黃思怡，康健強(qiáng)

電動(dòng)汽車(chē)振動(dòng)特性及NVH性能控制研究進(jìn)展

黃思怡1，康健強(qiáng)*2

（1.武漢理工大學(xué) 國(guó)際教育學(xué)院，湖北 武漢 430070； 2. 武漢理工大學(xué) 汽車(chē)工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

汽車(chē)振動(dòng)及其產(chǎn)生的噪聲影響汽車(chē)的舒適性、行車(chē)安全和使用壽命，引起噪聲污染。汽車(chē)噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度（NVH）性能是評(píng)價(jià)汽車(chē)振動(dòng)及其噪聲控制能力和乘坐舒適性的重要指標(biāo)。論文分析了用戶對(duì)汽車(chē)NVH性能的要求及評(píng)價(jià)方法，根據(jù)汽車(chē)振動(dòng)及噪聲的來(lái)源和產(chǎn)生的機(jī)理，結(jié)合汽車(chē)振動(dòng)特性及NVH性能設(shè)計(jì)研究方法，綜述了電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)總成和懸架系統(tǒng)的振動(dòng)特性及NVH性能控制研究現(xiàn)狀，分析了隔振技術(shù)，指出了電動(dòng)汽車(chē)振動(dòng)控制存在的問(wèn)題，提出了從提高整車(chē)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）模型的精準(zhǔn)性和通用性、優(yōu)化整車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、升級(jí)硬件材料配置和實(shí)施多部件協(xié)同控制提升汽車(chē)NVH性能的研究方向，以期為電動(dòng)汽車(chē)振動(dòng)及噪聲控制方案設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供參考。

電動(dòng)汽車(chē)；振動(dòng)特性；NVH性能；電驅(qū)總成；懸架系統(tǒng)；隔振技術(shù)

汽車(chē)工業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展方向是在保證行駛安全性、操縱穩(wěn)定性、高效動(dòng)力性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升汽車(chē)行駛平順性、通過(guò)性，并盡可能地降低能耗。汽車(chē)行駛時(shí)暴露在由內(nèi)部和外力引起的、具有不同頻率的寬幅度振動(dòng)中。汽車(chē)振動(dòng)及其引起的噪聲對(duì)周?chē)h(huán)境和駕乘人員隨車(chē)體驗(yàn)的乘坐舒適性有決定性的影響。GOODARZI等[1]根據(jù)振動(dòng)頻譜的范圍，結(jié)合振動(dòng)對(duì)汽車(chē)和駕乘人員的影響程度，將汽車(chē)產(chǎn)生的振動(dòng)分為三類(lèi)：頻率高于100 Hz、容易聽(tīng)見(jiàn)并對(duì)駕乘人員和環(huán)境造成干擾的振動(dòng)，這類(lèi)振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪聲（Noise, N）；頻率低于25 Hz、與車(chē)身振動(dòng)有關(guān)的且易被駕乘人員感受的振動(dòng)（Vibration, V）；頻率處于25～100 Hz、能通過(guò)座位和儀表盤(pán)的震動(dòng)被駕乘人員感受并引起不舒服的振動(dòng)（Harshness, H），即NVH。汽車(chē)的NVH性能反映了汽車(chē)對(duì)振動(dòng)及其噪聲的控制能力，是評(píng)價(jià)汽車(chē)質(zhì)量和技術(shù)性能及乘坐舒適性的重要指標(biāo)，采用汽車(chē)聲學(xué)品質(zhì)的優(yōu)劣來(lái)衡量[1]。NVH性能是一個(gè)綜合性能，需要依靠整車(chē)各關(guān)鍵部件的可靠性和控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性來(lái)實(shí)現(xiàn)。汽車(chē)NVH性能必須滿足國(guó)家法規(guī)要求獲得上市資質(zhì)，同時(shí)需要滿足客戶對(duì)汽車(chē)舒適性的認(rèn)可來(lái)獲得足夠高的銷(xiāo)售量，NVH性能是汽車(chē)檔次的標(biāo)志之一。汽車(chē)主機(jī)廠在研發(fā)前對(duì)生產(chǎn)的車(chē)輛及其動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲控制都有明確的定位。NVH性能也成為衡量汽車(chē)企業(yè)制造和研發(fā)水平的重要指標(biāo)。NVH性能設(shè)計(jì)是指在保證汽車(chē)的強(qiáng)度、剛度和安全等性能的前提下，盡可能地降低整車(chē)振動(dòng)峰值及駕乘人員感知的噪聲強(qiáng)度，提高汽車(chē)舒適性能[2]。

