由于能源消耗量急劇增加，空氣污染持續(xù)加重，世界各國逐漸加強對碳中和、碳達峰的重視，并就此制定了具體的時間計劃。純電動汽車由于在“雙碳”方面的巨大優(yōu)勢，獲得了人們的廣泛關注，實現(xiàn)了快速發(fā)展。在純電動汽車發(fā)展的過程中，其電驅動系統(tǒng)正朝總成式結構發(fā)展，集成化、輕量化是其主要特點。沒有了傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機，純電動汽車電驅動總成的 NVH 性能成為消費者在選擇純電動汽車的過程中不得不考慮的問題。純電動汽車的電驅動總成是由驅動電機、減速器及控制器高度集成的復雜結構，因此電 驅動總成的 NVH 性能影響因素復雜，改進困難，所以分析電驅動總成 NVH 性能對于推動純電動汽車技術的進步影響深遠。

　　經(jīng)過多年的研究與發(fā)展，電驅動系統(tǒng) NVH 優(yōu)化技術取得了極大的進步。電驅動系統(tǒng) NVH 性能直接關系純電動汽車整車性能，是影響整車 NVH 的重要因素，其優(yōu)劣是考量汽車質(zhì)量的一個重要指標。因此，電驅動系統(tǒng)是電動汽車行業(yè)現(xiàn)階段發(fā)展的關鍵內(nèi)容。

　　一、純電動汽車電驅動總成 NVH 性能影響因素

　　在我國，純電動汽車的發(fā)展速度是非?？斓?，已經(jīng)涌現(xiàn)了一批具有世界影響力的優(yōu)秀企業(yè)，但是由于發(fā)展時間尚短，在純電動汽車電驅動總成的 NVH 性能方面仍然有很多技術難題需要持續(xù)努力，不斷攻關。下面對影響電驅動總成 NVH 性能的因素進行分析。

　　驅動電機振動噪聲：驅動電機是電驅動總成的核心組成部分。對驅動電機進行分析后發(fā)現(xiàn)，影響其振動噪聲的主要因素是電機的徑向電磁力、齒槽轉矩等。因此，需要通過改變電機結構參數(shù)來達到降低驅動電機振動噪聲的目的。

　　減速器振動噪聲：純電動汽車噪聲的主要來源之一是減速器的嘯叫噪聲。該類型的噪聲主要是由減速器齒輪嚙合傳動引起的。與之關系較大的參數(shù)主要有齒頂、齒形鼓形、壓力角、齒向鼓形、螺旋角和生產(chǎn)精度等。

　　電驅動總成振動噪聲：驅動電機、減速器和控制器高度集成化組成電驅動系統(tǒng)，而電驅動總成內(nèi)部的電機及減速器都是噪聲源，電機和減速器的耦合使二者相互作用，所以電驅動總成的振動噪聲情況是錯綜復雜的。要想減小電驅動總成的噪聲，改善純電動汽車的 NVH 性能，提升純電動汽車的駕乘體驗感，需進一步對此進行深入研究。

　　傳統(tǒng)電機受到徑向電磁力的影響，這是其振動噪聲的主要激勵。減速器是電驅動總成的核心零部件之一，這就會造成電機和減速器的耦合作用。此時，減速器的沖擊載荷更多受到了電機的切向電磁力影響。在電驅動總成內(nèi)部多個噪聲源的相互影響下，對其振動源及噪聲源的研究難度較大。在這種情況下，分別研究電磁激勵及機械激勵對電驅動總成的影響難度相對較小，而研究電磁激勵和機械激勵對電驅動總成噪聲的綜合影響是比較困難的。

　　二、純電動汽車電驅動總成 NVH 性能優(yōu)化思路

　　驅動電機振動噪聲方面：驅動電機和減速器是電驅動總成的兩大噪聲源。首先，對驅動電機展開研究。本次分析以某新能源汽車廠商所用驅動電機為研究對象。該驅動電機是 8 極 48 槽內(nèi)置式三相永磁同步電機。隙磁場的主要通道是定子與轉子鐵心，所以造成電機鐵心、殼體振動的主要因素是電機徑向電磁力。齒槽轉矩是驅動電機的本質(zhì)屬性，只要電機的定子齒槽存在，齒槽轉矩就不可能沒有，只能盡最大努力降低。齒槽轉矩造成的振動與噪聲，導致電機轉速不穩(wěn)定，進而使得電機運行產(chǎn)生波動。此外，齒槽轉矩也有可能導致轉矩脈動，對電機性能產(chǎn)生不良影響。

