攻克电动车“声”病！三合一电驱系统48阶噪声优化关键技术解析
最近，东风日产技术中心的一篇研究论文《三合一驱动电机特征阶次噪声的优化研究》，针对这一难题提供了系统性的解决方案。本文将带你深入解读这项研究，看工程师们如何通过巧妙的机械设计与控制策略，让电机运行更安静。
一、问题的提出：恼人的48阶“啸叫”
在电动汽车全电门加速过程中，工程师们发现，自主研发的某三合一电驱系统在0-60 km/h 和 100 km/h 以上 的速度区间，存在明显的48阶噪声问题。
所谓“48阶噪声”，是相对于电机转频而言的。对于一款8极48槽的永磁同步电机，其电流基频与转频的关系为：f₁ = 4 × f_c。因此，48阶对应的频率正是 12倍电流基频。
图：某测点的48阶振动
为何这个问题如此棘手？研究指出，电机定子铁心振动变形的振幅大致与力波空间阶次的四次方成反比。这意味着，低阶次（特别是0阶）的电磁力波是引发剧烈振动和噪声的“元凶”。而在8极48槽电机中，48阶电磁力恰恰包含了空间阶次为0的分量，极易与电机结构产生共振，导致明显的噪声问题。
二、追根溯源：48阶噪声从何而来？
要解决问题，首先得理解其产生机理。研究团队基于麦克斯韦应力张量法，对气隙磁场和径向电磁力进行了深入的谐波分析。
径向电磁力的产生，是气隙中多个磁场分量共同作用的结果，主要包括：
永磁体磁场（转子产生）
电枢反应磁场（定子绕组电流产生）
定子开槽引入的磁导调制效应
这些磁场分量相互叠加、调制，产生了丰富的时间和空间谐波。论文中的表3系统地推导并汇总了所有可能激发48阶转频振动噪声的电磁力来源（如下图示意）。分析表明，永磁体磁场自身的谐波相互作用、以及与电枢磁场、开槽效应的耦合作用，是产生48阶激励的主要根源。
图：8极48槽电机48阶振动的来源分析
图：径向电磁力来源
三、三大优化方案，多管齐下降噪
基于上述理论分析，研究团队提出了三条并行不悖的优化路径，分别从抑制激励源、改善结构传递路径和优化控制策略入手。
方案一：转子开辅助槽——从源头削弱电磁力
这是最直接的电磁优化方案。在转子表面合理开设辅助槽，可以改变气隙磁场的分布，有针对性地削弱特定阶次的谐波含量。
原理：通过优化槽口的宽度和深度，在保证电磁转矩基本不变的前提下，干扰和削弱那些导致48阶噪声的特定磁导谐波。
效果：通过电磁仿真和二维傅里叶变换分析发现，优化后，关键的48阶0阶空间力波的径向力密度下降了 14.5%，48阶总的激振力幅值下降了 11.4%，效果显著。
图：转子开辅助槽示意图
方案二：电机壳体模态优化——阻断振动传递
如果无法完全消除激励，那么提高结构的刚度，改变其固有频率，避免共振，也是一种有效手段。研究发现，电机壳体在约7500r/min时发生的振动峰值，与壳体的0阶模态共振密切相关。
措施：在电机壳体上增加轴向布置的加强筋（共11根）。虽然此举对0阶模态频率的提升有限，但能有效抑制壳体在轴向的弯曲和扭转，降低共振时的振动幅值。
效果：台架测试显示，在0-3000 r/min 范围内，壳体振动平均降低 5-20 dB；在7500 r/min附近的共振点，也有约 5 dB 的改善。
图：壳体加强筋设计及模态优化前后对比
方案三：整车转矩限制——智能控制的智慧
在高速区（电机弱磁区），通过整车控制器（VCM）对请求转矩进行精细化的限制，优化电机控制电流，从而降低电磁激振力。
逻辑：在保证动力性衰减最小的前提下（如0-100km/h加速时间仅增加3.78%），优化高速段的扭矩请求曲线，使电机工作点避开振动噪声敏感区。
效果：实车测试表明，这一策略在 6000-8000 r/min 区间内，为驾驶员左耳位置带来了最大 10 dB(A) 的噪声改善，成功实现了性能与NVH的平衡。
图：整车限矩曲线
图：及驾驶员左耳噪声优化对比
四、结论与启示
这项研究为电动汽车驱动电机的NVH优化提供了一个经典的“组合拳”案例：
源头控制：转子开槽是削弱特定阶次电磁力波的有效、直接方法。
路径优化：针对壳体共振，结构加强筋是实用方案，同时布置周向和轴向加强筋效果更佳。
系统集成：从整车控制层面进行扭矩管理，是实现性能与静谧性平衡的智能化、低成本手段。
这项工作的意义在于，它不仅仅解决了一个具体产品的噪声问题，更展示了一套从理论分析、到仿真设计、再到试验验证的完整工程研发流程。随着电动汽车对平顺静谧性要求的不断提高，这类深入机理、多学科协同的优化方法，将成为电驱系统核心技术竞争力的关键所在。
未来，结合更先进的电磁设计、新材料应用（如高硅钢片、噪声阻尼材料）以及主动噪声控制技术，电动汽车的“静音”之旅还将不断迈向新高度。
参考文献：
张国辉， 熊乐， 支行， 等. 三合一驱动电机特征阶次噪声的优化研究[J]. 2023.
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