新能源汽車(chē)不使用化石燃料，減少了行車(chē)過(guò)程中二氧化碳的排放，與燃油車(chē)相比，具有對(duì)環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)，受到市場(chǎng)的青睞。圖1給出了由公開(kāi)資料統(tǒng)計(jì)的近十年中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)狀況，總體產(chǎn)銷(xiāo)量呈持續(xù)增加的趨勢(shì)，特別是2021年和2022年新能源汽車(chē)的產(chǎn)量分別為354.5萬(wàn)輛、705.8萬(wàn)輛，銷(xiāo)量分別為352.1萬(wàn)輛、688.7萬(wàn)輛，代表了我國(guó)汽車(chē)工業(yè)低碳環(huán)保的發(fā)展方向。目前，在滿足國(guó)家環(huán)保要求和保持汽車(chē)整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的前提下，積極降低振動(dòng)噪聲、提高汽車(chē)駕乘人員使用時(shí)的舒適性成為汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志。本論文分析了用戶對(duì)汽車(chē)NVH性能的要求及評(píng)價(jià)方法，根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)振動(dòng)及噪聲的來(lái)源，結(jié)合目前汽車(chē)振動(dòng)特性及NVH性能設(shè)計(jì)研究方法，綜述了電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)總成系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)、汽車(chē)懸架系統(tǒng)振動(dòng)特性研究現(xiàn)狀及其對(duì)整車(chē)NVH性能的影響，指出了提升汽車(chē)NVH性能存在的問(wèn)題和未來(lái)減振技術(shù)的研究方向，以期為電動(dòng)汽車(chē)振動(dòng)及噪聲控制方案設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供參考。

圖1 2013－2022年中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)量及銷(xiāo)量

1 汽車(chē)振動(dòng)噪聲來(lái)源及NVH性能評(píng)價(jià)

1.1 汽車(chē)振動(dòng)噪聲來(lái)源

汽車(chē)是包含大量零部件的彈性集合體，汽車(chē)行駛過(guò)程中不可避免地出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)。根據(jù)振動(dòng)產(chǎn)生的原理，輪胎和地面的接觸摩擦、氣流作用到車(chē)身、動(dòng)力系統(tǒng)工作、汽車(chē)懸架系統(tǒng)及車(chē)身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)并傳遞到車(chē)內(nèi)，使駕乘人員產(chǎn)生不同的舒適性感受。汽車(chē)的振動(dòng)噪聲主要來(lái)源于汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)、路面激勵(lì)引起的車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)振動(dòng)及結(jié)構(gòu)輻射噪聲，由鈑金件、聲學(xué)包和孔隙等傳遞的空氣傳播噪聲[3]。汽車(chē)的NVH性能與整車(chē)的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制策略直接相關(guān)。

