新能源汽车电驱动系统NVH挑战与解决方案

李超

 比亚迪弗迪动力有限公司  广东深圳  518122

摘要：新能源汽车作为可持续交通的重要组成部分，与传统燃油车相比，该汽车在减少尾气排放和提高能源效率方面表现出色。然而，这类车辆的电驱动系统带来了新的挑战，尤其是在噪声、振动和声振粗糙度（NVH）方面。电驱动汽车的NVH问题不仅影响乘坐舒适性，也是车辆质量感知的重要方面。为此，本研究旨在深入分析新能源汽车电驱动系统的NVH挑战，并探索有效的解决方案。通过这项研究，我们期望提升新能源汽车的整体性能和市场竞争力，为未来的可持续交通贡献力量。

关键词：新能源汽车；电驱动系统；NVH挑战；解决方案

一、新能源汽车NVH的基础

（一）噪声、振动和声振粗糙度（Harshness）的基本原理

噪声指的是不愉快或不期望的声音，通常源自汽车的运动和机械操作，如电动机的旋转或电子设备的嗡嗡声。振动则是由于车辆结构部件的往复或循环运动产生的，这种振动可以通过车身传递。而声振粗糙度（Harshness）是指在特定情况下，由噪声和振动引起的不舒适感知[1]。在新能源汽车中，由于电驱动系统的特点，这些NVH元素表现出与传统燃油车不同的特性。例如，电动汽车通常在低速时较为安静，但可能在高速或加速时产生独特的噪声和振动。

（二）新能源汽车与传统汽车的NVH差异

新能源汽车和传统燃油汽车在NVH特性上存在显著差异，主要区别于它们各自的动力系统。传统汽车的内燃机产生的NVH主要源于燃料燃烧和机械运动，如活塞运动和曲轴旋转，这些元素导致的振动和噪声通常是连续的，且随着引擎转速的变化而变化。相比之下，新能源汽车，尤其是电动汽车，由于缺乏内燃机，其主要噪声来源于电机和电力传输系统。此外，由于电动车较低的背景噪声水平，车辆内外的其他声源（如轮胎噪声、风噪等）可能更为突出。因此，虽然新能源汽车通常在低速时较为安静，但在某些操作条件下可能会产生特定的NVH问题，这些问题对于车辆设计师来说构成了新的挑战。

二、新能源汽车电驱动系统的NVH挑战

（一）电机噪声的来源和特点

在新能源汽车的电驱动系统中，电机噪声主要来源于电机的设计和运行原理。电动机噪声可以分为几种类型，包括电磁噪声、机械噪声和气动噪声。电磁噪声是由电机内部的电磁力引起的，当这些力在电机的磁铁和铁芯间作用时，会产生振动，从而产生噪声，这种噪声通常具有特定的频率，与电机的电流频率和磁极数有关。机械噪声源于电机的机械部件，如轴承和齿轮的摩擦或撞击，这种噪声通常与电机的旋转速度相关，并且可能因零件磨损或不当对准而加剧。气动噪声则是由电机冷却系统（如风扇）产生的，随着风扇速度的增加，这种噪声也相应增强。这些噪声不仅影响乘坐舒适性，也可能反映电机的性能问题。

（二）电池和控制系统的振动问题

电池组由于其重量和体积，会对汽车的振动特性产生显著影响。当车辆在不平坦的路面行驶时，电池组的重量会导致车辆底盘产生额外的振动，这些振动可能会通过车身传递到乘客舱内。此外，电池管理系统和电动汽车的动力控制系统在工作时也可能产生振动，这些振动主要来源于电力转换器和冷却系统[2]。例如，电力转换器在调节电流和电压以控制电动机时，可能会引起内部元件的微小振动。同样，电池冷却系统的泵和风扇在运行时也会产生振动，尤其是在高功率输出时更为显著。