　　氣隙磁通與定子繞組中的電流相互作用而形成電磁轉矩，而電機中有多相電流并存，所以電磁轉矩在電機中是一個復雜的多項綜合體。因此，在對電磁轉矩進行分析的過程中，通常認為電機的磁路并未飽和，而且電樞反應也是不會產(chǎn)生影響的。

　　減速器振動噪聲方面：在傳統(tǒng)汽車中，由于發(fā)動機的噪聲對其他噪聲起到了一定的掩蔽作用，其他噪聲并不明顯。而在純電動汽車中，電驅動系統(tǒng)的減速器齒輪嘯叫就達到了非常明顯的地步，對于駕乘體驗感的影響是很大的。

　　二級斜齒輪傳動是減速器常用的形式，因為驅動電機的調(diào)速范圍很寬，所以簡單的傳送比就能夠滿足減速器的使用要求，而導致減速器振動噪聲過大的主要原因就是運行時輪齒之間的沖擊載荷。減速器在運行工況時，齒輪副在嚙入及嚙出過程中會產(chǎn)生齒輪沖擊激勵，而齒輪沖擊激勵在傳播過程中是無法避免的。因為誤差等客觀因素存在，無論是嚙入還是嚙出沖擊，都是在嚙合過程中齒輪的嚙合點并未與理論嚙合點完全相同造成的。無論是在生產(chǎn)制造還是在安裝調(diào)試時，誤差是不可避免的。同時，在齒輪傳動時，輪齒形變也會造成齒輪嚙合位置的偏移。

　　電驅動總成振動噪聲方面：電驅動總成以驅動電機、減速器等為主要構件，加上諸多其他零部件組成一個整體。因此，一定的自由度振動是不可避免的。在分析過程中，需要綜合考慮質(zhì)量、阻尼、剛度及位移等眾多技術參數(shù)的影響。

　　電驅動總成的殼體結構也較為復雜，而復雜的結構對于仿真模擬分析來說工作量過大。因此，在搭建電驅動總成有限元模型的過程中，需要進行科學精簡，有必要將影響較小的部分散熱片、倒角、螺紋孔等忽略掉。同時，對于電機定子來說，其鐵心是由很多薄的硅鋼片疊壓而成的，雖然并不是一個整體，但是為了研究的方便，仍將定子鐵心當作一個整體結構。

　　在理論分析中，電機轉子所受的電磁力幾乎可以忽略不計，而且電機轉子通常由剛性較大的材料制成，所以在對電機模態(tài)的分析過程中，允許忽略轉子對結果的影響，只對定子鐵心及殼體進行分析即可。當模態(tài)發(fā)生變化時，將定子沒有發(fā)生形變的地方稱為節(jié)點或波節(jié)，將其最大變形值處稱為波腹。模態(tài)不同時，節(jié)點位置也千差萬別。電機的定子鐵心是圓柱結構，因此以徑向和軸向節(jié)點數(shù)對定子的空間模態(tài)進行表示是比較恰當?shù)?。同時，對稱性結構是驅動電機定子鐵心的結構特點，所以會有模態(tài)振型相同、頻率相近的狀況出現(xiàn)。而驅動電機定子與電驅動總成殼體的原材料不同，結構上的差異也很大。因此，定子與電機殼體處的模態(tài)頻率區(qū)別也是很大的。這主要表現(xiàn)在，一旦定子與電驅動總成殼體耦合，其各階模態(tài)的頻率都會發(fā)生相應變化。

