NVH為聲音、振動(dòng)、聲振粗糙度的英文縮寫。對(duì)于電動(dòng)乘用車而言，其主要體現(xiàn)在高頻電磁噪音問題。電動(dòng)車的總噪音水平，普遍低于燃油車。但其頻譜更集中，且主要處于人耳的敏感范圍，以至于更容易被乘客感受與抱怨。這兩類車型噪音的基本關(guān)系，如下兩圖。

圖1 不同轉(zhuǎn)速噪音水平的差異

圖2 電驅(qū)動(dòng)噪音頻率與人耳敏感區(qū)關(guān)系

其因一般有以下6點(diǎn)：

1、無遮蔽效應(yīng)：電動(dòng)車普遍沒有發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪增壓器等，高噪音寬頻帶的聲源，使電磁噪音缺乏遮蔽，而更為凸顯；

2、更強(qiáng)的扭矩沖擊。電機(jī)扭矩響應(yīng)速度，顯著高于燃油車。其瞬時(shí)扭矩沖擊，將對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的強(qiáng)度與壽命提出更高要求，并加劇抖動(dòng)和高頻振動(dòng)等NVH問題；

3、以電磁噪音為主。其主要為電機(jī)本體的電磁諧波以及控制器的IGBT開關(guān)PWM諧波等引起。主要噪音頻率較高，又與人耳的敏感范圍重合；

4、轉(zhuǎn)速范圍更寬。與乘用車常用的5~9檔變速箱不同，電動(dòng)車一般只有1~2檔。電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍更寬，意味著振動(dòng)激勵(lì)和共振風(fēng)險(xiǎn)的范圍更廣，使對(duì)殼體結(jié)構(gòu)動(dòng)剛度改善與避開的努力，變得避無所避；

5、輕量化需求強(qiáng)烈。由于電池容量有限，電動(dòng)車對(duì)減重的需求非常強(qiáng)烈。過于輕量的結(jié)構(gòu)也帶來剛度的減少，從而加劇共振和噪音放大的風(fēng)險(xiǎn)；

6、高度集成化帶來附加噪音。集成化設(shè)計(jì)有利于減少重量降低成本，但可能引發(fā)部分零部件，被振動(dòng)激勵(lì)再次激發(fā)，并產(chǎn)生更多的噪音等問題。

下圖為日產(chǎn)Leaf 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在集成設(shè)計(jì)后，新增了一組1700Hz左右的共振噪音帶。

圖3 日產(chǎn)Leaf電驅(qū)動(dòng)集成先后噪音變化

有需求的地方，就有努力的方向。為實(shí)現(xiàn)良好的NVH性能，各大主機(jī)廠及電驅(qū)動(dòng)零部件公司，普遍采用下圖所示的V形研發(fā)流程。

圖4 電驅(qū)動(dòng)NVH性能開發(fā)V形流程圖

在以上流程中，一般根據(jù)現(xiàn)有及競(jìng)品車型的NVH性能指標(biāo)，確定下一代車型的總體NVH指標(biāo)，并逐步拆分傳遞到電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。而后對(duì)競(jìng)品及現(xiàn)有產(chǎn)品，進(jìn)行整車與臺(tái)架測(cè)試，積累并了解實(shí)際性能。如有可能，對(duì)競(jìng)品進(jìn)行測(cè)繪與逆向仿真分析，試圖了解更細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)理念、性能指標(biāo)、NVH方面的優(yōu)缺點(diǎn)等。

而后定義新產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電機(jī)電磁設(shè)計(jì)、減速機(jī)結(jié)構(gòu)與NVH設(shè)計(jì)、控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方案與性能，并逐步進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)標(biāo)與驗(yàn)證與及時(shí)的預(yù)判、發(fā)現(xiàn)、改良、優(yōu)化NVH問題。直至滿足整車NVH要求或合理成本下的最佳值。

這期間可能會(huì)用到D-FEMA、P-FEMA、A3、8D等方法與工具，從而幫助定位問題，改善產(chǎn)品性能與質(zhì)量。

遇到NVH問題時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及不同部件間的耦合關(guān)系，一般無法簡(jiǎn)單直接的定位問題所在。也可嘗試黑白盒測(cè)試法，進(jìn)行篩選和定位。如下圖。