1.2 汽車(chē)NVH性能評(píng)價(jià)方法

汽車(chē)振動(dòng)影響駕乘人員安全、貨物完好程度和汽車(chē)零部件的使用壽命，汽車(chē)振動(dòng)噪聲危害社會(huì)大眾的身體健康。汽車(chē)噪聲是目前受眾面最廣、影響范圍最大的流動(dòng)噪聲污染源。因此，世界各國(guó)都有規(guī)定汽車(chē)整車(chē)車(chē)外通過(guò)噪聲的控制極限值，從法律層面約束了新型汽車(chē)產(chǎn)品上市的必要條件。汽車(chē)整車(chē)車(chē)外通過(guò)噪聲極限值成為汽車(chē)主機(jī)廠NVH性能設(shè)計(jì)時(shí)首先需要考慮的目標(biāo)，采用A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)來(lái)評(píng)價(jià)。中國(guó)發(fā)布了《汽車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲限值及測(cè)量方法（中國(guó)第三、四階段）》（GB 1495）新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的征求意見(jiàn)稿，改變了噪聲測(cè)量方法、加嚴(yán)了噪聲限值、增加和完善了汽車(chē)（特別是電動(dòng)汽車(chē)）的測(cè)量條件。中國(guó)自2023年7月1日起實(shí)施第四階段標(biāo)準(zhǔn)，噪聲極限值為71～81 dB(A)。聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)法規(guī)ECE R51/03規(guī)定，汽車(chē)加速行駛時(shí)車(chē)外噪聲極限值目前為70～78 dB(A)，2024年為68～77 dB(A)[4]。

汽車(chē)的NVH性能，從用戶使用體驗(yàn)方面體現(xiàn)了汽車(chē)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。盡管汽車(chē)振動(dòng)的強(qiáng)弱和由此產(chǎn)生的噪聲可以通過(guò)相關(guān)的檢查儀器進(jìn)行檢測(cè)，但駕乘人員對(duì)這類(lèi)振動(dòng)引起的舒適性感受會(huì)因人而異。研究者基于人對(duì)振動(dòng)頻率和幅度的敏感度及暴露忍受持續(xù)時(shí)間，定義了不同方法來(lái)評(píng)估人在汽車(chē)振動(dòng)暴露中的風(fēng)險(xiǎn)[5]。GOODARZI等[1]指出，目前評(píng)價(jià)人類(lèi)對(duì)整車(chē)振動(dòng)忍耐能力最通用的汽車(chē)駕駛舒適性標(biāo)準(zhǔn)是ISO 2631-1。目前對(duì)汽車(chē)NVH性能進(jìn)行設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)是根據(jù)引起汽車(chē)振動(dòng)的內(nèi)在因素和環(huán)境條件，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試或仿真模擬，分析在不同激勵(lì)條件下汽車(chē)振幅與頻率響應(yīng)關(guān)系，獲得汽車(chē)振動(dòng)部件的輻射噪聲值，為通過(guò)優(yōu)化汽車(chē)整車(chē)功能設(shè)計(jì)來(lái)控制汽車(chē)振動(dòng)及噪聲提供解決方案。

2 電動(dòng)汽車(chē)振動(dòng)特性及NVH性能控制

2.1 汽車(chē)振動(dòng)特性研究方法

根據(jù)汽車(chē)的工作原理和結(jié)構(gòu)特征，汽車(chē)整車(chē)噪聲主要來(lái)源于動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、輪胎、車(chē)身等的振動(dòng)。汽車(chē)零部件的裝備水平很大程度上決定了其減少振動(dòng)、控制噪聲的能力。為此，控制汽車(chē)NVH性能，需要研究汽車(chē)各部件在不同負(fù)荷條件下的振動(dòng)特性，掌握不同激勵(lì)條件下各噪聲源的振動(dòng)輻射噪聲特征，從而有針對(duì)性地設(shè)計(jì)出合理的汽車(chē)整車(chē)各部件的結(jié)構(gòu)及工作性能控制方案，達(dá)到提高汽車(chē)整車(chē)NVH性能的目的。

