摘 要：本文介紹了新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域NVH現(xiàn)狀，詳細(xì)闡述了一種電驅(qū)動(dòng)NVH主觀評(píng)價(jià)的方法，為其他需要NVH主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)提供方向及參考；并通過(guò)具體案例及測(cè)試分析的方法闡述了PWM諧波產(chǎn)生高頻嘯叫的機(jī)理及消除方法，介紹了傅里葉變換FFT vs Time時(shí)頻圖譜在NVH分析的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē) 電驅(qū)動(dòng) NVH 噪音 PWM

1 緒論

NVH是噪聲、振動(dòng)和舒適性等各項(xiàng)指標(biāo)的總稱(chēng)。由于結(jié)構(gòu)振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪聲，噪聲會(huì)影響到舒適性，而舒適性有問(wèn)題的時(shí)候，必然存在一定的振動(dòng)噪聲問(wèn)題，因此三者在汽車(chē)領(lǐng)域同時(shí)出現(xiàn)并密不可分，在汽車(chē)領(lǐng)域常常放在一起研究。隨著近些年新能源車(chē)尤其是純電車(chē)的發(fā)展，其N(xiāo)VH性能相較于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)具有一定的優(yōu)勢(shì)，例如電機(jī)驅(qū)動(dòng)的平順性和低噪音特性，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。新能源汽車(chē)的NVH性能是衡量其駕乘體驗(yàn)的重要指標(biāo)之一，其中電驅(qū)動(dòng)NVH是電動(dòng)汽車(chē)中的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，其性能直接影響到整車(chē)的駕駛舒適性和用戶體驗(yàn)[1]。

2 電驅(qū)動(dòng)NVH的現(xiàn)狀分析

由于電驅(qū)動(dòng)總成的集成度越來(lái)越高，整個(gè)系統(tǒng)涉及電磁、結(jié)構(gòu)、振動(dòng)和噪聲多個(gè)物理場(chǎng)的耦合，耦合模態(tài)發(fā)生的變化，使得NVH問(wèn)題的產(chǎn)生與分析變得越來(lái)越復(fù)雜，其中高頻噪聲和振動(dòng)的具體成因主要涉及以下幾個(gè)方面。

高頻電磁噪音：由于電動(dòng)車(chē)沒(méi)有ICE的遮蔽效應(yīng)，電磁噪音顯得更為明顯，尤其是電機(jī)本體的電磁諧波以及逆變器的IGBT開(kāi)關(guān)PWM諧波引起的高頻噪音問(wèn)題。

扭矩沖擊明顯：電機(jī)的扭矩響應(yīng)速度明顯高于ICE，這導(dǎo)致瞬時(shí)扭矩沖擊，從而加劇了傳動(dòng)系統(tǒng)的抖動(dòng)和高頻振動(dòng)問(wèn)題。

齒輪嚙合誤差：齒輪嚙合傳遞誤差也會(huì)導(dǎo)致高頻振動(dòng)和噪聲。這種誤差會(huì)傳遞到電機(jī)殼體，從而產(chǎn)生輻射噪音[1]。

階梯特征豐富：多合一的結(jié)構(gòu)包含了電機(jī)階次，逆變器中功率器件開(kāi)關(guān)階次，減速器階次以及軸承階次等。（圖1-圖3）

電機(jī)高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致共振風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)大：與ICE對(duì)比，電驅(qū)動(dòng)逐步向高轉(zhuǎn)速發(fā)展，目前市場(chǎng)主流的電機(jī)最高轉(zhuǎn)速在13000-25000rpm，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[3]。

3 電驅(qū)動(dòng)NVH主觀評(píng)價(jià)

由于駕駛者對(duì)車(chē)輛的NVH提出越來(lái)越高的要求，對(duì)噪音的評(píng)價(jià)除了使用專(zhuān)用的儀器設(shè)備等，由經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的NVH專(zhuān)家結(jié)合經(jīng)驗(yàn)通過(guò)人耳評(píng)價(jià)也是非常重要的一種手段。目前行業(yè)有一套主觀評(píng)價(jià)噪音的參考標(biāo)準(zhǔn)，其通過(guò)評(píng)分的方式對(duì)感知的噪音進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，如表１。

在上述描述中，通過(guò)評(píng)價(jià)內(nèi)容、探測(cè)度、投訴來(lái)源等維度對(duì)NVH的表現(xiàn)給與1-10分的量化評(píng)價(jià)，并用于是否制定優(yōu)化措施的參考。若主觀評(píng)價(jià)處于1-3分的情況下，NVH異常，不可被接受，可能會(huì)對(duì)電驅(qū)動(dòng)甚至車(chē)輛產(chǎn)生一定的損壞，進(jìn)而影響安全，此時(shí)需要盡快分析原因制定優(yōu)化措施；處于8-10分的情況下，NVH表現(xiàn)優(yōu)異，通常情況下不需要繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，避免導(dǎo)致額外的質(zhì)量成本；處于4-7分的情況下，NVH表現(xiàn)一般，會(huì)被較為敏感的用戶抱怨，對(duì)于NVH的優(yōu)化需要持續(xù)進(jìn)行，并且如果處于4-5分的情況下，需要在最短的時(shí)間內(nèi)完成優(yōu)化，避免抱怨的持續(xù)升級(jí)，造成進(jìn)一步的批量抱怨事件。