圖5 噪音分析黑白盒方法

電驅(qū)動(dòng)的NVH問題的預(yù)判、重現(xiàn)與改善，主要可從噪音源、傳播路徑、接受者等三部分進(jìn)行。

一般重點(diǎn)對(duì)噪音源進(jìn)行優(yōu)化。其主要受到電機(jī)定子電磁脈動(dòng)諧波以及齒輪嚙合傳遞誤差振動(dòng)等，傳遞給對(duì)殼體產(chǎn)生輻射噪音。其問題來源如下圖所示。

圖6 振動(dòng)激勵(lì)與噪音關(guān)系

傳播路徑優(yōu)化，一般從車架和懸置的剛度與阻尼的動(dòng)力特性設(shè)計(jì)及匹配方面實(shí)現(xiàn)。由于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高頻振動(dòng)分量，高于常規(guī)燃油車，其對(duì)懸置1000Hz及以上的動(dòng)態(tài)特性的仿真與實(shí)驗(yàn)需求更高，且大部分同類實(shí)驗(yàn)設(shè)備，無法準(zhǔn)確測(cè)量如此高頻的性能，可能會(huì)對(duì)進(jìn)一步NVH性能優(yōu)化，產(chǎn)生門檻。

如無法明顯改善懸置與車架，也可通過對(duì)電驅(qū)動(dòng)表面，包裹聲學(xué)包進(jìn)行優(yōu)化。但帶來較高的空間、重量與成本等代價(jià)，且有時(shí)降噪效果有限。

對(duì)接受者端的NVH優(yōu)化，一般為整車聲學(xué)設(shè)計(jì)以及主動(dòng)消音等。

詳細(xì)的正向NVH性能開發(fā)時(shí)，一般采用下圖流程進(jìn)行。

圖7 正向NVH開發(fā)流程

一般根據(jù)載荷工況，計(jì)算齒輪嚙合引起的動(dòng)態(tài)激勵(lì)，并與傳動(dòng)系統(tǒng)耦合，得到殼體表面聲輻射。同時(shí)對(duì)考慮控制策略的電機(jī)定轉(zhuǎn)子，求解氣隙磁場(chǎng)的諧波分量，并據(jù)此計(jì)算定子振動(dòng)與噪音。將兩者疊加得到總的殼體動(dòng)態(tài)特性，如動(dòng)剛度及噪音Map圖等。

根據(jù)仿真和實(shí)測(cè)的主要噪音階次，或許可以反向定位主要噪音位置與可能的原因，并加以調(diào)整。

如采用提高制造與裝配精度、定轉(zhuǎn)子的斜極與斜槽、定轉(zhuǎn)子表面開槽、定子線圈繞線級(jí)槽配合、齒輪模態(tài)優(yōu)化、齒面接觸斑點(diǎn)與傳遞誤差優(yōu)化、PWM控制算法優(yōu)化、主動(dòng)減震與主動(dòng)諧波注入、殼體加強(qiáng)筋優(yōu)化等方法。

逆向NVH性能開發(fā)，一般從實(shí)物掃描三維模型，并多次樣機(jī)試驗(yàn)確定最終設(shè)計(jì)。

對(duì)于減速機(jī)，主要為齒輪嚙合的不平穩(wěn)脈動(dòng)，對(duì)軸承位的載荷，則需仿真分析。如下兩圖。

圖8 軸承載荷仿真結(jié)果

關(guān)于軸承載荷的實(shí)驗(yàn)獲取。由于減速機(jī)形狀復(fù)雜，局部尺寸較小，不易通過粘貼應(yīng)變片的方式得到。一般通過加速度傳感器和麥克風(fēng)等，進(jìn)行側(cè)面了解。

如有可能，推薦采用光彈性方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。一般借助偏振光及透明殼體模型，并合理加載，再通過觀察彩色干涉光紋的分布，間接的等效得到，殼體的傳力路徑與應(yīng)力集中程度。

圖9 軸承位動(dòng)態(tài)嚙合的載荷數(shù)據(jù)

下圖為轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)，對(duì)軸承載荷的影響關(guān)系。