汽車(chē)振動(dòng)和輻射噪聲特性研究一般采用以測(cè)試為主的試驗(yàn)研究方法，即對(duì)已成型的產(chǎn)品進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，測(cè)試試驗(yàn)樣品的振動(dòng)特性并對(duì)振動(dòng)噪聲進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)噪聲特征提出振動(dòng)控制措施，優(yōu)化樣品結(jié)構(gòu)和控制方案，再試制出新的樣品重復(fù)進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)。試驗(yàn)測(cè)試研究方法往往只能針對(duì)某一特定激勵(lì)過(guò)程或某一具體部件進(jìn)行單一的研究，不利于同時(shí)對(duì)汽車(chē)整車(chē)振動(dòng)特性進(jìn)行耦合分析，且設(shè)計(jì)和制作樣品周期長(zhǎng)，研究成本高，無(wú)法滿足汽車(chē)開(kāi)發(fā)速度和更新?lián)Q代快的發(fā)展需求。

目前，計(jì)算機(jī)模擬方法已成為描述虛擬產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或行為并通過(guò)自動(dòng)模擬進(jìn)行虛擬產(chǎn)品評(píng)估的重要手段。PIDAPARTI[6]以工程有限元分析方法為例，系統(tǒng)地介紹了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design, CAD）和計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering, CAE）在需要借助計(jì)算機(jī)模擬解決的特殊工程問(wèn)題方面的應(yīng)用。采用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)并優(yōu)化出滿足特定性能標(biāo)準(zhǔn)的原型機(jī)幾何模型，通過(guò)CAE技術(shù)來(lái)分析CAD幾何模型的動(dòng)力學(xué)特性，通過(guò)有限差分法、有限元法、邊界元法、多體動(dòng)力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)等多元耦合模型，結(jié)合圖像分析處理技術(shù)，原型機(jī)的結(jié)構(gòu)變形/應(yīng)力都可以通過(guò)模型模擬來(lái)顯示，CAE允許設(shè)計(jì)者通過(guò)模擬研究賦予虛擬產(chǎn)品特定的功能并發(fā)揮作用，從而使設(shè)計(jì)更精準(zhǔn)、產(chǎn)品性能更優(yōu)化，為汽車(chē)NVH性能分析和控制方案設(shè)計(jì)提供了重要工具。CAE計(jì)算軟件已廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)的相關(guān)力學(xué)、模態(tài)、頻響、聲學(xué)等特性的模擬研究與分析[7]。

2.2 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)NVH性能

電驅(qū)總成作為電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，其疲勞可靠性關(guān)系到電動(dòng)汽車(chē)的行駛安全和使用壽命。隨著汽車(chē)輕量化、集成化和高轉(zhuǎn)速發(fā)展，汽車(chē)用材剛度降低、電驅(qū)總成中各部件模態(tài)數(shù)量差異較大、電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)引起的振動(dòng)噪聲問(wèn)題將更嚴(yán)重，從而對(duì)整車(chē)NVH性能設(shè)計(jì)要求更高。根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作原理以及聲學(xué)激勵(lì)原理，驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)噪聲的控制主要集中在對(duì)振動(dòng)激勵(lì)源特性研究、振動(dòng)傳遞路徑研究及振動(dòng)噪聲控制研究三方面。電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)總成振動(dòng)噪聲的研究流程是分別求解出電機(jī)的電磁激勵(lì)和減速器的機(jī)械激勵(lì)，并將總的激勵(lì)施加到電驅(qū)總成殼體上，采用有限元法和邊界元法求解其振動(dòng)噪聲，獲得具體的響應(yīng)幅值。目前的研究集中在先進(jìn)電機(jī)及減速器的振動(dòng)特性模擬方面。

KUMAR等[8]采用三維仿真模型研究了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和齒輪箱的NVH性能，提出了更全面和精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)電機(jī)和齒輪噪聲的方法，指出改善噪聲預(yù)測(cè)精度可以考慮引入齒輪嚙合剛度。陳思行[9]通過(guò)建立電驅(qū)總成NVH分析模型掌握其振動(dòng)噪聲幅頻特性，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了通過(guò)添加聲學(xué)阻尼材料從傳遞路徑抑制和對(duì)減速器齒輪進(jìn)行微觀修形，從激勵(lì)源上對(duì)電驅(qū)動(dòng)總成的振動(dòng)噪聲進(jìn)行控制，達(dá)到了減振降噪的效果。汪建[10]分析了純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的原因及傳遞途徑，搭建了電磁-結(jié)構(gòu)-聲場(chǎng)耦合動(dòng)力總成仿真平臺(tái)，明確了影響電磁振動(dòng)噪聲的主要因素，優(yōu)化了電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，制造了動(dòng)力總成樣機(jī)，并在半消音室測(cè)試NVH性能，實(shí)測(cè)到最終48階峰值噪聲下降了6.18 dB(A)。

