电动汽车NVH的设计与开发

在政府的大力支持与主导下，中国已经成为世界上的电动汽车生产国与销售国。在电动汽车设计方面，全世界的电动汽车主机厂面临的主要任务都是一样的，就是消除人们对电动汽车里程的焦虑。消除里程焦虑有两种技术路线。一种技术路线是研究新型电池技术，使电池能量密度增加一倍以上。目前，在电池能量密度的技术、构架、原理和材料取得革命性进展之前，人们越来越关注另一种技术路线，就是在整车设计上通过降低风阻系数、整车重量和辅助设备的电能消耗等，使电动汽车的续驶里程化。以中国博郡汽车公司为例，其设计的电动汽车车身采用了多种新型材料以降低自重，相比传统燃油汽车，减重达到20%～30%，风阻系数低至027，使电动汽车的新欧洲行驶循环(New European Driving Cycle,NEDC)综合工况续驶里程超过600km。

电动汽车的轻量化目标应该是在减轻车辆自重的情况下保持电动汽车的噪声、振动与声振粗糙度(Noise Vibration Harshness,NVH)性能至少不能低于传统燃油汽车。除此之外，电动汽车在没有发动机噪声覆盖效果的情况下，辅助设备的噪声与振动问题也凸显出来。而电动汽车电机与电气系统的噪声与振动特性又不同于传统燃油汽车，因此电动汽车的NVH问题是非常特殊的，是不同于传统汽车的，所以有必要对电动汽车的NVH问题进行深入研究，分析电动汽车NVH问题的特殊性，并提出“多快好省”的工程解决方案。
电动汽车NVH具有以下特点：
，电动汽车的加速度更大，特斯拉Model X仅用27s车速就可以达到96km/h。
第二，电动汽车中，电机的振动与噪声是单频的频率特性以及多阶次的空间谐波形式。
第三，电机的特性是转矩与功率在低转速时很大。
第四，交流三相感应电机是用逆变器进行调速的，逆变器也是一个噪声源。
第五，电机转速很高，驱动车辆需要进行减速，一般是用变速器实现的。
第六，电动汽车上的辅助设备（空调、风扇和冷却系统等）一般都是由电机驱动的，这些辅助设备的NVH特性以及对整车的NVH影响是很重要的一个问题。
第七，电池的引入使电动汽车的结构发生一些与NVH有关的变化。
第八，电池的低能量密度以及人们对续驶里程的焦虑，使得电动汽车产品规划人员与设计人员绞尽脑汁减少每一克多余的重量。这些轻量化措施在多数情况下是对噪声与振动不利的。
第九，混合动力电动汽车既有传统发动机的NVH问题，又有电动汽车的NVH问题，也有两者组合的问题。
第十，电动汽车与混合动力电动汽车的运行与辅助系统的控制策略对电动汽车NVH的影响是很大的。
第十一，不论是电机噪声还是辅助系统的噪声，一般是在没有噪声覆盖的声学环境下产生的，这是电动汽车声学的另一个特点。
第十二，驾乘人员一般认为电动汽车应该理所当然要比传统汽车安静，但实际上噪声的好坏不仅取决于噪声的幅值，还取决于噪声的频率特性以及人们对声音的心理感受。
第十三，混合动力电动汽车增程器的开启可以增加电池的电量，这是由控制系统自动完成的，而不是根据操作人员的意志完成的，因此增程器的噪声与驾乘人员操纵车辆的意愿无关。
后一个，也是重要的一个因素即电动汽车特有的振动与噪声特性，使驾乘人员对电动汽车的噪声更容易产生不愉悦的感受。驾乘人员对电动汽车NVH的感受是车辆NVH设计开发的市场驱动力，而每个人的驾驶习惯与驾驶方式都不一样，可以说有多少名驾驶人就有多少种驾驶方式。在各种情况下让驾乘人员对电动汽车NVH满意是开发者的终极目标。
编写本书的目的是为主机厂的NVH工程师提供设计开发的思路与实际解决方案，以提高电动汽车的NVH性能。为此，本书对电动汽车所具有的NVH问题进行了系统而全面的阐述，根据车辆NVH问题的分类及其所具有的NVH特点，针对电动汽车主要系统的NVH问题、电动汽车NVH特殊性以及NVH设计开发的特点进行了全面的论述，尽的努力争取做到一书在手，解决电动汽车NVH问题胸有成竹。
本书以电动汽车NVH设计开发为场景，在电动汽车NVH设计开发的不同阶段，都提供了简单明了的解决方案。从NVH问题的描述、NVH问题的分析、产生NVH问题的根本原因到NVH问题的工程解决方案，本书都进行了详尽的描述，提供了一个百科全书式的参考平台。本书尽可能采用简洁明了的语言，辅以详细的解决方案，无论是电动汽车NVH设计开发新手还是资深工程师，或是NVH研究人员，都可以借助本书提供的详细论述与作者多年的工作经验总结，迅速地融入电动汽车的NVH设计开发中，并能够解决实际的NVH问题。
本人在汽车NVH领域工作多年，希望将积累的经验与工作心得一起奉献给读者。本人清楚地知道汽车NVH工程师在开发设计中的需求，并据此组织本书的内容与叙述方式，力求读者能够轻松地掌握与运用本书提供的理论知识与实践经验。
本书参考了大量国内外文献，这些文献组成了一个内容丰富的电动汽车NVH图书馆，使我们可以站在巨人的肩膀上为电动汽车NVH的设计开发与研究发展开创无限的想象力与创造力，为电动汽车的发展做出应有的贡献。不论是对电动汽车的NVH工程师，还是电动汽车的NVH研究人员而言，本书都是一本不可多得的工具书。
电动汽车的NVH问题为汽车开发者提供了一个充满创意的舞台与可以遨游的空间。不管电动汽车如何变化，过去的NVH经验与技术仍然是一个丰富的宝库，我们需要认真研究电动汽车的NVH特点和出现NVH问题的根本原因，找出解决电动汽车NVH问题的工程解决方法。在解决电动汽车的NVH问题中，无论是在理论、实践、技术，还是在实施的装置上都需要我们去探索、去研究、去实践

