摘  要

隨著全球的電動(dòng)汽車熱潮的推進(jìn)，電驅(qū)動(dòng)總成的NVH 性能越來越受到重視，逐漸成為研究學(xué)者們的研究重點(diǎn)。NVH 是噪聲、振動(dòng)與聲振粗造度（Noise、Vibration、Harshness）的英文縮寫，汽車駕駛的舒適性與作為電動(dòng)汽車核心部件的電驅(qū)動(dòng)總成有關(guān)，電驅(qū)動(dòng)總成的振動(dòng)噪聲的表現(xiàn)直接影響電動(dòng)汽車的NVH 性能。本文通過對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行理論分析，從而推導(dǎo)出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的NVH 性能。

關(guān)鍵字：電驅(qū)動(dòng)總成　電磁場(chǎng)　動(dòng)力學(xué)　振動(dòng)噪聲

作者：占雨蘭

單位：廣州尼得科汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有限公司

前  言

隨著國內(nèi)新能源車的提出，讓大家對(duì)電驅(qū)動(dòng)更加關(guān)注，然而電驅(qū)動(dòng)也存在一些問題[1-3]，具體表現(xiàn)為：

1.1　電機(jī)NVH

特征一：電磁激勵(lì)噪聲，其噪聲主階次成份與電機(jī)的極數(shù)和槽數(shù)有關(guān)。

特征二：PWM 載波頻率，與逆變器開關(guān)頻率的控制策略有關(guān)，逆變器將高壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姇r(shí)產(chǎn)生該噪聲成分。

特征三：電機(jī)結(jié)構(gòu)共振產(chǎn)線的噪聲。


圖1　電機(jī)結(jié)構(gòu)中定子組件共振測(cè)試

1.2　變速器NVH

缺乏了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的掩蔽效應(yīng)，使得電動(dòng)車對(duì)減速器NVH 有了更苛刻的要求。


圖2　三合一產(chǎn)品齒輪噪聲階次頻譜分析圖

相對(duì)于傳統(tǒng)變速器，電動(dòng)車的減速器齒輪傳遞更大的扭矩，更高的工作轉(zhuǎn)速區(qū)，使得齒輪嚙合噪聲變現(xiàn)出更高的頻率或階次（1000-4000Hz 以上），極易在車內(nèi)產(chǎn)生齒輪嘯叫。

1.3　動(dòng)車總成懸置系統(tǒng)NVH

相比于傳統(tǒng)車，電機(jī)懸置系統(tǒng)的邊界條件有明顯變化：

電驅(qū)總成沒有發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速，工作轉(zhuǎn)速從0 rpm 開始。電機(jī)轉(zhuǎn)速高，最高頻率遠(yuǎn)大于發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率。沒有發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的掩蓋，高速減速器齒輪噪聲將在動(dòng)力總成噪聲中突顯。懸置隔振的主要頻率區(qū)重點(diǎn)關(guān)注高頻段區(qū)域。

除了考慮懸置的隔振性能，也要需要考慮其抗扭性能。尤其對(duì)于電動(dòng)汽車而主，其電機(jī)扭矩大（1000 rpm 即可輸出高達(dá)250-350Nm），響應(yīng)快，對(duì)整車的瞬態(tài)沖擊更大，在TIP IN/OUT 工況下很容易造成整車前后抖動(dòng)。

電動(dòng)車懸置系統(tǒng)的輸入激勵(lì)、隔振頻率區(qū)等邊界條件和NVH 指標(biāo)要求與傳動(dòng)車有明顯變化，不當(dāng)?shù)膽抑迷O(shè)計(jì)方案會(huì)加劇振動(dòng)傳遞。

因此本研究就針對(duì)電驅(qū)動(dòng)現(xiàn)有的問題進(jìn)行了進(jìn)一步的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，進(jìn)而得到性能優(yōu)異的電驅(qū)動(dòng)裝置。

正  文

從動(dòng)力總成角度概括說明：動(dòng)力總成從傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)更換為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，總噪聲值變??；電機(jī)表面出高頻尖叫聲；減速器齒輪嘯叫明顯；動(dòng)總懸置高頻隔振能力差。電驅(qū)總成NVH 解決方案與應(yīng)對(duì)措施 通常如下:

1）建立完善電驅(qū)系統(tǒng)NVH 開發(fā)流程，是產(chǎn)品性能管控和質(zhì)量保障的關(guān)鍵。

2）掌握基于“電磁場(chǎng)- 結(jié)構(gòu)場(chǎng)- 聲場(chǎng)”多物理耦合的驅(qū)動(dòng)電機(jī)振動(dòng)噪聲模擬分析方法，NVH 參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上提出改進(jìn)方案。

3）建立“零部件級(jí)- 總成級(jí)- 整車級(jí)”電機(jī)NVH 校驗(yàn)流程，掌電機(jī)每一層級(jí)NVH特性。尤其是定轉(zhuǎn)子由多層硅鋼片組成，物理性能表現(xiàn)為各向?qū)?，需通過試驗(yàn)?zāi)B(tài)來校核彈性模量結(jié)構(gòu)參數(shù)。

