该电机除外壳外均为借用件，在不改变电机原设计方案前提下，从源头优化仅能通过改变电机壳体材质，趋势性增加电机壳体刚度，以降低电机壳体振动，减弱壳体辐射噪声。

2）图中减速器壳体一级减速齿轮26 阶、56 阶振动幅值异常，该齿轮在设计或加工上可能存在较大问题。二级减速齿轮7.11阶、14.22阶振动在部分转速段也超过参考值（0.5 mm/s），需作进一步优化。

根据本章分析结果可得，在5 926 Hz 电机总成存在外扩模态，电机48阶噪声在7 000 r/min～7 700 r/min 偏大原因是48 阶激励频率与电机壳体固有频率发生耦合，产生共振，并向外辐射噪声，最终传至车内。

4.优化方案

根据客观测试分析可得，电机啸叫的根本原因是电机48 阶激励频率与电机总成的壳体固有频率发生耦合，产生共振。减速器啸叫的根本原因是减速器齿轮设计及加工不合理，导致其壳体振动超标。其次整车声包及气密性未达到理想状态，最终导致车内电机及减速器啸叫明显。

经分析，可从如下途径进行优化：

1）降低电机和减速器激励。

2）减速器加工及装配工艺优化

增大齿轮倒棱角尺寸

3） 齿轮装配工艺优化

将一级减速被动齿轮内花键与二轴外花键由间隙配合改为过盈配合，齿轮和二轴分开加工再压装改为压装后再磨削，以增加齿轮加工精度。齿轮与轴的结构如图所示。

   一级减速被动齿轮与二轴结构示意图

4）减速器壳体加工工艺优化

将减速器壳体加工由二次装夹改为一次装夹，并将壳体加工定位方式由壳体螺纹底孔改为工艺基准孔，以减小壳体轴承支撑孔位置度偏差。原设计壳体加工定位方式为螺纹底孔，且加工中存在二次装夹，导致定位累计误差较大，影响轴承位置度。而轴承座位置度会影响齿轮中心距、接触面积及传递误差，导致减速器三根轴的空间位置变化，轴线发生偏移，齿轮啮合不均。

5）齿形优化

   齿形误差优化齿形误差一般是由滚齿机分度齿轮系统误差或滚刀振摆造成。为了减小齿形误差，就要提高滚齿机分度传动系统精度和滚刀精度，从而提高齿轮的加工精度[7]。原始设计中使用普通刚玉系或碳化系砂轮加工齿轮，齿形偏差（齿廓波纹度）ffα 较大，影响齿轮啮合面积及啮合区域，从而导致由齿轮啮合产生的冲击较大。而砂轮的直径越大，齿轮精度越容易保证。改用大直径的金刚滚轮加工齿轮可有效优化ffα，控制其在2 μm 以内。齿形偏差ffα 示意图如图所示，其实测结果如表所示。

齿轮微观修形

Xu[8]提出齿轮激励力最有效的优化方法为修形。修形分为齿形修形和齿向修形。前者是沿齿根到齿顶方向进行微量修整，使其偏离理论齿形；后者是沿齿线方向修形，可改善载荷沿齿线的分布。

本次修形方案为调整二级减速被动齿轮齿形鼓形量Cα和齿形倾斜偏差fHα。齿形修形参数示意图如图17所示，其实测结果如表3所示。

5.减速器啸叫优化效果经实验验证

优化ffα 以及调整齿轮微观参数Cα 和fHα 对抑制减速器阶次噪声均有明显效果，噪声数据如图所示。 

图  齿形误差优化及齿轮修形前后车内后排噪声曲线

    针对大油门加速工况下电机和减速器啸叫问题，以车内后排右侧外耳噪声为评价指标，通过提升整车气密性及加强声学包，抑制电机啸叫较明显，整体评估可接受，但减速器啸叫仍偏大。

   针对减速器啸叫问题，在路径优化基础上，对减速器加工与装配工艺以及齿轮齿形进行优化，经验证该方案优化效果明显，整体可接受。

   其中在钣金缝隙处增加密封胶封堵、在侧拉门迎宾踏板处增加密封软垫、在地板下方增加吸声棉等路径优化方案

   齿轮倒角优化、齿轮装配、减速器加工工艺优化等方案以及齿形误差优化、齿轮微观修形等方案均已工程化。

    优化后，电机啸叫主观评分由原始状态5.5 分提升至6.5 分，减速器啸叫主观评分由5.0 分提升至6.5 分。