新能源汽车电驱总成NVH及优化

新能源汽车电驱总成NVH及优化前言：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。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。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700～1400Hz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。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。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。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