4）識(shí)別NVH 問題工況與激勵(lì)成分，依據(jù)CAE 分析模型對(duì)問題原因進(jìn)行快速診斷，制定改善方案并驗(yàn)證效果，達(dá)成電機(jī)NVH 正向開發(fā)與閉環(huán)。

而本文主要通過以下幾個(gè)方面來重點(diǎn)討論電驅(qū)總成NVH 的其他解決方案：

1、針對(duì)不同電機(jī)，需要尋求合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

電機(jī)產(chǎn)品和工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)主要通過以下幾個(gè)方面來進(jìn)行：

·  適合的基槽配合比：

·  斜極斜槽方案

·  適當(dāng)?shù)臍庀秾挾?br />
·  定子齒形、槽型優(yōu)化

·  定子槽口設(shè)計(jì)、選用磁性槽楔；

·  轉(zhuǎn)子磁級(jí)形狀、布置位置與角度優(yōu)化

·  轉(zhuǎn)子輔助槽、隔磁橋優(yōu)化

·  減少電機(jī)幾何和磁場(chǎng)的不對(duì)稱；

2、電流諧波注入策略

根據(jù)轉(zhuǎn)矩、電角度以及磁鏈諧波等信息產(chǎn)生諧波電流并注入系統(tǒng)進(jìn)行控制，消除系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)( 圖3)。


圖3　NVH 中的階次與分貝分析圖

3、減速器NVH 開發(fā)—齒輪激勵(lì)控制減速器NVH CAE 分析流程如圖4 所示：


圖4　減速器NVH CAE 分析流程圖

EV 減速器與傳統(tǒng)變速器的差異點(diǎn)：低速大扭矩負(fù)荷，工作轉(zhuǎn)速提升到12000-15000 rpm 以上高轉(zhuǎn)速區(qū)，缺乏發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的掩蔽效應(yīng)等。

其中減速器NVH 開發(fā)主要采用齒輪激勵(lì)控制方法，主要有：

·  高重合度設(shè)計(jì)

·  NVH 開發(fā)前移需要重點(diǎn)關(guān)注的設(shè)計(jì)項(xiàng)

·  高于傳統(tǒng)齒輪設(shè)計(jì)的重合度目標(biāo)值高齒面加工工藝

·  避免諧頻，倍頻問題；更好的產(chǎn)品一致性

·  高扭矩微觀修形

基于電動(dòng)車齒輪NVH 目標(biāo)體系，在齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上對(duì)齒輪宏觀和微觀參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提出改進(jìn)方案。主要分為如下：

1）齒輪產(chǎn)品和工藝參數(shù)：

主要通過計(jì)算中間齒輪轉(zhuǎn)一圈，電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)、電機(jī)轉(zhuǎn)一圈時(shí)，中間齒輪和齒圈嚙合的次數(shù)以及齒圈轉(zhuǎn)一圈，電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)來了解齒輪的基本情況。

2）節(jié)次分析，不同的節(jié)次代表了電機(jī)不同的狀態(tài)，主要內(nèi)容如表1 所示：

汽車駕駛時(shí)，輸入軸向減速側(cè)施加推力負(fù)載，駕駛時(shí)的制動(dòng)圖如圖5 所示：

汽車制動(dòng)時(shí)（含剎車）輸入轉(zhuǎn)向電機(jī)殼體施加推力負(fù)載。另通過摩擦傳遞，也會(huì)向電機(jī)軸產(chǎn)生推力負(fù)載。主要的作用圖如圖6所示：

表1　節(jié)次分析



圖5　汽車駕駛時(shí)的制動(dòng)圖


圖6　汽車制動(dòng)時(shí)的作用圖

結(jié)  論

根據(jù)以上的分析（電機(jī)參數(shù)、節(jié)次分析）以及目前的驗(yàn)證情況、齒輪基本信息方案，我們可以得到以下結(jié)論，供同領(lǐng)域的研究人員參考：

①機(jī)倒棱；

②維持現(xiàn)狀11.5μ；

③鼓形量調(diào)整至5μ；

截至2021 年1 月共有1340 臺(tái)的齒輪膠合有改善并成功裝車。



參考文獻(xiàn)：

[1] 溫傳新，王培欣，花為. 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 微電機(jī)，2019.

[2] 何洪文，余曉江，孫逢春，等. 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力特性分析[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006.

[3] 路?？? 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究[J]. 價(jià)值工程，2013（16）：45-47.

作者簡(jiǎn)介

占雨蘭：（1986.11.06—）， 女， 漢族， 江西省南昌市人，2007 年畢業(yè)于湖北職業(yè)學(xué)院模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)，主要從事于電機(jī)工藝設(shè)計(jì)，現(xiàn)任廣州尼得科汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有限公司技術(shù)部科長(zhǎng)，現(xiàn)已具有中級(jí)職稱。