圖10 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)激勵(lì)影響示意

上圖中，軸承剛度與阻尼數(shù)據(jù)，為關(guān)鍵輸入參數(shù)。其一般從軸承供應(yīng)商，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得，不同載荷下的變形曲線中，并換算而來。

為保證齒輪NVH性能，需準(zhǔn)確預(yù)測(cè)齒輪與殼體變形，導(dǎo)致的齒輪嚙合錯(cuò)位量，并使錯(cuò)位引起的振動(dòng)波動(dòng)盡量平順，而后對(duì)齒面進(jìn)行合理修形與殼體剛度設(shè)計(jì)。

當(dāng)電機(jī)反拖充電運(yùn)行時(shí)，齒輪的反齒面將完全受載，其可能加劇齒輪嘯叫的風(fēng)險(xiǎn)。但該工況發(fā)生概率與影響程度較低，一般可降級(jí)使用。

在交變載荷作用下，減速機(jī)殼體可能發(fā)生共振。一般利用模態(tài)分析與掃頻振動(dòng)分析方法，得到不同階次振動(dòng)的響應(yīng)程度，并匯總至下圖，可用于拆分噪音源。

圖11 減速機(jī)模態(tài)Mpa圖

下兩圖為不同設(shè)計(jì)的齒輪模態(tài)階次，對(duì)振動(dòng)響應(yīng)的貢獻(xiàn)關(guān)系。

圖12 減速機(jī)齒輪振動(dòng)響應(yīng)關(guān)系1

圖13 減速機(jī)齒輪振動(dòng)響應(yīng)關(guān)系1

共振引起的NVH問題，一般同時(shí)滿足以下條件，方較為強(qiáng)烈：

1、某個(gè)或某些臨近模態(tài)陣型與齒輪或電機(jī)本體電磁力激勵(lì)的矢量變化形式接近；

2、模態(tài)頻率與激勵(lì)頻率，接近至1/4以內(nèi)；

3、激勵(lì)作用力擁有足夠的能量；

4、激勵(lì)作用時(shí)間足夠長(zhǎng)，使得振動(dòng)響應(yīng)可累計(jì)；

5、系統(tǒng)阻尼過小，振動(dòng)能量無法耗散。

如需優(yōu)化，則需逐步破壞以上形成條件。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)NVH問題時(shí)，盡量在產(chǎn)品開發(fā)早期階段予以修正及優(yōu)化，有利于提高效率降低成本，如下圖。

圖14 設(shè)計(jì)改變與成本的關(guān)系

在得到齒輪嚙合激勵(lì)載荷后，可對(duì)設(shè)計(jì)空間內(nèi)的殼體，進(jìn)行針對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與模態(tài)的拓?fù)鋬?yōu)化分析，梳理傳力路徑，并為殼體布局與加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)提供參考。

圖15 殼體拓?fù)鋬?yōu)化典型流程

對(duì)于內(nèi)部齒輪也可進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，以尋找合適的輪幅尺寸與模態(tài)關(guān)系。其基本優(yōu)化流程如下兩圖。經(jīng)拓?fù)鋬?yōu)化后，齒輪模態(tài)頻率可提升或減重約1/6。

圖16 輪幅模態(tài)結(jié)果

圖17 輪幅形狀拓?fù)鋬?yōu)化過程

當(dāng)滿足齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)后，為提高壽命和降低振動(dòng)噪音，一般需對(duì)齒面進(jìn)行微觀修形優(yōu)化。修形后，需滿足以下接觸斑點(diǎn)集中在齒面中心附近，載荷分布盡量均勻，最大接觸應(yīng)力盡量降低，齒面邊緣應(yīng)力較小，傳遞誤差減少等要求和目的。下兩圖為齒面修形前后的接觸壓力與傳遞誤差結(jié)果。

圖18 齒面修形前結(jié)果

圖19 齒面修形后結(jié)果

以上均為單一轉(zhuǎn)速與載荷下仿真結(jié)果，下圖為殼體軸承位處，多組轉(zhuǎn)速的振動(dòng)位移響應(yīng)的連線，形成的瀑布圖。如下兩圖。

