浅谈新能源汽车驱动系统NVH及其对整车性能的影响

1、前言

随着全球的电动汽车热潮的推进，零部件集成化已成为必然趋势，集成化的驱动系统NVH（噪声、振动、声振粗造度（Noise、Vibration、Harshness））对整车性能的影响比重变大，驱动系统的振动噪声的表现直接影响电动汽车的NVH性能。

与传统内燃机和其他新能源汽车相比，新能源汽车的动力总成构型更简化、结构更紧凑，在驱动转矩输出和加速性等方面都比传统动力车型有更大的优势，但由于动力总成构型和振动噪声特性的不同，给整车的NVH性能开发也提出了新的、更高的要求。

最常见的三合一驱动系统是将减速器、电机和电机控制器一体化，具有高度集成化、绝缘栅双极型晶体管损耗小、电磁兼容能力强和轻量化等优势。三合一驱动系统结构构型及振动噪声特点的不同导致纯电动汽车开发中对动力总成NVH性能提出了新的、更高的要求。本文以三合一驱动系统为例，叙述驱动系统NVH的产生机理、控制措施及其对整车性能的影响。

2、驱动电机NVH及其对整车性能的影响

驱动电机的NVH问题主要来源于三个方向：电磁、机械以及冷却噪声，其中冷却噪声一般可以忽略。

电磁激励噪声：表现均为随转速变化的阶次啸叫，辨识度较高，其噪声主阶次成份与电机的极数和槽数有关，是消费者和整车厂的主要关注点。

PWM载波频率：与逆变器开关频率的控制策略有关，逆变器将高压直流电转变为交流电时产生该噪声成分。

电机结构共振噪声：主要与轴承和零部件装配工艺相关，需要在制造阶段通过把控零部件关键尺寸和装配工艺水平加以改善。

（1）电磁噪声机理

永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、损耗小、效率高等优点，广泛用作电动汽车驱动电机。永磁同步电机中，振动噪声的主要来源是电磁力波。电磁噪声的电磁力，一方面产生使电机（不）旋转的切向力矩，即电磁转矩和齿槽转矩，另一方面会引起定转子变形和振动的径向力，这两个方向的力和力矩是电机的一个母体效应，只要电机发生旋转和产生转矩，就会这两个力（力矩），从而产生相应的电磁噪声。

（2）电磁减振措施

削弱电机的振动：一是减小永磁电机的齿槽转矩，二是减小定转子永磁体之间的径向吸引力。

优化永磁电机齿槽转矩方法：采用分数槽配合、定子斜槽或转子斜极、优化极弧系数、磁极分段优化布置、不等齿靴宽度、磁极不对称放置、增加辅助槽、优化磁极形等。

减小径向力引起的振动方法：一是提高定子结构的刚度和谐振频率，二是优化或减小径向电磁力。

在实际当中需要结合电机的基本尺寸，如磁钢厚度、槽开口、气隙长度等，进行多参数优化设计，从而对电机的齿槽转矩进行有效削弱，或通过改变定转子结构来优化电磁力波形。

3、减速器NVH及其对整车性能的影响

（1）减速器噪声机理

由于驱动电机的特点鲜明，调速范围广，响应快，纯电动汽车减速箱通常作为电驱系统中减速增矩的装置来替代传统燃油车的变速箱。减速器作为电动汽车关键部件之一，直接影响整车NVH性能。

减速器缺少变速器离合器等可衰减电机转矩、转速波动的装置，造成动力总成的输出扭矩和转速直接传递至车轮，使整车纵向抖动更明显，扭矩变化速率大，同时产生严重的齿轮啸叫（齿轮箱弹性系统在动态激励载荷作用下刚柔耦合响应）问题。

（2）减速器噪声优化方法

减速器NVH问题通常由齿轮的宏观参数设计、齿轮变形、壳体刚度、制造误差、装配误差、齿轮自身的微观修行等因素导致。其中壳体的刚度、模态是控制减速器辐射噪声大小的关键路径。实际工作中，齿轮的传递误差（齿轮的传递角度与理想角度偏差）直接决定齿轮啸叫问题的严重程度，轮齿对齿面的载荷偏载也会导致较严重的振动噪声。

减速箱振动噪声问题的解决方案：

1）宏观参数选择，合理避开电机主要阶次；

2）微观参数选择，通过合理控制微观参数，减轻齿轮的啸叫问题；

3）提高轮齿的加工精度，将装配精度控制在合理范畴。

4、传递路径对驱动系统NVH的影响

驱动系统NVH传递路径按传播介质分为空气传递路径和结构传递路径。在电动车上，电驱动总成本体振动激励较小，悬置设计刚度较大，且电机和减速器的激励往往出现在中、高频率区间，因此仅考虑结构和空气传递路径对于车内NVH性能的影响。

（1）结构传递路径对车内噪声的影响

对于电动车而言，车内的NVH问题多集中于电机的高阶次噪声以及减速器的啸叫噪声。电动汽车悬置的布置形式一般采用三点承载式，且悬置的刚度设计值较大，但悬置刚度变化对车内阶次噪声影响很小，因此对车内的电机中高频噪声及减速器啸叫噪声影响几乎没有影响。

（2）空气传递路径对车内噪声的影响

驱动电机的高频率阶次噪声、电磁噪声以及减速器的齿轮啸叫噪声等噪声频率较高，空气传递路径被认为是主要的传递路径影响因素。可以依据电驱动总成的噪声特性匹配对应的声学材料，增加传递路径对于噪声源的衰减作用，从而减弱车内的噪声问题。

5、驱动系统NVH解决方案

（1）建立完善电驱系统NVH开发流程，保障产品性能和质量。

（2）掌握基于“电磁场-结构场-声场”多物理耦合的驱动电机振动噪声模拟分析方法，NVH参与产品设计，从结构设计上提出改进方案。

（3）建立“零部件级-总成级-整车级”电机NVH校验流程，掌电机每一层级NVH特性。尤其是定转子由多层硅钢片组成，物理性能表现为各向导性，通过试验模态来校核弹性模量结构参数。

（4）识别NVH问题工况与激励成分，依据CAE分析模型对问题原因进行快速诊断，制定改善方案并验证效果，达成电机NVH正向开发与闭环。