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孙新波：电驱动系统及其NVH问题介绍
2018-03-31 15:12:07· 来源：豹驰声学科技有限公司 孙新波博士
目前该系统普遍存在于大家的日常生活中，例如我们接触的洗衣机、电动车、压缩机、数控机床等，都为典型的电驱动应用领域，希望通过本次的技术介绍对大家的工作有所帮助，并对电驱动系统的NVH有一定的认识。
目前该系统普遍存在于大家的日常生活中，例如我们接触的洗衣机、电动车、压缩机、数控机床等，都为典型的电驱动应用领域，希望通过本次的技术介绍对大家的工作有所帮助，并对电驱动系统的NVH有一定的认识。
1. 何为电驱动系统？
与传统的驱动方式相比，电驱动系统以消耗电能达到驱动系统运动或工作的目的，目前该类型的驱动方式已经广泛的应用于工业领域，与大家日常生活息息相关的电驱动主要存在于家电领域，典型的有：
家用空调系统的电动压缩机：其通过电机带动转子工作，达到压缩空气的目的，从而实现其功能循环；
电动车：不论是燃料电池电动车及其他类型电池电动车，其驱动方式以电机直驱或电机带动减速器工作，达到驱动车轮的目的；
汽车座椅驱动、车窗驱动也同样采用电驱动的方式；
小型无人机也大多采用电驱动方式。
当然，在一些重型工业中，电驱动的方式也同样存在，例如电力机车、风电、潜艇推进系统等领域，也同样存在大量的采用电驱动方式，典型的应用如图1所示。
图1：电驱动的典型应用
由此可见，电驱动的应用领域越来越广，其使用产品也越来越大，可以预见在不久的将来，可能我们日常所见的驱动方式将主要以电驱动为主。
2. 电驱动有什么优缺点
然而，对于电驱动与常规的驱动方式（燃烧、蒸汽、等）相比，电驱动有哪些优点呢？电驱动比较典型的优点有：
1）控制精度高；
2）传动平稳，波动较小，因此比较适合精密加工；
3）振动噪声较低；
4）便于控制；
5）电力作为能源来源，其便于排放的集中处理；
随着国内新能源车的提出，让大家对电驱动更加关注，然而电驱动也存在一些问题，具体表现为：
1）其振动噪声虽然低，但其特征为典型的单频信号，其声品质较差；
2）核心电子器件（IGBT）成本较高；
3）对电流谐波较为敏感，电流谐波有可能直接影响其性能，因此电控的优劣显得尤为重要；；
4）对电磁兼容的要求较高。
对于振动噪声而言，电驱动的典型频谱特征如图2所示。
图2 某电动车电驱动频谱特征
由图2可以看出：电驱动的单频信号较为明显，不存在明显的宽频激励，因此振动噪声将以该单频信号为主，直接影响其品质；且NVH问题主要集中在中高频段。
3. 电驱动的典型构成
对于电驱动的典型构成，一般主要由以下及部分组成：
1）供电系统；
2）控制系统；
3）电机（或电机+减速器）；
4）冷却系统：主要用于电机冷却
对于电动车的电驱动系统及其NVH来说，其主要组成如图3所示。
图3：电动车电驱动系统及其NVH
对于其他领域的电驱动NVH问题，其可能在供电方式、电机冷却模式上存在差异，其对应的NVH问题上会涉及到冷却方式引入的新的声源；其他方面不存在大的差异。
4. 电驱动系统NVH问题
作为电驱动的主要组成部分，电机的NVH成为了一个不可忽略的部分；当然根据驱动环节中是否存在减速器，其NVH问题也是其中的一部分。
然而电机的NVH问题直接与电控、电机电磁、结构设计有很强的关系，因此对于电机的NVH问题，我们采用图4进行分类描述。
图4 电机NVH问题分类介绍
在电机的NVH建模上，为了保证正向开发、故障诊断的需求，我们需要满足电机的NVH方案评价及精确建模两种完全不同的要求，因此对于电机的NVH建模，我们需要考虑以下因素：
1）电机的激励源建模：
电机电磁场建模与标定—获取电磁载荷；
电机转子动力学分析—获取电机的机械结构载荷；
冷却系统噪声源获取：CFD等，根据实际冷却方式而定；