圖20 軸承位振動(dòng)響應(yīng)仿真瀑布圖

在瀑布圖中，穿越坐標(biāo)圓心的射線，為不同齒輪嚙合頻率，其垂直于橫坐標(biāo)1000Hz及2000Hz處，存在兩組縱向振動(dòng)響應(yīng)峰值，一般為殼體共振產(chǎn)生。如出現(xiàn)橫向亮線，一般為敲擊引起。

圖21 軸承位振動(dòng)響應(yīng)實(shí)測(cè)瀑布圖

除了齒輪系統(tǒng)的嚙合噪音，電機(jī)與減速機(jī)連接花鍵處，也會(huì)因?yàn)楦鞣N制造與裝配公差，產(chǎn)生沖擊振動(dòng)噪音。如下圖?？赏ㄟ^涂抹潤(rùn)滑脂進(jìn)行緩解。

圖22 花鍵精度對(duì)噪音的影響

軸承選型中，需根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速、空間、成本、設(shè)計(jì)溫度等，適配合適的軸承型號(hào)、潤(rùn)滑脂牌號(hào)、預(yù)緊載荷、裝配過盈與間隙等。一般基于ISO281規(guī)范，計(jì)算基本的軸承壽命。但無法考慮整車隨機(jī)振動(dòng)、詳細(xì)溫升、裝配預(yù)應(yīng)力（可參考ISO16281規(guī)范）等載荷，對(duì)壽命的影響。也可以參考SKF、NSK、FAG等知名廠商官網(wǎng)的軸承手冊(cè)進(jìn)行計(jì)算與選型。

進(jìn)行殼體設(shè)計(jì)時(shí)，在正反拖工況下，殼體加強(qiáng)筋與傳力路徑設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量順應(yīng)主要軸承徑向載荷的方向。軸承徑向載荷分布規(guī)律，如下圖。

圖23 軸承徑向載荷沿圓周分布規(guī)律

上圖為穩(wěn)態(tài)過程，下圖為瞬態(tài)軸承載荷。

圖24 軸承載荷的瞬態(tài)變化數(shù)據(jù)

一般采用幾個(gè)加速度傳感器或麥克風(fēng)，測(cè)量電驅(qū)動(dòng)殼體振動(dòng)噪音數(shù)據(jù)，可較為全面的了解NVH性能，但缺乏全局視角，不利于快速總體查看噪音分布。可采用下圖的聲學(xué)相機(jī)技術(shù)，進(jìn)行觀測(cè)與定位。

圖25 聲學(xué)相機(jī)測(cè)量技術(shù)

聲學(xué)相機(jī)為通過一組陣列麥克風(fēng)，同時(shí)測(cè)量噪音信號(hào)，并借助不同角度信號(hào)的相位和量級(jí)的差異，結(jié)合一定算法進(jìn)行定向，并融合視頻攝相機(jī)，動(dòng)態(tài)的將噪音分布的云圖，成像至視頻圖像上。

對(duì)于仿真分析，由于電驅(qū)動(dòng)噪音頻率在數(shù)千至數(shù)萬Hz，采用有限元方法的結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算量較大。一般通過基于能量統(tǒng)計(jì)法或者邊界元方法，求解空間輻射噪音。下圖為AVL電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的空間噪音分布仿真數(shù)據(jù)云圖。

圖26 仿真分析的電驅(qū)動(dòng)輻射噪音分布

以上主要為減速機(jī)側(cè)的NVH問題處理方式，下面介紹電機(jī)側(cè)。電機(jī)側(cè)主要分為電機(jī)本體與控制策略方向。其優(yōu)化思路與方式如下圖。

圖27 電機(jī)側(cè)NVH提升技術(shù)路線

電機(jī)側(cè)優(yōu)化同樣可采用源、路徑、接受者三個(gè)方向進(jìn)行考慮。一般主要優(yōu)化精力，集中在對(duì)振動(dòng)源激勵(lì)的規(guī)避與減弱。

可通過對(duì)振源的振動(dòng)模式的拆解，幫助梳理與定位優(yōu)化方向，如下圖。

徑向電磁力優(yōu)化的主要努力方向。可通過級(jí)槽比、定子銅線的跨距比例、定轉(zhuǎn)子的分段斜級(jí)角度及段數(shù)、轉(zhuǎn)子外圈或定子內(nèi)圈不對(duì)稱或開輔助槽等方式綜合判斷。

