NVH工程案例：纯电动车低速"咯噔"敲击异响，根因不在齿轮间隙？一份电驱总成软硬件联合优化实录
本文完整展现了某"三合一"电驱总成异响问题从声源定位、机理分析到软硬件联合优化的全过程。结论有些反直觉：真正有效的解，往往不在硬件间隙上，而在转矩过零的控制策略里。
一、问题描述：15~30 km/h 急踩急松，机舱传来"咚噔"
某纯电动车型搭载"三合一"电驱总成，在 15~30 km/h 车速区间行驶时，驾驶员急踩 / 急松加速踏板，可感知到机舱内"咚噔"状的异响。
几个关键特征：
有异响，但没有车辆拉动或顿挫抱怨，听感更像驾驶舱内部零件的冲击声； 声音来源在机舱下方中部、电驱总成附近较为明显； 批量车辆均有类似响声
，不是个例； 低速工况下路噪、风噪较低，瞬态异响的背景噪声不嘈杂，特别容易被感知。
异响源排查方法
主观评价 + 举升检查
：先锁定大致区域，排除抖动顿挫因素； 传感器布置
：在减速器输入轴、差速器输出轴、左右轮心处布置加速度传感器，在输入 / 输出轴处布置传声器（麦克风）； 同步采集 CAN 总线信号
：电机输入轴转速、电机转矩、加速踏板开度、制动信号等，在 LMS Test.Lab 中统一配置； 工况复现
：车速 15~30 km/h 区间内各车速下，往复多次、不同加速踏板开度进行 tip-in / tip-out 操作，录制数据。
测试结论
从噪声时域数据看：噪声声源在差速器左右两侧最明显，噪声峰值在 80~90 dB 之间。从下图可以清楚看到，异响时刻与踏板开度、电机转矩过零时刻高度对应——这为后续把排查重点放到差速器花键与转矩控制上，提供了第一手依据。
二、机理：为什么纯电动车更容易出现敲击异响
2.1 齿轮敲击的本质
传动系统不可避免地存在间隙。滑行 / 驱动切换时，转矩换向，间隙两侧零件产生相对转动，就会产生敲击。转矩突然变大的工况下，敲击能量更容易被感知。
从动力学角度看，敲击声响的大小与两个量强相关：主被动端的角加速度差与间隙值 δ。在主被动端转速相同的前提下，间隙越大，旋转端加速时间越长，主动齿轮侧的角加速度越大；主被动端速差越小、间隙一定时，过渡时间越长，对转速的简谐波动越敏感。
角加速度比值 RI1、RI2 是定义敲击强度的核心客观量：
从转矩角度，主被动端的角速度变化满足：
转矩突变、电机转矩较大时，在拖曳转矩一定的情况下，主动端转速加速度相对较大，而被动端前后驱动与拖曳转矩相差不大、获得的角加速度相对较小，前后转速加速度差拉大，敲击更明显。
一句话总结：敲击能量 = 角加速度 × 间隙。瞬态敲击工况的响声客观上无法避免，只有当响度大到一定值才会被感知和抱怨。
2.2 纯电车型的"先天劣势"
相较传统燃油车，纯电动车传动系统没有扭转减振器、发动机飞轮、离合器等缓冲与减振部件。在动力源输入与轮端输出之间，花键轴与花键孔、齿轮副几乎是刚性连接——缺少缓冲，敲击异响自然更容易出现。
借助故障树分析（FTA），可以把 tip-in / tip-out 异响归为两大类原因：电机转矩过零特性与传动系统间隙大。
2.3 主流客观评价方法
齿轮敲击的定量研究通常从齿轮运动微分方程出发，定义敲击发生条件并建立强度评价模型。主流客观评价理论包括三类：
门槛值敲击理论
——以门槛值定义敲击是否发生； 修正的拍击门槛值理论
——对门槛值理论的完善； 齿轮敲击指数
——基于角加速度均方根值的比值与峰值，目前国内外广泛采用的定量指标，用于描述被动齿轮的敲击强度。
2.4 转矩过零控制策略
tip-in / tip-out 工况下，电机端需求转矩由 VCU（车辆控制单元）计算得出，MCU（电机控制器）对转矩进行滤波，再由电机执行。
加速踏板开度越大、变化越快，目标转矩变化越大。虽然可以通过 VCU 加速踏板 MAP 控制目标转矩大小，但转矩 MAP 受整车驾驶性与能量管理策略约束，与 tip-out 回收能量工况的转矩幅度强相关。tip-in 工况一般调整 VCU 过零目标转矩与 MCU 转矩响应。
实际转矩在跟随目标转矩的基础上还会做转矩滤波，以保证响应和舒适性——滤波参数的选择对响应和舒适性有很大影响，这正是标定的难点所在。
三、原因分析：硬件"背锅"还是软件"惹祸"
3.1 传动系统间隙——先查，但不是主因
"三合一"电驱总成中，涉及间隙的配合点主要有 5 处，如下图编号①~⑤：
联接轴套 / 电机轴与减速器输入轴配合花键； 减速器内部齿轮副间隙； 驱动轴内球节外花键与差速器半轴齿轮内花键侧隙； 驱动轴总成扭转间隙； 驱动轴外球节外花键与轮毂内花键配合侧隙。
测量方法：齿轮副间隙用双啮合法测得；差速器与半轴花键配合间隙通过丝锥测得跨棒距后反算得出。
关键结论：实测零部件间隙参数均在设计指标值范围内。抱怨异响车辆（红色菱形）的传动系统侧隙参数处于设计上下限中间水平，与标杆车辆（无"咯噔"异响抱怨）的电驱总成间隙水平相当。
也就是说——硬件间隙的散差，并不是这次异响的直接根因。
