电动汽车电机啸叫问题诊断与优化分析

李建华，杨志伟，狄小祥，黄树武，廖 强，王朝建，梁贵铭

（1.宜宾凯翼汽车有限公司，四川 宜宾 644000；2.合众新能源汽车有限公司，浙江 嘉兴 314000）

随着新能源汽车行业的快速发展，良好的噪声、振动与声振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness,NVH）已成为各大主机厂的重要开发指标[1]。人们对电动汽车舒适性的需求不断提高，电动汽车的电驱动啸叫问题已逐步被行业所重视[2-3]。减速器和电机是电驱动总成的主要噪声源，减速器的振动噪声问题分析与优化方法已逐渐成熟，行业内较多工程人员在解决减速器啸叫问题方面积累了较丰富的工程经验和实践案例[4-5]，大扭矩电机引起的车内电磁噪声啸叫问题解决优化案例相对较少。电机电磁啸叫噪声主要由以下几种途径解决[6-7]：从控制源头方面，即优化电磁激励、优化电机壳体结构、优化电机控制策略；从传递路径方面，改善传递路径减振隔振性能、提高悬置安装点动刚度避免局部共振问题。本文针对电动汽车电驱动啸叫问题，分析电驱动近场噪声源与传递路径特性，根据诊断分析思路和工程经验制定了有效的工程化解决方案。

某电动汽车在沥青路面加速工况下车内电驱动啸叫声较为明显，滑行工况在15～20 km/h区间啸叫声严重，主观评价不可接受。针对上述情况，对车内电驱动啸叫影响因素进行了探讨和分析，结合电驱动近场噪声源、传递路径特征开展诊断分析，最后提出了优化方案，试验对比验证该优化方案取得了良好的改善效果。该诊断分析思路和优化方案为电动车啸叫问题研究和排查提供了一个可靠的依据。

1 问题描述

某电动汽车在沥青路面加速工况下车内电驱动啸叫声偏大，滑行工况在15～20 km/h区间啸叫声较大，主观评价不可接受。通过LMS测试设备采集该问题电动车车内和电驱动近场噪声信号，测试工况均为沥青路面上加速行驶和滑行工况。经LMS Test.Lab软件分析其试验数据，分析结果如图1和图2所示。问题电动汽车车内啸叫噪声通过音频数据分析可知，加速工况整体啸叫声较大，主要贡献来自电机电磁阶次36阶，滑行工况在15～20 km/h区间车内啸叫声大，主要贡献来自电机电磁阶次36阶，主要啸叫贡献问题点对应频率在740 Hz附近。

图1 加速工况电动车车内啸叫噪声彩图

图2 滑行工况电动车车内啸叫噪声彩图

2 电机啸叫原因及传递机理分析

电机噪声产生的主要激励力为电磁力，电磁力是由于电机气隙磁场相互作用（定、转子磁场相互作用产生法向电磁力波）产生随时间和空间变化的法向电磁力，这种电磁力将引起电机定子的周期振动。定子的振动又激励起周围空气的振动即产生噪声，且幅值较大的低次数电磁力波是引起电磁振动噪声的主要根源；电机气隙磁场也产生切向电磁力，引起永磁同步电动机的切向振动是电磁振动噪声的次要来源。

通过分析该试验车电驱动工作激励特性及传递路径，得出如图3所示电驱动振动噪声传递路径分析原理图。根据“激励源-传递路径-接受者”分析模型，电驱动工作时，主要结构噪声由电驱动总成通过橡胶悬置隔振后传递到副车架，再次经过副车架橡胶衬套隔振垫后传递到前舱纵梁再向车身传递，电驱动少部分激励通过高压线束和管路直接传递至车身板件，车身辐射至驾驶员耳旁；电驱动的啸叫空气噪声一部分由电驱本体直接辐射传递至车内，另一部分在结构噪声传递路径过程中，由结构响应产生辐射噪声，最终传递到车内。

图3 电驱动啸叫噪声传递路径分析原理图

通过图1和图2分析可知，车内啸叫噪声主要贡献来自电机电磁阶次激励36阶，根据主观评价结果，加速工况啸叫声整体偏大，滑行工况啸叫声主要集中在15～20 km/h区间。

结构噪声路径通过悬置系统、副车架、副车架衬套、车身等路径传递到车内。根据“激励源-传递路径-接受者”分析模型，该试验样车的车内电机啸叫特性和主要贡献点进行以下分析：1）电机本体激励及辐射噪声较大。需排查电驱动近场噪声，并对电驱动实施声学包裹方案进行验证；2）电驱总成悬置隔振率满足要求，该因素排除；3）悬置与副车架连接，副车架可能存在局部模态共振的问题，因此副车架为重点排查路径。

通过对车内噪声进行滤波处理及音频对比分析发现，加速工况和滑行工况车内啸叫噪声主要来自电机电磁36阶，即电机电磁激励36阶是车内啸叫噪声的主要贡献阶次，对电驱动36阶啸叫噪声问题进行“激励源-传递路径-接受者”模型分析，对比分析加速工况车内36阶啸叫声压级和电驱动近场36阶声压级，如图4所示，车内36阶啸叫声压级不满足目标要求35 dB(A)，电驱动近场36阶声压级不满足目标要求85 dB(A)，且车内36阶频谱峰值特征与电驱动近场 36阶频谱峰值特征具有较强的关联性，初步推断加速工况，车内啸叫声大主要原因是电驱动本体36阶辐射噪声较大。