需要注意的是，大部分減弱電磁諧波分量的努力，可能帶來隔磁橋強(qiáng)度、電磁性能、制造及成本等惡化的代價(jià)。

其中級(jí)槽比、跨距、分段斜級(jí)角度等，可通過手工的理論計(jì)算，得到削弱的諧波階次。

一般可采用參數(shù)化建模方式，搭配優(yōu)化軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)量、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)峰值、諧波分量階次等目標(biāo)的迭代優(yōu)化。部分先進(jìn)廠商可在兩周到一個(gè)月內(nèi)，自動(dòng)篩選數(shù)千甚至上萬個(gè)不同尺寸組合的性能，從而更有效率的選取最佳方案。其對(duì)軟件、硬件、電磁設(shè)計(jì)者水平等考驗(yàn)是前所未有的，但效益也是十分誘人的。可能成為正在及未來的，電機(jī)電磁方案設(shè)計(jì)能力建設(shè)的主要提升方向。

又由于行業(yè)內(nèi)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)者，普遍對(duì)產(chǎn)生噪音的電磁諧波控制與優(yōu)化的了解，相對(duì)電磁性能較少，而大部分專業(yè)NVH人員，往往只考慮純機(jī)械振為主的動(dòng)載荷與動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)化。

在電動(dòng)汽車NVH問題日漸凸顯，且極易遭到客戶抱怨的今天，可從電磁設(shè)計(jì)與控制角度優(yōu)化NVH性能，可能稱為電機(jī)行業(yè)一個(gè)薪資與人才爭(zhēng)奪的新戰(zhàn)場(chǎng)

齒頂切向電磁力，為主要產(chǎn)生扭矩輸出的分量。可通過減短定子齒的徑向長(zhǎng)度及寬度比例予以優(yōu)化。但會(huì)侵占銅線安裝空間，不利于電磁性能的輸出。

不平衡機(jī)械力，一般為裝配及制造公差引起?？赏ㄟ^改善結(jié)構(gòu)與精度及動(dòng)平衡角度優(yōu)化。由于轉(zhuǎn)子沖片與磁鋼裝配后，可能在裝配及離心力內(nèi)應(yīng)力作用下，形成內(nèi)應(yīng)力及局部尺寸的重新分布。

同時(shí)，根據(jù)塑性金屬材料的包申格效應(yīng)，其加載并卸載后的屈服強(qiáng)度，將略有提升。無論從充分利用材料強(qiáng)度性能，還是有利于保證動(dòng)平衡精度角度，建議動(dòng)平衡前，先將轉(zhuǎn)子快速運(yùn)行到最高工作轉(zhuǎn)速附近，反復(fù)加速減速1-3次，而后在低速下完成動(dòng)平衡矯正。

不平衡磁拉力，一般為機(jī)械裝配偏心引起，可通過改善制造公差及裝配導(dǎo)向定位等方式減弱。該載荷也成為軸承壽命計(jì)算時(shí)，需要考慮的部分。

磁致伸縮為變化磁場(chǎng)中，磁化方向改變引起。由于轉(zhuǎn)子內(nèi)磁場(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定，其主要發(fā)生在定子內(nèi)部。電機(jī)噪音優(yōu)化，可從增加電感開始。方法為減少級(jí)對(duì)數(shù)、提高Id及Iq、減少槽口寬度、增加匝數(shù)等。如下圖。

圖29 初級(jí)電磁優(yōu)化方式

以日產(chǎn)Leaf為例，其在2013款電機(jī)中，對(duì)轉(zhuǎn)子外圈進(jìn)行了開槽處理，可顯著減少主要的電磁噪音。但該方法可能會(huì)加大其他原較弱諧波的能量的電磁諧波振動(dòng)力，需權(quán)衡利弊。如下圖。

