1. 引言:电驱噪音的现状和目标

电动车由于动力总成改变,进排气取消,新增动力电池模块等改变,其车内噪声也明显变小:

 

 

电动车车内噪声变小,是否 NVH 得到了改善?

 

车身+底盘方面: 

车身结构分布变化、声学包分布变化 

 

底盘刚度增加、轮胎抗冲击要求增加 

 

风噪/路噪问题凸显

 

动力总成方面:

动力总成从传统内燃机更换为电驱动 系统,总噪声值变小 

 

电机表现出高频尖叫声 

 

减速器齿轮啸叫明显 

 

动总悬置高频隔振能力差

 

附件电动化: 

发动机掩蔽效应消失 

 

电动空调压缩机噪声显现 

 

继电器异响 

 

水泵/真空泵等子系统噪声突出

 

▲500-4000Hz 的啸叫噪音主要由减速器齿轮阶次贡献;5000Hz 以上的啸叫噪音主要由电机极数的阶次贡献。

 

▲电机的电磁激励噪声(包括开关频率噪声)频率高达 4kHz 以上,而人耳对 1k-6kHz 噪声非常敏感, 即使电机噪声幅值降低到 35dB(A),仍然能被人耳感知到,从而引起抱怨。

 

特征①:电磁激励噪声,其噪声 主阶次成分为电机的极数和槽数。

 

特征②: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。

 

特征③:电机结构共振 产生的噪声。

 

更安静的电动车,对减速器 NVH 有了更苛刻的要求:

瞬间提速, 瞬间大载荷,容易导致齿轮变形风险增大。

 

大速比,高转速,会使齿轮阶次频率增大。

 

NVH 重要度前移, 更高的 NVH 要求。

 

▲相对于传统车,电动车的减速器齿轮传递更大的扭矩,更宽的工作转速范围,使得齿轮啮合啸叫噪 声异常突出,并且更高的频率阶次也不容易被掩蔽。

 

▲最高频率至 8000Hz,车内电机阶次目标为低于 30dB(A),人很难感觉到;全负荷工况电机本体噪音在额定转速处有一个拐点。

 

▲最高频率至 3000Hz,车内齿轮阶次目标低于 35dB(A),人很难感觉到;全负荷工况减速器齿轮噪音在额定转速处有一个拐点。

 

2. 电机噪音的测试和分析 

在半消声室的转毂试验台上 进行车辆试验。 分别测量了三相电流、驱动总成近场噪声和驾驶室内部噪声。 

 

 

得出电机的 48 阶噪声峰值主要是 由电机定子的 0 阶变形引起的。

 

为了进一步分析电机的噪声,消除减速器等部件的影响,将驱动电机安装在半消声室内的测功机上;加载电机置于吸声方盒中,加载电机的辐射噪声可以忽略不计;麦克风设置在距电机外壳表面 1 米的 距离,围绕电机周围 5 个方向;在电机壳体和轴承位置上分别设置加速度传感器。

 

 

电机噪声的主要阶数是:

8 阶(电机极数)的 1 次、3 次、 4 次、5 次、6 次;

 

44 阶和 52 阶(来源不详)  中心频率为 10000Hz(为逆变器开关频率)的伞形噪声;

 

 

另外,电机噪声表现出三个共振频率带。

 

电机噪声阶次中,声压级最大的为 48 阶。其最大声压级相比其它阶次高出 30dB。 

 

额定转速(4200RPM)以下扭矩对噪 声(48 阶)影响较小; 

 

在额定转速以上,扭矩越大,噪声 (48 阶)越大。100%转矩与 50% 转矩之间的噪声差约为 20dB, 100% 转矩与 20%之间的噪声差约为 30dB。

 

 

3. 电磁激励源的分析 

 

 

48 阶频率的电磁力波主要空间阶次为 0 阶,与 5673 Hz 的定子(0,0)阶模态一致。因此,在这种情况下, 定子受到激励,产生明显的振动和噪声。

 

而 592 Hz 的定子(2,0)阶模态和 1730 Hz 的定子(3,1)阶模态的振型与 0 阶空间模态不同,虽然定子也在 这两个频率下受到激励,但振动幅值要比(0,0)阶振型小得多。

 

 

48 阶噪音主要来源于:4. 转子磁场和定子槽相互作用。可通过电磁或结构手段优化; 

 

电流谐波可导致阶次为电机极数的倍数的电磁噪音。可通过控制手段优化。

 

4. 改善方案和建议

为了降低电机噪声,主要有以下措施:

 

结构方面: 通过增加定子结构的刚度或阻尼,可以改善定子的谐振峰。然而, 定子刚度目前已难以提高,且仍然会有更高频率的共振。

 

例如,假如共振发生在大约 7000RPM,对应于车速大约 100km/h。如果我们想把共振发生的速度提高到 120kph,我 们必须把定子 0 阶模量从 5700Hz 提高到 6840Hz ,即提高 1140Hz。目前很难实现 1000Hz 以上的模态频率增加,因为电 机的模态频率已经优化。增加定子与机壳之间的阻尼是一种可行的解决方案。 

 

磁场方面: 通过改善磁场波形,减小气隙磁通密度的幅值,从而减小力波的幅 值,可以改善噪声。这些措施包括增加气隙、增加定子绕组每相数、 转子开槽、磁钢位置和形状优化、采用分段斜极等电磁结构优化。

 

控制方面: 通过反向谐波电流注入或谐波电流抑制等控制策略,可以改善电流 谐波导致的电磁噪音。