新能源驱动总成NVH开发研究w3.jpg

摘要
电驱动总成的NVH表现是一个复杂的系统问题，其性能好坏与电磁设计、齿轴设计、结构设计、布置形式、控制策略甚至加工制造等环节密切相关。随着电驱朝着高速化方向发展，动力总成在更加复杂的运行工况、更宽的频段范围内表现出棘手的振动噪声特征。同时，NVH性能通常与输出特性、效率等关键性能相互影响。

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。



驱动系统设计要求

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。本文将从电驱动总成NVH问题、开发流程、数据解读来分析NVH的开发重点。

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。

电机系统噪声

电磁噪声影响因素分析



Z：定子齿槽数

P：转子极对数

N：电机转速

LCM：最小公倍数

驱动电机NVH开发流程

一般电机NVH开发流程共包括八个部分，见图2。分别为：设计需求、拓扑设计、电磁设计、仿真分析、A样机、整改优化、B样机、整车匹配。



图2 驱动电机NVH开发流程图

1)在设计需求阶段，根据性能需求，对标竞品，确定电机性能参数和NVH性能指标。

2)拓扑设计阶段确认电机类型、转子结构、长径比、槽数等结构及其对NVH的影响。

3)电磁设计阶段设计电机几何尺寸以及极槽配合、绕组、材料选型及其对NVH影响，齿槽转矩分析等。

4)仿真分析阶段包括电磁仿真、结构仿真、多物理场仿真、平衡其他性能指标，见图3。



图3 驱动电机声学响应仿真流程图

5)A样机阶段进行样机台架NVH测试、校验仿真结果、结构模态测试、噪声源识别测试。

6)整改优化阶段进行电磁方案优化、结构方案优化、性能平衡、最优方案选择。

7)B样机阶段对优化后样机进行台架NVH验收、装车NVH验证、达成单体目标等。

8)整车匹配阶段进行整车试验验证、悬置设计、声学包开发、目标达成确认等。

NVH数据解读

NVH目标设定与分析

该目标通常来自客户或者行业内部标准。



NVH数据解读

关键部件对应的阶次噪声是判断其NVH性能和产品质量的重要因素：

若关键部件阶次噪声和总成噪声的差值≥10dB(A),则说明该部件没有对总成噪声产生贡献；

若关键部件阶次噪声在某个转速下的异常峰值对应到总成噪声在相应转速下也产生异常峰值，则说明该部件对总成噪声值有影响。



总成声压级是产品NVH性能的一个指标，并不能作为唯一一个判断标准！

总结

完备的NVH指标开发体系：整车及动力总成NVH数据库、指标分解方法、指标管控体系、基于传函的指标计算方法；

先进的电磁多目标优化算法：全参数建模、自定义优化精度、断点迭代、电磁场重构、PWM电磁力快速计算、基于半解析法的振动噪声优化；

控制器软件开发及策略优化：底层及应用层软件开发、谐波注入功能开发、随机载频功能开发；

基于粒子群算的齿轮NVH优化设计：修型参数多目标优化算法、优化方案离散性统计；

悬置高频动刚度测试与台架设计：自主动刚度台架设计、悬置高频动刚度计算。