圖30 日產(chǎn)Leaf的轉(zhuǎn)子輔助槽優(yōu)化電磁噪音1

依然以Leaf為例，可以通過優(yōu)化磁鋼間的隔磁槽的布局與形狀，阻隔高頻諧波通道，以減弱特定階次高量級(jí)諧波噪音。如下圖。

圖31 日產(chǎn)Leaf的轉(zhuǎn)子隔磁橋優(yōu)化電磁噪音

前文介紹過，轉(zhuǎn)子外圈及或定子內(nèi)圈開輔助槽，可改善氣隙磁場(chǎng)分布。由于電磁噪音以高頻為主，且主要集中在定轉(zhuǎn)子表面，則對(duì)其淺表面形狀進(jìn)行改善，可進(jìn)行優(yōu)化。如下圖。

圖32 日產(chǎn)Leaf的轉(zhuǎn)子輔助槽優(yōu)化電磁噪音2

輔助槽設(shè)計(jì)可改善定轉(zhuǎn)子氣隙磁場(chǎng)及電磁力分布，使其更接近正弦波，且關(guān)鍵諧波噪音的量級(jí)更低。還有一種方式為，對(duì)轉(zhuǎn)子磁級(jí)間的角度做不對(duì)稱處理。如下圖通用Blot的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)。其也是現(xiàn)今少數(shù)配備碳化硅控制器的量產(chǎn)電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。

圖33 通用Blot的轉(zhuǎn)子不對(duì)稱磁級(jí)優(yōu)化電磁噪音

以上方法主要從轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)方面進(jìn)行努力，也可通過對(duì)定子齒槽的不對(duì)稱處理，產(chǎn)生類似的效果。業(yè)內(nèi)較為成功的是下圖通用的大小槽以及豐田普銳斯第四代的定子齒端部，設(shè)計(jì)多組徑向S形開槽方式。

圖34 定子槽口不對(duì)稱設(shè)計(jì)優(yōu)化電磁噪音

從成本角度，對(duì)轉(zhuǎn)子形狀與布局的優(yōu)化，可在不調(diào)整定子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，演變出多種不同方案，并適合形成產(chǎn)品譜系，還可充分借用定子沖片。而定子開槽一般只能適用少數(shù)轉(zhuǎn)子，則模具成本略高，但電磁諧波噪音可優(yōu)化的更徹底。

上文介紹過強(qiáng)烈共振的5個(gè)條件。下圖為電機(jī)2階橢圓形式電磁力激勵(lì)與定子2.0模態(tài)陣型的耦合共振現(xiàn)象示意。

圖35 電磁共振現(xiàn)象概述

由于定子硅鋼片及銅線與絕緣材料的剛度特性較為復(fù)雜，一般需通過多次自由模態(tài)實(shí)驗(yàn)方式，手工校準(zhǔn)仿真的材料屬性。如采用正交各向異性彈性模量以及定子與機(jī)殼過盈配合出，采用較小的接觸剛度等，以改善仿真精度。還可通過仿真軟件的參數(shù)化優(yōu)化功能，自動(dòng)篩選合適的材料屬性，并可24小時(shí)連續(xù)計(jì)算。從而大大提高了，尋找適合實(shí)驗(yàn)的彈性模量的篩選效率與精度。

經(jīng)以上方法校準(zhǔn)后，自由模態(tài)仿真的前幾階主要模態(tài)，如呼吸0階、2.0、2.1、3.0、3.1、4.0、4.1、5.0、5.1等陣型的Mac值，一般可做到與實(shí)驗(yàn)0.9及以上的擬合度，同時(shí)各階頻率差異1%左右。

對(duì)于電機(jī)定子模態(tài)而言，由于電磁力的徑向分量形式與頻率，一般與以上0階主要模態(tài)較為接近，為NVH優(yōu)化的重點(diǎn)方向。但硅鋼片彈性模量，為鋁殼的2.5倍左右，則對(duì)殼體設(shè)置加強(qiáng)筋的努力，性價(jià)比較低。而強(qiáng)化定子顎部，雖然可提升動(dòng)剛度，但損失銅線安裝空間，降低電磁性能，需要權(quán)衡利弊。一般從開輔助槽和斜級(jí)等方式，控制引起噪音的電磁諧波。

