1. 新能源車電機(jī)嘯叫問題現(xiàn)象解析24階、48階高頻噪聲這個(gè)表述對于非NVH噪聲、振動與聲振粗糙度領(lǐng)域的工程師可能有些陌生。簡單來說當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000rpm時(shí)24階噪聲對應(yīng)的基頻為400Hz1000÷60×2448階則達(dá)到800Hz。這種高頻嘯叫之所以讓人難以忍受是因?yàn)樗寐湓谌硕蠲舾械?000-5000Hz頻段附近。我曾在夏季高溫測試中遇到過典型案例當(dāng)車輛以60km/h勻速行駛時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在2800rpm此時(shí)48階噪聲達(dá)到2240Hz。測試數(shù)據(jù)顯示聲壓級達(dá)到68dB這是什么概念相當(dāng)于有人持續(xù)在你耳邊用指甲刮黑板。更糟糕的是這種噪聲會通過車身結(jié)構(gòu)傳遞到方向盤、座椅導(dǎo)軌等部位產(chǎn)生令人煩躁的觸覺振動。2. 嘯叫產(chǎn)生的三大根源分析2.1 電磁力波引發(fā)的結(jié)構(gòu)共振永磁同步電機(jī)工作時(shí)定子齒部會受到周期性電磁力的作用。通過麥克斯韋應(yīng)力張量計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)電磁力波主要包含以下成分徑向力波頻率為2倍電源頻率切向力波與極對數(shù)相關(guān)的空間諧波當(dāng)這些力波的頻率與電機(jī)殼體或懸置系統(tǒng)的固有頻率重合時(shí)就會引發(fā)類似音叉效應(yīng)的共振。我曾用激光測振儀捕捉到某款電機(jī)端蓋在420Hz處的振動位移達(dá)到15μm遠(yuǎn)超允許的5μm閾值。2.2 逆變器開關(guān)頻率的調(diào)制干擾現(xiàn)代新能源車普遍采用SiC MOSFET逆變器其開關(guān)頻率通常在8-20kHz。這個(gè)高頻信號會與電機(jī)基頻產(chǎn)生邊帶諧波形成所謂的載波調(diào)制噪聲。通過FFT分析可以觀察到在開關(guān)頻率±24階頻率處會出現(xiàn)明顯的噪聲峰值。有個(gè)反直覺的現(xiàn)象提高開關(guān)頻率反而可能惡化噪聲。我們做過對比測試當(dāng)開關(guān)頻率從10kHz提升到16kHz時(shí)雖然基頻噪聲降低了3dB但48階噪聲卻增加了5dB。這是因?yàn)楦叩拈_關(guān)頻率使得調(diào)制噪聲進(jìn)入了人耳更敏感的頻段。2.3 制造公差導(dǎo)致的電磁不平衡即使是同一批次的電機(jī)也會因?yàn)橐韵轮圃觳町惍a(chǎn)生不同的噪聲特性永磁體充磁偏差±3%常見定子疊片毛刺0.1mm就會影響繞組不對稱度電阻差1%需警惕某次我們拆解了兩臺噪聲差異達(dá)8dB的同型號電機(jī)發(fā)現(xiàn)其中一臺的磁鋼厚度存在0.2mm的批次性偏差。這個(gè)微小的差異導(dǎo)致電磁力波幅值增加了37%完美詮釋了什么叫失之毫厘謬以千里。3. 系統(tǒng)級的解決方案實(shí)踐3.1 電磁優(yōu)化從源頭降低激振力通過有限元仿真可以優(yōu)化極槽配合比如采用8極48槽設(shè)計(jì)時(shí)主要力波次數(shù)為48±246/50階。我們還會采用斜極設(shè)計(jì)通常1個(gè)定子齒距調(diào)整磁鋼形狀比如饅頭形削極優(yōu)化繞組節(jié)距短距系數(shù)取0.8-0.9有個(gè)值得分享的案例通過將磁鋼邊緣做成5°的倒角某型號電機(jī)的24階噪聲降低了6dB成本僅增加2元錢。這種四兩撥千斤的改進(jìn)正是工程智慧的體現(xiàn)。