图4 加速工况车内36阶声压级与电驱动近场对比

通过对比图2 滑行工况彩图分析可知，15～20 km/h区间的滑行啸叫声问题集中在740 Hz附近，从彩图特征分析可知，740 Hz可能存在结构共振问题。根据经验对结构传递路径进行分析，悬置支架、悬置副车架连接处存在740 Hz共振问题的可能性最大，需作为重点排查对象。

分别对悬置主动侧支架和副车架安装处进行滑行工况振动测试同步排查，副车架悬置安装处如图5所示，滑行工况悬置主动端支架和副车架悬置安装处振动数据彩图分别如图6和图7所示。

图5 副车架后悬置安装处振动测点布置示意图

通过对比分析滑行工况悬置主动端支架振动彩图（图6）和副车架悬置安装处振动彩图（图7）可知，副车架后悬置安装处存在明显的740 Hz左右的共振特性。

图6 滑行工况后悬置主动端支架振动彩图

提取滑行工况车内36阶噪声与副车架后悬置安装处振动信号（图8），对比分析可知，15～20 km/h区间（电机转速1 300 r/min）的滑行啸叫声大的问题与副车架振动峰值相对应，结合图7分析结果可知，该问题是由副车架悬置安装处局部模态共振所导致。

图7 滑行工况副车架后悬置安装处振动彩图

图8 车内36阶噪声与悬置被动端副车架处振动对比图

3 优化方案分析与试验验证

明确了加速工况车内啸叫声大主要来自电驱动本体 36阶辐射噪声不达标，而滑行工况 15～20 km/h区间啸叫声大主要贡献是副车架悬置安装处局部共振引起，解决上述问题有三个优化方向：1）从源头控制，即优化电驱动本体辐射噪声，降低电驱动阶次噪声辐射量；2）从路径控制：实施电驱动声学包裹，降低阶次啸叫声能量的传递；3）解决副车架局部共振问题，即优化副车架局部结构，改善电驱动结构噪声传递路径。

方案 1的整改方案代价相对较大，优化成本较高花费时间较长，暂不优先考虑；加速工况啸叫声问题重点考虑方案2，对电驱动实施声学包裹（图9），降低阶次啸叫声能量的传递；滑行工况啸叫声问题采样方案3，加强副车架悬置安装处局部结构（图10）。

图9 电驱动声学包裹

图10 副车架局部加强

对电驱动实施方案 2的声学包裹后主观评加速工况车内基本无啸叫声，进行车内噪声验证试验后，车内噪声彩图分析结果如图11和图12所示，36阶次加速啸叫噪声改善明显，基本处于33 dB(A)以下，满足目标要求。

图11 电驱动加声学包裹后车内啸叫噪声彩图

图12 电驱动加声学包裹前后车内36阶啸叫噪声对比

滑行工况车内36阶噪声问题集中在750 Hz附近，问题频率相对较低，电驱动声学包裹对较低频率段吸声效率较差，因此，重点实施并验证方案3，即加强副车架悬置安装处局部结构，解决副车架局部模态共振问题，优化电驱动结构噪声传递路径，改善车内电驱动啸叫噪声。

如图10所示，对副车架后悬置安装处左右两侧焊接加强筋，加强后经动刚度试验测试验证，如表1所示，该处700～800 Hz频率范围内的动刚度从原状态4 912 N/mm提升至9 608 N/mm，提升比例达95%。

表1 副车架后悬置安装处加强后局部动刚度对比

以副车架局部加强后的状态进行滑行工况车内电驱动啸叫噪声验证试验，主观评价滑行至15～20 km/h区间无啸叫声，改善效果良好。

对副车架振动信号进行数据分析，如图13所示，加强后的副车架后悬置安装处750 Hz附近共振特性已消失，提取彩图的36阶振动数据分析，如图14所示，副车架后悬置安装处在1 300 r/min处已无振动峰值，且振动幅值与原状态对比大幅度减低。

图13 加强后副车架后悬置安装处滑行工况振动彩图

为进一步明确方案3对车内啸叫的改善效果，对同步采集的车内噪声信号进行数据分析，如图15所示，车内36阶噪声在750 Hz附近啸叫能量特征已消失，提取彩图的36阶噪声数据与原状态车内噪声对比分析，如图16所示，车内36阶噪声在 1 300 r/min处噪声峰值从 44 dB(A)下降至33 dB(A)，满足性能目标要求，且主观评价已无啸叫声，改善效果明显。

图15 加强后副车架后车内啸叫噪声彩图

图16 副车架加强前后车内36阶啸叫噪声对比

4 结语

从理论上分析纯电动汽车电机产生啸叫原因，以“激励源-传递路径-接受者”模型进行电驱动啸叫主要贡献点及传递路径特性分析，根据诊断分析思路和工程经验快速锁定解决两个不同啸叫特征的改善方案；通过实施电驱动声学包裹优化电驱动辐射噪声，改善中高频的加速工况啸叫问题；通过副车架局部加强，有效解决了滑行工况副车架局部共振导致的啸叫问题。高效地确定可工程化的优化方案，车内电驱动啸叫问题改善效果显著。本文的工作内容和成果对其他电动车型及相似的啸叫问题的解决具有较好的指导意义。