　　三、驅動電機結構分析與優(yōu)化

　　驅動電機模型分析：V 型內(nèi)置 8 槽 48 極永磁同步電機是本文所述電驅動總成的電機。在該類型電機中，永磁體內(nèi)嵌在電機轉子上。該形式的永磁體與表貼式電機相比，配置的永磁體更多。該形式不僅有利于提高電機的轉矩輸出密度，而且牢固、可靠程度更高。因此，在現(xiàn)代化工業(yè)中，該類型電機的應用范圍越來越寬廣。

　　影響電機振動噪聲產(chǎn)生的因素主要有永磁同步電機的徑向電磁力、齒槽轉矩及轉矩脈動等。因此，很多研究人員想要通過減小徑向電磁力、電機齒槽轉矩和轉矩脈動的方法來減小電機的振動噪聲。然而這個過程通常會導致輸出轉矩的降低，因此并未起到有效的作用。一些研究人員想通過對電機徑向電磁力、齒槽轉矩及轉矩脈動中的一個或多個參數(shù)進行改良，降低電機振動噪聲，但是又很可能會造成其他一個或兩個參數(shù)噪聲的提升，并未真正提升電機的綜合性能。

　　在這種情況下，要想使電機的綜合性能得到提升，減小驅動電機的電磁力導致的振動噪聲，就要對輸出轉矩、徑向電磁力、齒槽轉矩、轉矩脈動等多個技術指標進行綜合分析。在轉矩沒有明顯降低的基礎上，改善電機的轉子，以降低徑向電磁力、齒槽轉矩及轉矩脈動帶來的影響。

　　該類型電機出現(xiàn)齒槽轉矩是由于永磁體和電機有槽電樞鐵心之間的相互作用。同時，要想使電機的輸出轉矩變大，通過電機轉子的隔磁橋，利用限制永磁體漏磁的方式也有一定的效果。對隔磁橋、磁極夾角、磁極極弧角度和磁極厚度等參數(shù)進行調(diào)整，能夠通過電機徑向電磁力、轉矩脈動等影響電機振動噪聲的因素控制噪聲。

　　電機轉子及磁極優(yōu)化：因為本研究主要是對電機轉子的變量進行改善，而且所有變量受多種因素的影響，所以如果通過窮舉法進行分析，需要經(jīng)過多次的試驗和檢測，工作量過大、效率過低。因此，本次研究采用 Taguchi 正交試驗法進行驗證，按照以下流程對驅動電機的性能進行優(yōu)化(圖 1)。

　　四、減速器結構分析與優(yōu)化

　　二級減速器齒輪是本文所研究的減速器齒輪。減速器齒輪主要由 3 種齒輪組成，即輸入軸齒輪、中間軸齒輪和減速器齒輪。電機轉子直接連接輸入軸，電機的輸出轉矩直接傳遞給減速器。其一級減速是利用輸入軸齒輪和中間軸大齒輪嚙合傳動的方式來進行的。二級減速是借助中間軸小齒輪和輸出軸齒輪嚙合進行的。兩次減速后減速器的減速增扭效果明顯增強。

　　在齒輪副運行過程中，輪齒的作用類似于懸臂梁。在齒輪嚙合過程中，彈性變形是不可避免的，而且齒輪在制造及裝配過程中的誤差也是不可避免的，所以齒輪嚙合的精度會受到一定程度的影響。因此，在運轉過程中，齒輪副的實際嚙合線與理論值會出現(xiàn)不一致的情況，由此導致的嚙合干涉會使沖擊更加嚴重。因此，對齒輪進行修形是必須做的工作。對輪齒進行修形處理，能夠使齒輪接觸強度及嚙合精度提高，從而使齒輪嚙合導致的沖擊載荷減小。此外，齒輪系的傳遞誤差也是不可避免的，也會使振動沖擊變大。而通過輪齒修形，減速器齒輪傳動的平穩(wěn)性會增強，齒輪的傳遞誤差也會因此而減小。

　　五、結束語

　　電磁振動是純電動汽車電驅動總成振動噪聲的主要激勵源。電驅動總成組成結構復雜，噪聲激勵源也來自多方面。因此，對純電動汽車電驅動總成 NVH 性能的研究現(xiàn)狀及優(yōu)化方式進行探討，以期能夠為業(yè)內(nèi)人士帶來一定的借鑒。

　　參考文獻略.