2）电机的材料参数获取；
涉及到电机硅钢片的材料参数提取；
硅钢片及线圈阻尼效应获取；
3）电机传递函数建模：
动力学模型搭建及标定；
4）电机NVH分析：
电机的近场噪声；
电机振动分析；
电机远场噪声；
5）电机与系统集成NVH问题。
1. 何为电驱动系统？
与传统的驱动方式相比，电驱动系统以消耗电能达到驱动系统运动或工作的目的，目前该类型的驱动方式已经广泛的应用于工业领域，与大家日常生活息息相关的电驱动主要存在于家电领域，典型的有：
家用空调系统的电动压缩机：其通过电机带动转子工作，达到压缩空气的目的，从而实现其功能循环；
电动车：不论是燃料电池电动车及其他类型电池电动车，其驱动方式以电机直驱或电机带动减速器工作，达到驱动车轮的目的；
汽车座椅驱动、车窗驱动也同样采用电驱动的方式；
小型无人机也大多采用电驱动方式。
当然，在一些重型工业中，电驱动的方式也同样存在，例如电力机车、风电、潜艇推进系统等领域，也同样存在大量的采用电驱动方式，典型的应用如图1所示。
图1：电驱动的典型应用
由此可见，电驱动的应用领域越来越广，其使用产品也越来越大，可以预见在不久的将来，可能我们日常所见的驱动方式将主要以电驱动为主。
2. 电驱动有什么优缺点
然而，对于电驱动与常规的驱动方式（燃烧、蒸汽、等）相比，电驱动有哪些优点呢？电驱动比较典型的优点有：
1）控制精度高；
2）传动平稳，波动较小，因此比较适合精密加工；
3）振动噪声较低；
4）便于控制；
5）电力作为能源来源，其便于排放的集中处理；
随着国内新能源车的提出，让大家对电驱动更加关注，然而电驱动也存在一些问题，具体表现为：
1）其振动噪声虽然低，但其特征为典型的单频信号，其声品质较差；
2）核心电子器件（IGBT）成本较高；
3）对电流谐波较为敏感，电流谐波有可能直接影响其性能，因此电控的优劣显得尤为重要；；
4）对电磁兼容的要求较高。
对于振动噪声而言，电驱动的典型频谱特征如图2所示。
图2 某电动车电驱动频谱特征
由图2可以看出：电驱动的单频信号较为明显，不存在明显的宽频激励，因此振动噪声将以该单频信号为主，直接影响其品质；且NVH问题主要集中在中高频段。
3. 电驱动的典型构成
对于电驱动的典型构成，一般主要由以下及部分组成：
1）供电系统；
2）控制系统；
3）电机（或电机+减速器）；
4）冷却系统：主要用于电机冷却
对于电动车的电驱动系统及其NVH来说，其主要组成如图3所示。
图3：电动车电驱动系统及其NVH
对于其他领域的电驱动NVH问题，其可能在供电方式、电机冷却模式上存在差异，其对应的NVH问题上会涉及到冷却方式引入的新的声源；其他方面不存在大的差异。
4. 电驱动系统NVH问题
作为电驱动的主要组成部分，电机的NVH成为了一个不可忽略的部分；当然根据驱动环节中是否存在减速器，其NVH问题也是其中的一部分。
然而电机的NVH问题直接与电控、电机电磁、结构设计有很强的关系，因此对于电机的NVH问题，我们采用图4进行分类描述。
图4 电机NVH问题分类介绍
在电机的NVH建模上，为了保证正向开发、故障诊断的需求，我们需要满足电机的NVH方案评价及精确建模两种完全不同的要求，因此对于电机的NVH建模，我们需要考虑以下因素：
1）电机的激励源建模：
电机电磁场建模与标定—获取电磁载荷；
电机转子动力学分析—获取电机的机械结构载荷；
冷却系统噪声源获取：CFD等，根据实际冷却方式而定；
2）电机的材料参数获取；
涉及到电机硅钢片的材料参数提取；
硅钢片及线圈阻尼效应获取；
3）电机传递函数建模：
动力学模型搭建及标定；
4）电机NVH分析：
电机的近场噪声；
电机振动分析；
电机远场噪声；
5）电机与系统集成NVH问题。
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