振動(dòng)疲勞試驗(yàn)是驗(yàn)證和評(píng)價(jià)電驅(qū)總成可靠性必不可少的重要環(huán)節(jié)。胡秋洋[11]采用仿真和道路載荷譜采集技術(shù)，提取電驅(qū)總成的振動(dòng)疲勞載荷譜特性參數(shù)，通過(guò)電驅(qū)總成多軸振動(dòng)模擬試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)實(shí)際行駛載荷譜進(jìn)行模擬和再現(xiàn)，建立具備疲勞載荷譜的電驅(qū)總成多軸振動(dòng)模擬試驗(yàn)平臺(tái)，為進(jìn)行高效準(zhǔn)確的電驅(qū)總成振動(dòng)疲勞試驗(yàn)提供手段。鄒喜紅等[12]公開(kāi)了一種電動(dòng)汽車(chē)差速器扭轉(zhuǎn)沖擊疲勞試驗(yàn)方法，經(jīng)多組試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性，為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)重要零部件的扭轉(zhuǎn)沖擊試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了參考。安治國(guó)[13]提出一種雙輔助槽的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)內(nèi)部電磁場(chǎng)分布來(lái)改變徑向電磁力達(dá)到減小電機(jī)振動(dòng)及噪聲的目的。

齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲是影響電動(dòng)汽車(chē)的安全性、穩(wěn)定性和舒適性的重要因素。電機(jī)轉(zhuǎn)速不斷提高和多級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)上應(yīng)用增多后，差速器NVH性能控制、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性、振動(dòng)噪聲控制和齒輪修形優(yōu)化設(shè)計(jì)受到了研究者的重視。汪敏[14]針對(duì)新能源汽車(chē)多級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)建立三維模型，根據(jù)振動(dòng)噪聲控制目標(biāo)，結(jié)合齒輪修形參數(shù)的約束條件，采用標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法求解機(jī)器學(xué)習(xí)噪聲預(yù)測(cè)模型，提出了多級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪修形降噪的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。黃勤等[15]針對(duì)某商用皮卡變速器在動(dòng)力傳遞齒輪的嚙合過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生蠕行異響問(wèn)題，采用測(cè)試設(shè)備對(duì)變速器進(jìn)行NVH性能測(cè)試分析，確認(rèn)了變速機(jī)構(gòu)中的互鎖機(jī)構(gòu)、擋位結(jié)構(gòu)存在模態(tài)響應(yīng)問(wèn)題。根據(jù)測(cè)試和CAE仿真結(jié)果確定問(wèn)題噪聲主要來(lái)自變速器變速機(jī)構(gòu)，隨后對(duì)R位變速桿進(jìn)行了制造工藝優(yōu)化，解決了蠕行異響問(wèn)題。雙離合器變速器具有省油節(jié)能的特點(diǎn)被許多混合動(dòng)力新能源汽車(chē)選用。曹鵬宇[16]搭建了雙離合器變速器傳動(dòng)齒輪組自動(dòng)建模設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過(guò)有限元法和邊界元法分別探究了雙離合器變速器的振動(dòng)和噪聲特性，為雙離合器變速器的自動(dòng)建模與改善振動(dòng)噪聲提供了參考資料。