3.2 转矩控制——问题浮出水面
利用车辆上的能量回收强度选择按钮（强 / 中 / 弱）对比评价，结论非常清晰：
能量回收强度越高，对 tip-out 工况的敲击异响贡献越大
（加速 / 减速均 NG）； 回收转矩为 −40 N·m 时，电机执行转矩过零的台阶相比 −20 N·m 更平缓，但异响声反而更大，且更容易稳定复现； tip-in 工况
下，异响容易出现在加速踏板开度大、开度上升速率快的工况（对应驱动电机目标转矩较大）。
敲击能量大 → 异响大：过零转矩特性在批量硬件搭载中往往存在覆盖性散差，在一些间隙参数超差的总成上，就会引发较大的敲击异响。
四、优化与验证：从"拍脑袋"到"量化选参"
4.1 建立"敲击理论模型—指标参数—响应评价模型"
为量化评价参数对主观评分的影响，研究选取了 6 个软硬件参数指标：
电机转矩上升斜率； 过零后 0.2 s 电机转矩大小； 过零后 0.5 s 电机转矩大小； 转矩过零区间； 差速器硬件间隙负载转矩大小； 转矩过零时间（经过过零转矩区间的时间）。
主观评分为各指标参数的加权和，对协方差矩阵作正交求解得到特征值与特征向量，再用相关系数 r、偏相关系数 P 及 KMO 值度量整体关联程度：
主观评价参照 SAE J1441 标准评分，间隙值大小与松踩加速踏板快慢按 1/2/3 区分，分别表示快 / 中 / 慢和大 / 中 / 小。
4.2 tip-in 工况：转矩滤波参数对比
对 4 组代表性 VCU 软件（各版本转矩过零控制策略相同，在零转矩处做一个台阶即 MCU 转矩滤波）进行测试，在易抱怨的 15~30 km/h 区间多次重复评价。
主要结论：
原车版本
：通过零转矩附近后快速增加转矩，动力性强，但异响明显（评分 5.5 最低）； 版本 1/2/3
：相比原车在转矩响应上略有延迟，上升速率、过零时刻转矩相对较小，异响评分升至 6.0 / 6.8 / 7.0； 但速率过慢会引起动力性感受变差（版本 1 动力性最好、评分 3；版本 2 与 3 均为 2），需要综合满足异响与动力性。
结论：优化版本 2 相对最好——异响评分 6.8 与版本 3 的 7.0 接近，但动力性感受更优，在异响与动力性之间取得了平衡。
4.3 tip-out 工况：异响、反拖感与经济性的三方博弈
tip-out 时车辆进入制动 / 滑行能量回收模式，可通过两个手段调整：修改 VCU 转矩 MAP 改变能量回收强度；修改驱动电机转矩滤波控制参数改变转矩响应平缓程度。
转矩变换速率越快，车辆反拖感越强，易引起驾驶舒适性抱怨； 降低转矩下降速率、变缓，对减轻敲击异响有帮助； 但下降速率过缓会影响滑行 / 制动能量回收，过快进入负转矩区域又会导致反拖感强烈。
通过仿真计算，优化版本 1/2/3 相比原始版本软件，NEDC 工况综合续驶里程分别降低 3 km / 12 km / 7 km。
从 NVH、驾驶性与经济性综合权衡看，优化版本 3 相对较好：敲击异响评分 7.5 最高，驾驶感受（反拖感）3，续航代价居中。
4.4 软硬件联合调试：软件才是"补丁王"
设计正交试验，用"转矩滤波强 / 缓"与"间隙大小"组合验证。由于差速器左右两侧跨棒距参数偏设计上限，对综合间隙和差速器接半轴花键处间隙均有贡献，且异响声恰在差速器接左右半轴两侧明显，因此选取 1 台抱怨样车，更换调小间隙后的差速器总成对比测试，同时在这台车上做软件调试。
从表 5 可见，更换新差速器后，左 / 右侧与半轴侧隙换算值由 0.135 / 0.024 降至 0.041 / 0.04，间隙明显收敛。
实测结果：
关键结论：差速器内花键间隙对 tip-in/out "咯噔"响声感知确有改善作用，间隙越小响声越小；但同比而言，软件控制优化更能够弥补差速器花键间隙引起的恶化。
五、结论与可借鉴之处
瞬态敲击异响无法完全消除
，只能通过降低敲击能量把响度压到感知阈值以下； 纯电车缺少扭转减振器 / 飞轮 / 离合器缓冲
，同等间隙条件下比燃油车更容易出现敲击异响； 硬件间隙不是唯一根因
：本次案例中抱怨车辆的侧隙参数与标杆车相当，问题更多集中在转矩过零控制策略上； 软硬件联合设计是正解
：软件设计对硬件公差具有一定的覆盖性，应从综合软硬件开发的角度解析问题； 可复用的排查路径
：声源定位（传感器 + CAN 同步采集）→ 机理归因（敲击能量 = 角加速度 × 间隙）→ 参数量化（KMO / 相关系数筛选优先级）→ 正交试验（软硬件组合验证）→ 主观客观联合评价（SAE J1441）； 优化必须做多目标权衡
：异响改善往往以动力性、反拖感、甚至 NEDC 续航为代价（本次续航最大损失 12 km），软件版本选择要综合 NVH、驾驶性与经济性。
本文内容整理自文章《某纯电动车电驱总成异响分析及优化研究》，原作者：孟斌、雷君、聂少文、王德伟、曹大顾（东风汽车公司技术中心）。