3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化阻斷振動傳遞路徑在電機(jī)懸置設(shè)計(jì)時(shí)我們建立了質(zhì)量-剛度-阻尼匹配原則懸置剛度軸向50-100N/mm徑向30-60N/mm阻尼比建議控制在0.05-0.1之間固有頻率避開主要激振頻率±20%有個(gè)巧妙的解決方案是在電機(jī)端蓋內(nèi)側(cè)粘貼約束層阻尼材料CLD。某車型采用3M的ISD112材料后2000Hz以上的高頻振動傳遞降低了15dB。雖然每臺電機(jī)成本增加80元但省去了后續(xù)昂貴的聲學(xué)包方案。3.3 控制策略主動噪聲消除技術(shù)現(xiàn)代電驅(qū)系統(tǒng)可以通過注入反相電流來抵消特定階次噪聲。具體實(shí)施時(shí)需要建立階次噪聲與電流的傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器常用FxLMS算法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)d-q軸電流諧波我們在某量產(chǎn)項(xiàng)目上實(shí)現(xiàn)了噪聲地圖功能根據(jù)轉(zhuǎn)速、扭矩查表注入補(bǔ)償電流使48階噪聲在全工況下穩(wěn)定在55dB以下。這個(gè)方案的CPU開銷僅增加3%卻省去了價(jià)值200元的隔音材料。4. 測試驗(yàn)證中的關(guān)鍵細(xì)節(jié)4.1 半消聲室測試的陷阱很多團(tuán)隊(duì)只關(guān)注1m處的聲壓級測試卻忽略了近場測量距電機(jī)表面10cm聲強(qiáng)掃描定位噪聲源聲品質(zhì)分析響度、尖銳度指標(biāo)有次我們發(fā)現(xiàn)某電機(jī)在第三方實(shí)驗(yàn)室測試合格但裝車后客戶投訴不斷。后來發(fā)現(xiàn)是實(shí)驗(yàn)室背景噪聲28dB掩蓋了高頻嘯叫而實(shí)際道路背景噪聲只有45dB。這個(gè)教訓(xùn)告訴我們測試環(huán)境必須比使用環(huán)境安靜至少10dB。4.2 道路測試的典型工況建議重點(diǎn)監(jiān)控以下易發(fā)嘯叫的工況低速爬坡30km/h10%坡度高速巡航80-100km/h能量回收減速度0.3g以上特別要注意溫度影響某車型在-10℃時(shí)48階噪聲比25℃時(shí)高9dB原因是低溫下硅鋼片磁致伸縮效應(yīng)加劇。這個(gè)現(xiàn)象直接催生了我們的冬季標(biāo)定模式。5. 量產(chǎn)后的持續(xù)改進(jìn)5.1 售后數(shù)據(jù)的挖掘技巧通過車載CAN總線可以采集以下關(guān)鍵參數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)差反映扭矩波動電池溫度梯度影響逆變器開關(guān)特性用戶抱怨時(shí)的工況聚類分析我們建立了噪聲投訴的三級響應(yīng)機(jī)制當(dāng)某VIN車輛的同工況噪聲比同類車高3dB時(shí)觸發(fā)預(yù)警高5dB時(shí)啟動調(diào)查高8dB時(shí)召回整改。這套系統(tǒng)幫助我們在一年內(nèi)將相關(guān)保修成本降低了62%。5.2 供應(yīng)鏈的質(zhì)量管控要點(diǎn)對關(guān)鍵零部件要實(shí)施噪聲敏感度分級管控A類磁鋼、硅鋼片全檢批次追溯B類軸承、殼體統(tǒng)計(jì)過程控制C類標(biāo)準(zhǔn)件入庫抽檢有個(gè)實(shí)用的經(jīng)驗(yàn)用磁通計(jì)快速檢測永磁體的一致性。我們要求同一電機(jī)的8個(gè)磁鋼極間磁通量差異2%這個(gè)簡單的現(xiàn)場檢測方法攔截了多次供應(yīng)商的質(zhì)量滑坡。