2.3 汽車(chē)懸架系統(tǒng)NVH性能

懸架系統(tǒng)是連接車(chē)輪和車(chē)身之間的主要系統(tǒng)，是車(chē)輛底盤(pán)的重要組成部分，起著緩沖路面激勵(lì)的作用，決定了車(chē)輛行駛時(shí)的乘坐舒適性和操縱安全性。汽車(chē)懸架重要任務(wù)之一是減緩由于輪胎與地面接觸產(chǎn)生的振動(dòng)，懸架系統(tǒng)振動(dòng)特性研究、主動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)和懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化一直是汽車(chē)減振研究中的重點(diǎn)。汽車(chē)懸架系統(tǒng)的振動(dòng)特性研究是指導(dǎo)主動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)和懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)。主動(dòng)懸架通過(guò)對(duì)輸入懸架系統(tǒng)的激振力施加反作用力來(lái)減小傳遞到車(chē)身的振動(dòng)幅值，乘車(chē)舒適性體驗(yàn)效果好，高端車(chē)型通常采用主動(dòng)懸架。主動(dòng)懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要通過(guò)優(yōu)化執(zhí)行器的控制算法實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。主動(dòng)懸架系統(tǒng)∞控制的魯棒性能比最優(yōu)控制、滑模控制都好，能夠改善絕大多數(shù)多接收多發(fā)射端（Multiple-Input Multi- ple-Output, MIMO）系統(tǒng)的振動(dòng)控制問(wèn)題，有效地彌補(bǔ)了最優(yōu)控制和滑?？刂浦械牟蛔鉡17-19]。

陳璐[20]研究了磁流變阻尼器懸架系統(tǒng)在路面激勵(lì)參數(shù)變化下的動(dòng)力學(xué)演變過(guò)程及混沌振動(dòng)控制策略，驗(yàn)證了懸架系統(tǒng)的舒適性和穩(wěn)定性。采用改進(jìn)型滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，混沌振動(dòng)得到有效抑制，懸架承受沖擊響應(yīng)小、振動(dòng)強(qiáng)度低，且比經(jīng)典的線性反饋控制響應(yīng)速度快、工程易實(shí)現(xiàn)、對(duì)振動(dòng)控制效果更好。張步云等[21-22]將濾波白噪聲法、協(xié)方差等效法、虛擬激勵(lì)法結(jié)合起來(lái)，并考慮非勻速行駛時(shí)前后輪的變時(shí)差特性，推導(dǎo)出車(chē)輛懸架系統(tǒng)單輪、后輪以及左右輪的非平穩(wěn)虛擬激勵(lì)，研究了懸架系統(tǒng)非平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)的時(shí)頻域振動(dòng)特性，并對(duì)主動(dòng)懸架變頻帶控制，使懸架系統(tǒng)獲得優(yōu)良的減振性能。

2.4 汽車(chē)隔振技術(shù)與NVH性能

隔振技術(shù)是通過(guò)在待隔振設(shè)備與激勵(lì)源之間安裝彈性阻尼元件（被動(dòng)隔振）或反饋控制裝置（主動(dòng)隔振），減少振動(dòng)能級(jí)從隔振主動(dòng)端到隔振被動(dòng)端的傳輸，起到隔離振動(dòng)的作用[23]。目前汽車(chē)常用被動(dòng)隔振技術(shù)，在保證汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)安裝穩(wěn)定的前提下，通過(guò)隔振裝置材料選擇、結(jié)構(gòu)和控制方案設(shè)計(jì)及安裝方式優(yōu)化來(lái)有效減少振動(dòng)傳遞量。適當(dāng)增加車(chē)身阻尼是利用隔振技術(shù)降低車(chē)身共振及振動(dòng)傳遞的有效方式。

