新能源汽车电驱总成NVH及优化
1电驱总成噪声问题
以某双模车为研究对象 ， 其后驱为电驱动总成 。 在纯电模式下 ， 整车全油门加速和松油门滑行过程中 ， 电驱总成噪声较大 ， 且噪声尖锐刺耳 ， 主观评价为不可接受 ， 需要改进 。 初步分析电驱总成噪声为电机电磁噪声、减速器齿轮啸叫和电控开关高频噪声 。
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通过测试电机圆柱壳体中间、减速器轴承端和电控上盖处的振动加速度、近场噪声 ， 以及车内驾驶员和后排人耳处噪声 ， 发现电机24阶和48阶振动及电磁噪声较大 ， 超出工程目标 ， 在起步阶段尤为明显；减速器1级传动齿轮啮合阶次27阶和其倍频54阶声压级超出目标；电控的IGBT开关高频噪声通过电控上盖板辐射明显 。
针对以上噪声问题 ， 分工况分阶次 ， 从电驱总成激励源（自身结构）、控制策略、结构传递路径和声学包裹等方案着手 ， 实测各方案效果 ， 同时考虑时间周期和成本因素 ， 明确最终解决方案 。
2噪声解决方案
2.1结构壳体加强
对电驱总成的壳体加强包括：对电机端盖、圆柱壳体、减速器壳体加筋 ， 在电机和减速器轴承座处以及悬置安装点加强刚度等 。 通过这些措施 ， 可减弱电驱总成的表面振动及辐射噪声 。 本案例中通过CAE优化 ， 对减速器壳体加筋 ， 如图1绿色部分所示 ， 提高其模态和轴承、悬置安装点处动刚度 。 在纯电全油门加速工况下 ， 加强前后的车内噪声频谱 ， 如图2所示 。
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图1某新能源车减速器壳体加强方案
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图2某新能源车减速器壳体加强前后车内噪声频谱
【新能源汽车电驱总成NVH及优化】从图2可见：优化后 ， 车内噪声在700～1400Hz频段内整体改善非常明显 ， 主要改善的阶次为24阶、27阶 ， 对应的转速段在2000～3000r/min；48阶噪声在1000～2000r/min转速段有明显改善；81阶噪声在3500～4500r/min转速段有明显改善 。
2.2电机斜极设计
定子斜槽或转子斜极使径向力沿电机长度方向出现相位移 ， 降低平均径向力 ， 减小电机振动和噪声 。 对转子进行4段式斜极优化设计后 ， 纯电加速工况下 ， 车内48阶噪声和电驱总成48阶振动都有明显的改善 ， 如图3和图4所示 。
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图3某新能源车电机斜极优化前后车内48阶噪声对比
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图4某新能源车电机转子斜极优化前后电驱48阶振动对比
2.3齿轮改进
纯电模式下 ， 整车以60～20km/h的速度带挡滑行 ， 电驱27阶啸叫明显 ， 如图5所示 ， 识别为减速器1级传动齿轮啮合阶次 。 通过对此齿轮进行修形 ， 使其接触斑更合理 ， 同时为齿轮轮辐增加减重孔 。 优化后 ， 27阶啸叫改善整体均超过10dB；54阶噪声在3000r/min以上转速段改善明显（约4～6dB） ， 如图5所示 。 齿轮修形要兼顾不同工况和阶次优化 ， 尽量改善多数工况啸叫 ， 且不能使某一工况或阶次大幅恶化 。
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图5某新能源车带挡滑行车内噪声频谱
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图6某新能源车27阶噪声改进情况
2.4控制策略优化
2.4.1电控载波频率提升
电机控制器的噪声 ， 主要来自于里面的IGBT开关频率 ， 其频谱特征在Colormap图中以伞状阶次出现 ， 伞状阶次的起始点频率是电控的载波频率 ， 这些开关频率及其谐频随着转速的增加而逐渐远离载波频率 ， 从而形成了伞状阶次线 。 有2种方法改变这些开关频率 ， 从而降低其噪声水平：1）提高开关的基频 ， 振动速度降低 ， 辐射噪声减少 ， 但载波频率不能无限制提高 ， 其有物理特性限制 。 图7示出某电控载波频率从7300Hz提高到8000Hz时的噪声频谱图 。 从图7可以看出 ， 噪声明显降低 ， 主观感受较好 。 2）也有行业内专家提出用随机化的PWM开关策略来替代离散的方式 ， 使离散的阶次噪声变成宽带噪声 ， 降低幅值和纯声成分 。
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图7某新能源车电控噪声Colormap图
2.4.2优化起步加载扭矩
纯电模式起步阶段（电机转速为100～410r/min） ， 电驱总成“呜呜”声较明显 ， 对应频率段为50～145Hz ， 其主要贡献为电机24阶和48阶噪声 ， 相对应阶次电机本体振动也严重超标 。 通过试验 ， 电机起步噪声随扭矩加载速率的降低而减小 ， 但同时会降低整车的动力性 。 综合考虑 ， 在起步瞬间将原加载速率由360N·m/s降低到194N·m/s ， 噪声改善明显 ， 如图8所示 ， 且对动力性影响可接受 。
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图8某新能源车加载速率车内噪声频谱图
2.5传递路径优化
传递路径优化主要是从电驱总成的悬置隔振率、悬置支架动刚度、副车架模态等方面进行提升 ， 降低通过结构传递到车内的振动噪声 。 本案例中通过CAE分析 ， 识别出前悬置被动端动刚度较低、隔振率差 ， 如图9所示 ， 主要是由于悬置支架及副车架前横梁模态较低导致 ， 通过对其结构进行加强 ， 提升刚度及模态 ， 最终使中低频噪声传递有所改善 。
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图9某新能源车前悬置被动端支架动刚度曲线
2.6声学包裹方案
从前面分析可知 ， 整车纯电模式下加速过程中主要存在24阶、27阶、48阶和54阶噪声 。 对电驱总成增加声学包裹 ， 如图10所示 ， 其可阻隔电驱噪声传递到车内 。 图11示出电驱总成加包裹前后的车内噪声 ， 从图11b可以看出 ， 各主要阶次噪声都有降低 ， 其中高频范围内最大降幅达到8dB ， 总噪声降低约3dB 。 同时 ， 增加声学包裹需考虑成本、散热和可靠性等问题 。
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图10某新能源车电驱总成声学包裹
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图11某新能源车电驱总成加包裹前后车内噪声对比
3结论
电驱总成在整车起步、加速、减速等各工况运行中 ， 表现出不同的噪声问题 。 基于试验和CAE分析 ， 识别出具体原因 ， 并加以针对性解决 。 通过采取总成壳体结构加强、电机转子斜极设计、减速器齿轮修形、控制策略调试、传递路径优化和加声学包裹等措施 ， 最终实现电驱总成降噪：24阶噪声降低8dB ， 48阶噪声降低5dB；减速器27阶啸叫降低10dB；电控噪声基本听不到 。 整体上电驱总成主观评价提升到6.75分 ， 仅在起步阶段有轻微“呜呜”声 ， 此电驱系统NVH性能在竞品对标中处于领先水平 。 同时通过此案例 ， 为电驱总成噪声系统性的解决方案积累了经验 。
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