4 電驅(qū)動(dòng)NVH主觀評(píng)價(jià)應(yīng)用案例

在某車(chē)型項(xiàng)目階段，在路試中接到抱怨，車(chē)輛在低速行駛中約5-10km/h時(shí)，在車(chē)輛外部聽(tīng)到后驅(qū)電機(jī)發(fā)出嘯叫聲，在車(chē)輛窗戶全關(guān)的情況下，車(chē)內(nèi)未聽(tīng)到此聲，車(chē)速高于15km/h時(shí)，該聲徹底消失，NVH整體評(píng)分為6分，要求對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，提升車(chē)輛的舒適性。在主觀評(píng)價(jià)過(guò)程中也可以結(jié)合需求使用一些測(cè)試設(shè)備等工具用于噪音分貝值及頻率等進(jìn)行量化，以便用于輔助主觀評(píng)價(jià)，尋找噪音產(chǎn)生的根因及問(wèn)題分析。如圖4，是使用HEAD acoustic SQuadriga III便攜數(shù)采設(shè)備采集的噪音數(shù)據(jù)，我們可以看到較為明顯的尖峰噪音異常。

在進(jìn)行NVH分析的時(shí)候，了解信號(hào)的頻率相關(guān)分布是最基礎(chǔ)的分析過(guò)程。此時(shí)三維幅值譜FFT vs Time分析是一種常用的手段，F(xiàn)FT（快速傅里葉變換）在實(shí)時(shí)監(jiān)控噪聲和振動(dòng)變化中發(fā)揮著重要作用，主要通過(guò)將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。FFT vs Time分析是一種結(jié)合了FFT分析和時(shí)間域分析的方法。在這種方法中，F(xiàn)FT結(jié)果隨時(shí)間變化而變化，通常以三維彩圖的形式顯示各個(gè)數(shù)據(jù)塊的結(jié)果，所以很容易根據(jù)時(shí)間軸及頻率軸定位噪音特征點(diǎn)。該算法能分析非平穩(wěn)信號(hào)，計(jì)算過(guò)程是先數(shù)據(jù)分段，求解每段數(shù)據(jù)的傅里葉變換，進(jìn)而按照時(shí)間片展開(kāi)所有的數(shù)據(jù)結(jié)果。對(duì)比該產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的上一代逆變器的FFT vs Time時(shí)頻分析圖譜發(fā)現(xiàn)，上一代產(chǎn)品逆變器時(shí)頻特征為傘形分布，如圖6。被抱怨電驅(qū)的逆變器的頻譜為階梯分布，初步判定問(wèn)題原因?yàn)樯?jí)產(chǎn)品對(duì)IGBT的開(kāi)關(guān)策略變?yōu)樽冾l控制，PWM諧波處理不佳，在特定的頻率區(qū)間產(chǎn)生了異常噪音。

為進(jìn)一步確定該原因，分別在電驅(qū)動(dòng)（車(chē)輛底盤(pán)后軸附近）及主駕駛座椅頭枕側(cè)布置麥克風(fēng)，通過(guò)開(kāi)窗及關(guān)窗進(jìn)行噪音數(shù)據(jù)采集。圖5可以看出在開(kāi)窗情況下，在6k-6.5k Hz頻率下有一較為明顯的噪音。通過(guò)頻譜分析，鎖定噪音來(lái)源于逆變器，進(jìn)一步判斷該嘯叫為IGBT開(kāi)關(guān)PWM諧波產(chǎn)生的高頻嘯叫。

5 PWM諧波產(chǎn)生的高頻嘯叫的機(jī)理及消除

PWM（脈寬調(diào)制）諧波產(chǎn)生的高頻嘯叫主要是由于PWM信號(hào)在逆變器或電機(jī)控制中的應(yīng)用所引起的。PWM信號(hào)通常是由一系列占空比不同的方波電壓組成，這些方波電壓用于模擬正弦波電壓，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)或其他設(shè)備。然而，這種方波電壓會(huì)產(chǎn)生高次諧波，這些諧波再產(chǎn)生高頻電流諧波，進(jìn)而導(dǎo)致電磁噪音。具體來(lái)說(shuō)，PWM信號(hào)的基波及其高次諧波頻率上的騷擾水平較高，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)尖銳的“吱吱”或“呲呲”的嘯叫聲。這種嘯叫聲通常是因?yàn)镻WM信號(hào)的頻率較高，接近或落入音頻范圍，導(dǎo)致穩(wěn)壓電源電路輸出的開(kāi)關(guān)電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，從而引起電感線圈振動(dòng)并發(fā)出聲音。SHEPWM（特定諧波消除脈寬調(diào)制）技術(shù)通過(guò)計(jì)算PWM波的開(kāi)關(guān)時(shí)刻，消除特定的低階諧波。其基本原理是通過(guò)控制逆變器脈寬調(diào)制電壓的波形，利用脈寬平均法將逆變器輸出的方波電壓轉(zhuǎn)換成等效的正弦波，從而消除某些特定的低階諧波。SHEPWM通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)時(shí)刻的優(yōu)化選擇，產(chǎn)生PWM信號(hào)來(lái)消除選定的低次諧波。通過(guò)計(jì)算和選擇合適的開(kāi)關(guān)角，以確保輸出電壓波形中特定低階諧波被有效消除。依據(jù)該技術(shù)，通過(guò)軟件優(yōu)化，優(yōu)化后的噪音值降低約15dB，主觀評(píng)價(jià)從6分變?yōu)?分，如圖7&8。

6 總結(jié)

隨著電驅(qū)動(dòng)從三合一到多合一，電壓等級(jí)的提高，轉(zhuǎn)速高速化，輕量化的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)電驅(qū)動(dòng)NVH的開(kāi)發(fā)、評(píng)價(jià)及分析會(huì)面臨更多的挑戰(zhàn)，需要探索更多創(chuàng)新的方式、方法及工具。

參考文獻(xiàn)：

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[3]崔慶濤，馬志杰，李志申.混合動(dòng)力總成NVH開(kāi)發(fā)技術(shù)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2022（13）：20-23.