（三）传动系统的NVH问题

电驱动汽车的传动系统通常包括电机、减速器以及连接轮子的传动轴，这些部件的设计和互动会产生特有的噪声和振动问题。首先，电动汽车的传动系统通常比传统汽车更简化，但这并不意味着没有NVH问题。电机到车轮的直接传动可能导致高频振动，尤其是在高速运行时。而电动机产生的扭矩瞬间响应较快，也会产生传动系统的间歇性振动。其次，减速器在降低电机高转速以适应车轮所需的低转速时，可能产生噪声和振动。齿轮啮合产生的噪声在某些情况下可能会被放大，特别是在负载变化大的情况下。最后，电动汽车传动系统的振动问题还可能与车辆的整体设计和组件配合有关。例如，传动轴的不平衡、不当的安装或磨损都会增强振动。

三、解决新能源汽车电驱动系统NVH问题的策略

（一）材料和设计优化

为解决新能源汽车电驱动系统的NVH问题，材料和设计优化是关键策略之一。例如，通过使用先进的隔音材料如高密度泡沫或复合隔音材料，安装在车辆的关键部位（如车门、地板和引擎舱）可以吸收或阻隔噪声，进而降低车内噪音水平。在设计方面，可调整优化电动机和传动系统的布局。例如，采用双电机设计，可以通过对称布局降低整体振动。此外，对电动机的安装方式进行优化，如使用减振器或柔性联轴器，也可以显著降低由电动机引起的振动传递到车身的情况。电池包的结构设计也是减少振动的关键，因此，可以采用更坚固的外壳和内部支撑结构，减少行驶中电池包的振动，从而降低NVH水平。通过这些材料和设计上的创新，不仅可以提升新能源汽车的NVH表现，还可以增强整体的驾驶体验和乘客舒适度。

（二）电机和传动系统的改进

在电机设计方面，可以通过改进电机的磁路设计和使用高效的电磁材料，减少由于磁力变化引起的振动和噪声。此外，还可以采用更精确的电机控制技术，如先进的控制算法，减少由于扭矩波动造成的振动。在传动系统方面，通过使用高精度齿轮和改进的齿轮啮合技术可以显著降低齿轮传动噪声。例如，可以采用斜齿轮而非直齿轮可以减少啮合噪声，并提供更平滑的动力传递。同时，增加传动系统的隔音措施，如使用隔音材料包裹减速器，也有助于降低噪音传播。此外，改进电动汽车的动力传递系统布局，例如使用双电机布局或轮毂电机，也可以减少由于传统传动轴和差速器引起的振动和噪声。

（三）控制策略和软件解决方案

为了解决新能源汽车电驱动系统NVH问题，控制策略和软件解决方案扮演着重要角色。例如，通过智能控制软件可以优化电动机的运行，以减少产生的噪声和振动。这种软件能够精确控制电动机的转速和扭矩输出，从而减少由于电动机速度变化或扭矩波动引起的振动。另一个策略是采用主动噪声控制技术。这种技术通过车辆的音响系统发出特定频率的声波，以中和或消除某些频率的噪声，从而减少车内的噪音水平。此外，车辆振动控制系统也可以通过软件调整，例如调节悬挂系统的响应，以减少由路面不平造成的振动。还有，利用预测性维护算法可以及早识别可能导致NVH问题的零部件磨损或故障，从而实现及时的维护和更换，避免进一步的振动和噪声问题[3]。

四、结论

电驱动系统的NVH问题包括电机噪声、电池和控制系统的振动，以及传动系统的振动和噪声问题，这些问题对乘客舒适度和车辆性能产生重要影响。本研究指出，通过材料和设计优化，如使用高效隔音材料和优化电池包设计，可以有效降低噪声和振动；电机和传动系统的改进，即使用精密齿轮和先进的电机控制技术，也对减少NVH至关重要；此外，控制策略和软件解决方案，如智能控制系统和主动噪声控制技术，也为降低NVH提供了有效途径。综上所述，通过这些策略的综合应用，可以显著提高新能源汽车的NVH性能，进而提升整体的驾驶体验和乘坐舒适性。

参考文献：

[1]谈丽华,王旭东.双质量飞轮减振性能对整车NVH影响的研究[J].时代汽车,2024,(02):168-170.

[2]高洪彪,张鹏,武子涛等.基于设计生产闭环控制的乘用车驱动桥NVH优化方法[J].传动技术,2023,37(04):14-20.

[3]孙田,张妍懿,陈光等.车用燃料电池发动机NVH试验方法分析[J].汽车实用技术,2023,48(23): 95-98.