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电动汽车动力总成NVH的分析与优化

电动汽车动力总成NVH的分析与优化

摘要：随着电动汽车的快速发展，零排放、环保、低能耗的特
点越来越受到消费者的青睐。但是电动汽车在行驶过程中产生
的噪音、振动、刺耳的电子噪声等问题也越来越显著，严重影
响了乘坐舒适度和全车乘员声学环境。本文使用有限元方法和
数值模拟技术，对电动汽车动力总成的NVH（Noise,
VibrationandHarshness，噪、震、刺）特性进行了分析研
究，并针对诸如电驱动电机噪声、齿轮噪声、结构振动噪声等
问题进行了优化设计。研究结果表明，采用合适的NVH分析方
法和优化设计手段能够有效地提高电动汽车的乘坐舒适度、降
低NVH噪声水平，促进电动汽车技术的不断发展和普及。

关键词：电动汽车；动力总成；NVH；优化设计；有限元方法；
数值模拟技术

一、绪论

随着环保意识的不断增强和新能源政策的不断推进，电动汽车
作为一种具有广阔应用前景的新型交通工具已经逐渐进入人们
的视野。相较传统的燃油汽车，电动汽车具有零排放、环保、
低能耗等优点，越来越受到消费者的青睐。但是，随着电动汽
车的不断推广和普及，越来越多的消费者开始对其所产生的噪
音、振动、刺耳的电子噪声等问题提出异议。因此，研究电动
汽车的NVH特性，对于提高其乘坐舒适度和全车乘员声学环境，
进而推动电动汽车技术的不断发展和普及具有重要意义。

本文旨在通过有限元方法和数值模拟技术的应用，对电动汽车
动力总成NVH特性进行分析研究，并针对其中的若干关键问题
进行优化设计。首先，介绍有关NVH的定义和特点，接着分析
电动汽车NVH问题的主要来源和表现，进而提出一套分析方法
和优化策略，最后通过实例分析验证其可行性和有效性。

二、NVH问题分析

噪声、振动和刺激性（Noise,VibrationandHarshness）是
汽车行驶过程中最突出的质量问题之一。NVH问题通过多种途
径表现出来，不仅严重影响汽车的乘坐舒适度，还对车身材料、
零部件滑动磨损、动力总成传动系统等构件产生负面影响。针
对汽车NVH问题，传统的NVH测试方法主要采用力学实验室的
测量技术，但是随着计算机仿真技术的快速发展，有限元方法
和数值模拟技术已经成为汽车NVH研究的主流方法之一，具有
比实验方法更加灵活、高效、经济的特点。

对于电动汽车而言，NVH问题相对于传统燃油汽车来说更加显
著，主要原因在于电动汽车具有以下特点：

1.电驱动电机噪声。电动汽车采用的电驱动电机是其动力总成
的核心部件，同时也是产生大部分NVH噪声的关键来源。电驱
动电机噪声分为空载噪声和负载噪声，其中空载噪声主要是由
磁场产生的固有噪声，负载噪声则是电机承受负载时产生的噪
声。

2.齿轮噪声。由于电动汽车变速器传动齿轮的密度相对于燃油
汽车更大，因此其齿轮噪声更加明显。此外，电动汽车的变速
器主要采用单速、两速等简化结构，为了保证整车轻量化和省
电，常常采用高效传动，其噪声问题更加突出。

3.结构振动噪声。由于电动汽车的整车结构与传统燃油汽车略
有不同，其悬挂系统、减震器等车身部件相对较轻，容易产生
振动，进而引发噪声问题。

以上三类问题在电动汽车NVH研究中是最为突出的，如果不加
改进和优化设计，将严重影响电动汽车的乘坐舒适度和声学环
境。

三、NVH分析和优化设计

针对电动汽车NVH问题，本文提出一种基于有限元方法和数值
模拟技术的分析和优化设计策略。具体包括以下主要步骤：

1.模型建立。首先，根据电动汽车的形状、尺寸和材料等特性
建立有限元模型，将其转化为一个大量离散节点的连续体，建
立相应的车辆动力学模型并进行NVH仿真分析。

2.噪声源识别。基于NVH仿真结果，通过对电驱动电机、变速
器等主要组件的振动、噪声源进行识别，找出产生NVH噪声的
主要原因和影响因素。

3.优化方案设计。针对上述识别出的NVH问题，设计一套合理
可行的优化方案，如改善电驱动电机的磁场结构、选择减振垫
材料、改善齿轮装配精度等。

4.仿真验证。通过数值模拟技术对优化方案进行验证，得出预
期的优化效果和改善程度，并根据实验结果进行修改和再设计，
以达到最佳的NVH性能。

针对电动汽车的NVH问题，实现以上四个步骤可以对其进行全
方位的分析和优化设计，有效提高其乘坐舒适度和全车乘员声
学环境。

四、分析实例

为了验证上述分析和优化设计策略的可行性和有效性，本文以
某电动汽车车型为例，建立了有限元模型进行NVH仿真分析。
首先，对于电驱动电机部分进行磁场分析和噪声源识别，发现
其磁场结构存在一定问题，导致电机产生较大的噪声；其次，
结合变速器分析结果，设计了合适的减振垫材料和齿轮结构改
进方案，并对其进行验证。结果表明，经过优化设计，电