有研究者以激勵(lì)源-傳遞路徑-振動(dòng)受體模型分析驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并根據(jù)振動(dòng)噪聲試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出增加隔振系統(tǒng)，試驗(yàn)驗(yàn)證了增加隔振系統(tǒng)可以改善電機(jī)控制器工作環(huán)境、降低驅(qū)動(dòng)總成振動(dòng)噪聲[23]。潘公宇[24]設(shè)計(jì)汽車(chē)整車(chē)主動(dòng)懸架控制方法為隔振裝置的升級(jí)提供電控方向新思路。賈富淳等[25]采用動(dòng)力吸振器可使發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)傳到車(chē)架的能量減少了39％，適當(dāng)增加剛度和阻尼對(duì)提高動(dòng)力吸振器的吸振效果作用明顯。合理選擇隔振裝置的材料、形狀、彈性性狀、安裝形式、安裝位置，實(shí)施整車(chē)主動(dòng)懸架控制，開(kāi)發(fā)新型吸振器，是最高效的抗振降噪措施。

3 電動(dòng)汽車(chē)NVH性能改善措施

3.1 提高整車(chē)CAD/CAE模型可靠性

影響電動(dòng)汽車(chē)NVH性能的主要因素是用于整車(chē)制造的各單體部件材料及其結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性和實(shí)現(xiàn)整車(chē)穩(wěn)定工作的控制系統(tǒng)的可靠性。汽車(chē)作為特殊的產(chǎn)品，由于受開(kāi)發(fā)周期和開(kāi)發(fā)成本的限制，基于試驗(yàn)研究的汽車(chē)NVH性能優(yōu)化受到限制，而基于現(xiàn)代CAD/CAE技術(shù)建立汽車(chē)仿真模型，采用有限差分法、有限元法、邊界元法等研究汽車(chē)振動(dòng)特性和進(jìn)行噪聲分析已成為設(shè)計(jì)并控制汽車(chē)NVH性能的重要工具。CAD/CAE建模需要結(jié)合現(xiàn)代汽車(chē)輕量化技術(shù)的材料特征、新能源汽車(chē)電機(jī)能量轉(zhuǎn)換時(shí)的損耗，完善整車(chē)CAD/CAE模型結(jié)構(gòu)，優(yōu)化各部件模型參數(shù)，建立符合汽車(chē)實(shí)際約束條件的精準(zhǔn)模型，并設(shè)計(jì)出合理的臺(tái)架試驗(yàn)裝置對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，提高模擬結(jié)果的可靠性和通用性。

3.2 優(yōu)化整車(chē)硬件及軟件配置

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于新能源汽車(chē)振動(dòng)噪聲的研究，通常針對(duì)系統(tǒng)中的單一零部件在汽車(chē)的平穩(wěn)工況開(kāi)展振動(dòng)噪聲分析，研究結(jié)果用于指導(dǎo)提高整車(chē)HVH性能的參考價(jià)值有限。未來(lái)新能源汽車(chē)需要針對(duì)電驅(qū)總成和多級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行深入開(kāi)發(fā)，掌握基于多個(gè)激勵(lì)因素條件下各部件之間振動(dòng)噪聲的特性及相互影響，優(yōu)化出針對(duì)新能源汽車(chē)工況條件下的降噪措施。

電驅(qū)總成根據(jù)車(chē)型頂層規(guī)劃進(jìn)行平臺(tái)化和模塊化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)成本低、周期短，能滿足客戶的個(gè)性化要求。電驅(qū)總成采用共殼體及同軸設(shè)計(jì)，極大地提高了整車(chē)的NVH性能和電驅(qū)總成系統(tǒng)的可靠性，成為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)[26]。但是輕量化、集成化造成的振動(dòng)噪聲問(wèn)題更為嚴(yán)重，對(duì)整車(chē)的NVH性能設(shè)計(jì)要求更高。采用不同抗振強(qiáng)度的高強(qiáng)汽車(chē)鋼制造汽車(chē)車(chē)體和關(guān)鍵零部件，對(duì)提高汽車(chē)的抗振動(dòng)性能起關(guān)鍵作用。采用高磁感、低鐵損和高強(qiáng)度的無(wú)取向硅鋼，對(duì)提高電機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率、降低能耗、減少電磁和機(jī)械噪聲意義重大。汽車(chē)制造時(shí)材料剛度不強(qiáng)、零部件制造缺陷容易導(dǎo)致汽車(chē)運(yùn)行中出現(xiàn)敲擊或撞擊等劇烈振動(dòng)。因此，汽車(chē)主機(jī)廠在設(shè)計(jì)NVH性能時(shí)首先需要考慮汽車(chē)制造選材和關(guān)鍵部件加工精度的問(wèn)題。

