陳士剛（奇瑞新能源汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241002）

　　摘 要：針對純電動汽車電動動力系統(tǒng)振動噪聲問題，根據(jù)對整車系統(tǒng)振動噪聲的試驗測試，對聲品質(zhì)主觀評價及實際數(shù)據(jù)分析，確定純電動汽車主要噪聲階次。對比電動動力系統(tǒng)振動噪聲階次，評估其對整車噪聲貢獻(xiàn)量，研究電動汽車電動動力系統(tǒng)振動噪聲優(yōu)化方向，提出合理有效的電動動力系統(tǒng)振動噪聲優(yōu)化措施。

　　關(guān)鍵詞：電動汽車；電動動力系統(tǒng)；振動噪聲；階次分析

　　純電動汽車將傳統(tǒng)內(nèi)燃機系統(tǒng)由電驅(qū)系統(tǒng)取代，在噪聲方面具有突出優(yōu)勢，但現(xiàn)階段純電動汽車的設(shè)計基本上仍沿用傳統(tǒng)燃油車的相關(guān)結(jié)構(gòu)、參數(shù)或經(jīng)驗去設(shè)計和驗證，而驅(qū)動電機和傳統(tǒng)內(nèi)燃機在動態(tài)特性和噪聲特性均有很大不同^[1]，尤其是電驅(qū)系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻電磁噪聲對汽車聲品質(zhì)的影響和高轉(zhuǎn)速、大扭矩的電機特性使得減速器齒輪嘯叫噪聲格外突出。本文針對純電動汽車電動動力系統(tǒng)噪聲問題進(jìn)行分析，綜合考慮電機及減速器的優(yōu)化對整車噪聲的影響。

　　1 純電動汽車電動動力系統(tǒng)簡介

　　純電動汽車電動動力系統(tǒng)主要由驅(qū)動電機、電機控制器及減速器機構(gòu)組成，實現(xiàn)動力系統(tǒng)的簡化，布置方式較為靈活多樣，但目前多數(shù)仍沿用傳統(tǒng)布置方式。圖1為某電動汽車集中式電動動力系統(tǒng)布置圖。

　　2 純電動動力系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生機理

　　純電動汽車噪聲主要來源于電驅(qū)系統(tǒng)和減速器。

　　電驅(qū)系統(tǒng)噪聲主要有如下。

　　1）電磁噪聲。電磁噪聲來源于電機振動，是電動汽車噪聲的最主要組成部分。電機運行時，氣隙磁場是一個旋轉(zhuǎn)力波，其產(chǎn)生交變電磁力，作用在電機定子齒槽，通過磁軛向外傳播噪聲^[2]。電磁力引起的電磁諧波噪聲是電機固有特性，無法完全消除。

　　本文研究對象為4對極48槽的永磁同步電機，其主要諧波次數(shù)為2np，其中，p為電機極對數(shù)，n為1，2，3…。

　　2）機械噪聲。電機機械噪聲主要來源于電機運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子不平衡力產(chǎn)生的振動和噪聲，及電機軸承本身及其受到電機各種力的激勵產(chǎn)生的振動和噪聲。

　　減速器的噪聲是由運轉(zhuǎn)過程中機體內(nèi)齒輪嚙合產(chǎn)生周期性交變力導(dǎo)致的齒輪嚙合振動對軸承和箱體作用而輻射出的噪聲，主要包括兩種：嘯叫噪聲和敲擊噪聲。嘯叫噪聲是由內(nèi)部齒輪在嚙合傳動中所受的不平穩(wěn)的激振力和嚙合過程的傳動誤差引起的一種中高頻噪聲^[3]。敲擊噪聲主要是動力傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動造成的。

　　減速器齒輪振動頻率計算公式如式（1），階次噪聲計算公式如式（2）：

　　式中：f為齒輪嚙合頻率；Z為齒輪的齒數(shù)；n為齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）；Ord為齒輪副嚙合階次^[4]。

　　3 整車噪聲源測試與噪聲特性分析

　　以某款電動汽車為例，測試其動力系統(tǒng)的振動和噪聲及駕駛艙內(nèi)噪聲。

　　動力總成基本參數(shù)如表1。

　　圖2 為車輛全負(fù)荷加速行駛時車內(nèi)駕駛員外耳噪聲。

　　回放分析，電動汽車噪聲主要集中在較高頻率噪聲，其中48階為高頻嘯叫，是整車車內(nèi)噪聲主要貢獻(xiàn)，從2 000 r/min開始，1階和3.6階為低頻主要貢獻(xiàn)，且存在350~440 Hz附近共振。另外，7.8階、8階、22階均對車內(nèi)噪聲也有較明顯貢獻(xiàn)，與整車電動動力系統(tǒng)主要噪聲階次吻合。

　　通過對比電機及減速器近場噪聲及振動彩圖，可見8階與48階主要是電機電磁噪聲，1階與3.6階主要為電機機械噪聲。7.8階與22階為減速器齒輪嚙合產(chǎn)生的噪聲。總體分析，車內(nèi)噪聲主要來源于電動動力系統(tǒng)。

　　在低速時候，電動汽車的噪聲主要來自減速器，在中高速時電機的噪聲表現(xiàn)明顯。350~440 Hz附近的共振電機側(cè)振動表現(xiàn)更為明顯，使得整車噪聲聲壓級有較明顯的增加。

　　4 驅(qū)動電機系統(tǒng)噪聲優(yōu)化

　　根據(jù)永磁同步電機噪聲產(chǎn)生機理，主磁通沿徑向進(jìn)入氣隙，作用于定子和轉(zhuǎn)子上，并產(chǎn)生徑向電磁力^[5]，這些不平衡的電磁力波引起電磁噪聲，因此噪聲優(yōu)化方案主要集中在對電磁噪聲的削弱，主要包含通過對電磁方案的優(yōu)化和電機殼體的優(yōu)化。