以上為電機(jī)本體側(cè)的優(yōu)化方法，下面介紹控制器側(cè)。

控制器主要為IGBT等高頻部件開關(guān)引起的電磁諧波，對(duì)外部直接輻射噪音以及輸出帶有該諧波電流至電機(jī)本體，產(chǎn)生附加的電磁噪音兩類。

控制側(cè)主要優(yōu)化方向，為合理控制IGBT的PWM斬波方式與策略，并搭配硬件濾波降噪等方式進(jìn)行減弱。PWM諧波噪音優(yōu)化流程如下圖。

圖36 PWM諧波噪音優(yōu)化流程

PWM斬波噪音在瀑布圖上的分布，與電機(jī)或減速機(jī)嘯叫噪音的過零點(diǎn)射線不同，其一般為多組縱向傘形分布，如下圖。

圖37 PWM諧波分布形式

上圖中8000Hz為IGBT開關(guān)頻率，其左右對(duì)稱的多組放射線，為其不同階次諧波。如某些諧波的頻率較低，可能與電機(jī)/減速機(jī)諧波產(chǎn)生重疊，則會(huì)加劇電驅(qū)動(dòng)的輻射噪音。加大開關(guān)頻率，是簡(jiǎn)單直接的方法，但會(huì)增加損耗影響峰值功率輸出以及控制難度級(jí)成本等。

不同IGBT開關(guān)頻率下，各項(xiàng)損耗的占比關(guān)系，如下圖。

圖38 不同斬波頻率下?lián)p耗占比關(guān)系

可采用不同的PWM控制策略進(jìn)行優(yōu)化。如采用隨機(jī)或不對(duì)稱PWM方法等，可從控制側(cè)優(yōu)化開關(guān)噪音。

圖39 不同控制策略下PWM諧波分量的差異

另外，還可以采用主動(dòng)阻尼減震和主動(dòng)諧波注入方式，控制或者抑制噪音的發(fā)展。對(duì)于后者，由于無法充分涵蓋，不同制造與裝配帶來電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)特性及噪音表現(xiàn)的分散性，以至于實(shí)際效果缺乏普適性。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)NVH性能的臺(tái)架測(cè)試，一般采用下圖的半消音室內(nèi)進(jìn)行。一般低成本方案為半消音室。如下圖中，地面為剛性其他表面填充消音片。高成本方案為6個(gè)內(nèi)表面，全部貼覆消音片。

消音片的厚度，一般為需消除最低頻率噪音的1/4波長(zhǎng)左右，常用的是0.5~1米。為加強(qiáng)消音效率及頻帶寬度，降低昂貴的消音棉材料成本，可將消音片的背部與實(shí)驗(yàn)室墻面，懸空100mm以上處理。

由于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)噪音頻譜寬度較大，一般采用劈尖狀消音片。其可有效散射噪音同時(shí)消音效果較好，但成本較高。也可以采用平板消音片。

為減少低頻共振，一般在消音室的四角，布置較厚的纖維吸音材料，從而形成低頻陷阱。同時(shí)，為加強(qiáng)噪音散射，提高空間降噪效果，也可在頂棚懸掛一定的消音片或消音柱等。由于其表面積大于投影面積，則可實(shí)現(xiàn)大于1的消音系數(shù)。

需特別注意對(duì)消音室開門與開孔縫隙的封堵，并采用厚重材料隔音。因?yàn)楦粢粜阅苤饕Q于質(zhì)量定量，即單位面積的質(zhì)量。而消音性能，主要取決于吸音材料的密度與尺寸。

其對(duì)實(shí)驗(yàn)室面積和設(shè)備投資的門檻較高。一般采用租賃有能力的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，以降低成本。

為提升特定頻段的消音效果，還可在消音棉表面，貼覆穿孔金屬板。其借助每個(gè)微小穿孔與背部墻面形成的共振腔，對(duì)噪音進(jìn)行對(duì)消濾除。

測(cè)試前，需注意NVH臺(tái)架的連接剛度與動(dòng)態(tài)特性，盡量符合整車裝配狀態(tài)，否則測(cè)試結(jié)果不可靠。

至此，本文從電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總體布局、減速機(jī)殼體、軸齒、電機(jī)本體、控制策略等方向，宏觀闡述了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，正向NVH性能開發(fā)的主要流程與方法及注意事項(xiàng)。