根據(jù)吸隔聲結(jié)構(gòu)降噪、阻尼材料減振降噪、激勵(lì)源密封降噪的原理，優(yōu)化整車(chē)硬件及軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，升級(jí)硬件材料配置和軟件功能，通過(guò)多部件協(xié)同一體化控制提高汽車(chē)NVH性能是未來(lái)提高汽車(chē)質(zhì)量的主攻方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)國(guó)家對(duì)現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的要求，未來(lái)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展方向?qū)⒅饕劢褂谂c汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)的降低能耗、減少排放、控制噪聲三個(gè)方面。

汽車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)是各汽車(chē)主機(jī)廠需要研究的關(guān)鍵技術(shù)。CAD/CAE建模需要結(jié)合現(xiàn)代汽車(chē)輕量化技術(shù)的材料特征、驅(qū)動(dòng)電機(jī)材質(zhì)對(duì)能量轉(zhuǎn)換損耗、電磁噪聲和機(jī)械噪聲的影響，基于多個(gè)激勵(lì)因素條件下各部件之間振動(dòng)噪聲的特性及相互影響，建立符合汽車(chē)實(shí)際約束條件的精準(zhǔn)模型，提高模擬結(jié)果的可靠性和通用性。

優(yōu)化設(shè)計(jì)汽車(chē)整車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)和動(dòng)力系統(tǒng)，升級(jí)汽車(chē)單體部件材料性能和結(jié)構(gòu)功能，實(shí)施多部件融合系統(tǒng)控制，重視隔振技術(shù)的開(kāi)發(fā)，控制和減小車(chē)輛的振動(dòng)幅值，成為汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品NVH品質(zhì)的重要方向。

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Research Progress of Vibration Characteristics and NVH Performance Controlling of Electric Vehicles

HUANG Siyi1, KANG Jianqiang*2

( 1.School of International Education, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China; 2.School of Automotive Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China )

The vibration and noise caused by vehicles make drivers and passengers uncomfortable and produce environmental pollution. Traffic safety and service life of electric vehicles are also affected. Noise, vibration and harshness(NVH) performance is the key index to evaluate the ability to controlling the vibration and noise of vehicles and ride comfort of drivers and passengers. The requirement and evaluation method for NVH performance of the vehicles are analyzed. Based on the origination and formation mechanism of vehicles vibration, combined with the research method of vibration characteristics and NVH performance design, the research status of vibration characteri- stics and NVH performance controlling are reviewed for electric vehicle powertrain and suspension system of electrical vehicles.Vibration absorption technologies are analyzed. The problems on vibration controlling are pointed out. Improving the accuracy and popularity of computer aided design(CAD) and computer aided engineering(CAE) modeling, optimizing the structure of the whole vehicle assembly, upgrading materials configuration and multi-unit synergy controlling are the development trend for improving NVH performance of electric vehicles, which can provide a reference direction to project design and realization of the vibration and noise controlling for electrical vehicles.

Electric vehicles; Vibration characteristics; NVH performance; Electric drive assembly; Suspension system; Vibration isolation technology

U461.99

A

1671-7988(2023)17-200-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.017.038

黃思怡（2002－），女，研究方向?yàn)檐?chē)輛工程，E-mail:climatechanges@163.com。

康健強(qiáng)（1976－），男，博士，副教授，研究方向?yàn)檐?chē)輛工程，E-mail:kjqiang@whut.edu.cn。

國(guó)家自然科學(xué)面上項(xiàng)目（52277224）；2023年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（323）。