　　根據(jù)整車數(shù)據(jù)顯示，48階噪聲是對整車內(nèi)噪聲最大的貢獻(xiàn)。本文針對電機噪聲有如下優(yōu)化方案。

　　4.1 電機轉(zhuǎn)子斜極優(yōu)化

　　轉(zhuǎn)子分段斜極可以有效地削弱氣隙磁密波形畸變率，同時減小氣隙磁密的大小，且隨著分段數(shù)增加，氣隙磁密大小和氣隙磁密波形畸變率也隨之減小^[6]。

　　本文中電機轉(zhuǎn)子優(yōu)化結(jié)果如圖3。

　　電機轉(zhuǎn)子軸向由原來的2段改為4段，在不改變電機功率密度等主要性能參數(shù)前提下，有效地削弱齒諧波電勢和齒槽轉(zhuǎn)矩，對電機最重要的8次、48次諧波也起到了較好的削弱。

　　4.2 傳播途徑的優(yōu)化

　　通過對電機端蓋優(yōu)化，電機端蓋材料由原來的鋼鐵材料改為密度較小的鋁材料，在重量基本不變條件下，厚度增加至5 mm，增加隔音效果（如圖4）。另外。改變端蓋，對整機模態(tài)也會產(chǎn)生較明顯改變，共振頻率改變，削弱共振強度，材料密度的改變對抑制高頻噪聲輻射也有較好的作用。

　　4.3 優(yōu)化驗證

　　電機振動噪聲測試，按照半球法布置方式，在距離電機中心0.5 m外測量面上布置4個傳聲器，測試出各測點聲壓級。殼電機上殼體、電機后殼體、電機右殼體、控制器殼體布置4個三向振動加速度傳感器（如圖5）。

　　針對電機系統(tǒng)優(yōu)化后前后的臺架驗證效果如圖6、圖7所示。

　　通過對電機臺架驗證數(shù)據(jù)分析，轉(zhuǎn)子斜極的優(yōu)化，及電機端蓋的更改，均對電機噪聲有明顯改善，優(yōu)化后的電機8、16、24、48階次振動均有明顯降低，噪聲也有較好的改善。

　　5 減速器噪聲優(yōu)化方法

　　5.1 減速器噪聲優(yōu)化

　　電動汽車采用電機驅(qū)動，與傳統(tǒng)發(fā)動機相比，轉(zhuǎn)速范圍廣，減速器經(jīng)常工作在高轉(zhuǎn)速、大扭矩工況，因此，純電動汽車減速器對于齒輪精度及裝配精度要求均有所提高。由此所帶來的減速器嘯叫噪聲是一種人耳敏感的高頻純音，是整車聲品質(zhì)影響最為重要的因素，是主要降低或消除對象。^[7]

　　本文針對某款電動汽車用兩檔減速器嘯叫噪聲的特點，對齒輪微觀參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，減小齒輪傳遞誤差，從而減小齒輪嚙合時的振動和噪聲，優(yōu)化方法主要包含齒形、齒向等參數(shù)的修整。

　　高速級齒輪齒形修行及齒向修形如表2、表3。

　　低速級齒輪齒形修行及齒向修形如表4、表5。

　　5.2 優(yōu)化驗證：

　　1）傳遞誤差：

　　微觀參數(shù)優(yōu)化優(yōu)化效果如表6。可見優(yōu)化前后齒輪傳遞誤差減少接近一半。

　　2）經(jīng)過接觸應(yīng)力計算分析，接觸應(yīng)力由齒根調(diào)整至了齒中部位。

　　整車針對減速器優(yōu)化驗證結(jié)果如圖8。

　　6 整車優(yōu)化結(jié)果

　　通過對電動動力系統(tǒng)優(yōu)化，對優(yōu)化后的電機及減速器裝車進(jìn)行驗證，并與優(yōu)化前數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。對整車進(jìn)行測試結(jié)果如圖9。

　　整車動力系統(tǒng)優(yōu)化后，車內(nèi)總體聲壓級明顯降低約20 dB，電機電磁噪聲及減速器嘯叫噪聲得到有效控制，7.8階，8階，22階，48階等均明顯減小。

　　7 總結(jié)

　　本文通過對某款電動汽車電動動力系統(tǒng)噪聲的分析，提出了合理的優(yōu)化方法，有效地降低了整車的噪聲，針對本文內(nèi)容總結(jié)如下。

　　1）通過對整車噪聲的測試，發(fā)現(xiàn)純電動汽車電動動力系統(tǒng)是整車噪聲主要來源，尤其是高頻嘯叫主要來源于電機電磁噪聲，及減速器的嘯叫噪聲。

　　2）驅(qū)動電機噪聲主要來源于電機本身電磁噪聲及電機的機械噪聲。削弱其電磁噪聲是實現(xiàn)電機噪聲削弱的主要方式，機械噪聲的優(yōu)化主要是針對軸承及電機本身動平衡精度的提高。

　　3）高速減速器依然是技術(shù)突破一個難點，尤其是受國內(nèi)齒輪加工水平受限。針對純電動汽車用電機的高轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速范圍廣等特性導(dǎo)致的減速器嘯叫噪聲的削弱，主要集中在對齒輪齒向及齒形參數(shù)的合理調(diào)整，以減小齒輪傳遞誤差，從而減少噪聲。

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　?。ㄗⅲ罕疚膩碓从诳萍计诳峨娮赢a(chǎn)品世界》2020年第07期第43頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。）