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1、某新能源军电驱总成噪声优化赵敏;田蜀东;李杰 【期刊名称】汽车工程师 【年(卷)，期】2019(000)010 【总页数】4页(P31-34) 【关键词】新能源车;电驱总成;电磁噪声;阶次分析 【作者】赵敏田蜀东;李杰 【作者单位】比亚迪汽车工业有限公司产品规划及汽车新技术研究院【正文语种】中文近年来，随着能源的紧缺和环保压力的加剧，各大汽车厂都开始布局新能源汽车 (纯电动、混动)开发，市场竞争也日趋激烈，其中新能源车的NVH品质是车企 占领市场的核心竞争力之一。新能源车在纯电模式下，由于电驱系统没有了发动机 噪声的掩盖，电驱噪声问题更加突出，电驱噪声也成为汽车行业的共性难题。行业 内对新能源
2、车的电机电磁噪声1-5、电机控制器噪声产生原理1,6和减速器齿轮 啸叫、传递误差进行了大量研究7-10，但这些研究主要集中在电机、减速器或电 控等单个部件，没有对电驱总成进行系统性研究。文章以某款电驱总成为例，对其 噪声产生原因及改进方案进行系统性论述。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。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
3、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
4、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。图1某新能源车减速器壳体加强方案图2某新能源车减速器壳体加强前后车内噪声频谱从图2可见：优化后，车内噪声在700 1 400 Hz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2 000-3 000 r/min ; 48阶噪 声在1 000-2 000 r/min转速段有明显改善；81阶噪声在3 500-4 500 r/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
5、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。图3某新能源车电机斜极优化前后车内48阶噪声对比图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 20 km/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10 dB ; 54阶噪声在3 000 r/min以上转速段改善明显（约46 dB），如图5所示。 齿轮修形要兼顾不同工况和阶
6、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。图5某新能源车带挡滑行车内噪声频谱图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7 300 Hz提高到8 000 Hz
7、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。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100-410 r/min ），电驱总成呜呜”声较明显， 对应频率段为50 145 Hz，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360 N-m/s 降低到194 N-m/s，噪声改善
8、明显，如图8所示，且对动力性影响可接受。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。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
9、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8 dB，总噪声降低约3 dB。同 时，增加声学包裹需考虑成本、散热和可靠性等问题。图10某新能源车电驱总成声学包裹图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8 dB，48阶噪声降低5
10、dB ；减速器27阶啸叫降低10 dB ；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。参考文献【相关文献】1 杨浩东.永磁同步电机电磁振动分析D.浙江：浙江大学，2011 : 73-102.2 何鹄环.永磁有刷直流电动机电磁振动与噪声的分析D.上海：上海交通大学，2012 : 11-41.3 韩雪岩，李生祥，米秀峰.正弦波供电下永磁同步电机径向电磁力波研究J.电工电能新技术， 2016(4)： 1-5.4 金孟加，费伟中，沈建新.转子分段斜极
11、的永磁同步电棚由向磁力的研究J.电工技术学报，2013 (11)： 19-27.5 包猛.电动汽车用永磁同步电机的电磁振动噪声分析研究D.安徽：合肥工业大学，2014 : 20- 39.6 黄涛.变频供电感应电机电磁振动研究D.湖北：武汉大学，2014 : 45-75.7 周宗琳，胡兴龙.变速箱啸叫声源识别研究J.机械工程与自动化，2015(2)： 151-153.8 田利红，汤海川.汽车变速器啸叫噪声源识别与分析J.湖北：机械设计与究，2014 (4)： 128- 131.9 LU S W,FENG H H,ZUO Z X,et al.NVH optimization of vehicle powertrainJ.SAE china and FISITA,2012(8):141-149.10 HOUSER D R, HARIANTO J, YASUSHI U.Determining the source of gear whine noiseJ.Gear solutions,2004(2):17-22.