本书以电动汽车NVH设计开发为场景，在电动汽车NVH设计开发的不同阶段，都提供了简单明了的解决方案。从NVH问题的描述、NVH问题的分析、产生NVH问题的根本原因到NVH问题的工程解决方案，本书都进行了详尽的描述，提供了一个百科全书式的参考平台。书中尽可能采用简洁明了的语言，辅以详细的解决方案，无论是电动汽车NVH设计开发新手还是工程师，或是NVH研究人员，都可以借助本书提供的详细论述与作者多年的工作经验总结，迅速地融入电动汽车NVH的设计与开发中，并能够解决实际的NVH问题。

黄显利，美国密西根州立大学?学博士，北京理工大学教授。1994年加?福特汽车公司，主要做产品开发?作，2005年被提升为技术专家。1994—2011年间在福特公司负责和参与了包括福特F系列皮卡、豪华型林肯导航员等在内的多款车型的噪声开发项目，组织和领导制定《福特计算机辅助?程软件模拟整车噪声分析规范手册》，获得六西格玛黑带证书。2013—2016年为中国兵器集团特聘首席专家，在北奔重型卡车集团有限公司担任中高端牵引车开发项目总师，领导中高端重型卡车的性能设计与提高；负责中国兵器集团重型高机动性通用战术车辆第三代军车的NVH设计开发；联合玉柴机器、北奔重汽、东莞传动三家企业进行甲醇替代燃料V3ET重型卡车的设计开发。出版了专著《甲醇替代燃料及其在重型卡车与船舶上的应用》《卡车的振动噪声与控制策略》。

前言

第1章电动汽车NVH概论

1.1电动汽车与混合动力汽车的NVH挑战

1.2电动汽车单频噪声的评价

1.2.1突出比（PR）

1.2.2单频与噪声比（TTNR）

1.2.3单频噪声的评价标准

1.3纯电动汽车与传统燃油汽车的噪声比较

1.4混合动力汽车与传统燃油汽车的噪声比较

1.5声品质的主观评价方法

参考文献

第2章电动汽车的结构构架及其NVH影响

2.1硬点位置对NVH的影响

2.2轮边驱动的簧下质量对NVH的影响

2.3驾驶舱的结构对NVH的影响

2.4扭转刚度与NVH

2.5电池包结构对NVH的影响

2.6静态稳定系数对NVH的影响

参考文献

第3章电机NVH的特性

3.1电机振动与噪声的产生

3.2电机气隙的磁动势的NVH特征

3.2.1定子绕组的磁动势谐波

3.2.2转子磁动势谐波

3.2.3磁动势举例

3.3电机气隙中的磁导

3.3.1平均磁导

3.3.2偏心率磁导

3.3.3磁饱和磁导

3.4电机气隙中的磁通密度谐波

3.4.1气隙基本磁通密度谐波

3.4.2气隙磁通密度的激励谐波

3.4.3定子槽气隙磁通密度谐波

3.4.4转子槽气隙磁通密度谐波

3.4.5气隙偏心率磁通密度谐波

3.4.6气隙磁饱和磁通密度

3.5电机的径向应力谐波

3.6电机噪声计算实例

3.7电机机体的共振频率估算

3.8由于电磁力引起的电机噪声的估计

3.9电机NVH的设计与开发

3.9.1磁铁形状对电机NVH的影响

3.9.2绕组对电机NVH的影响

3.9.3槽及极对数对电机NVH的影响

3.9.4电机气隙对电机NVH的影响

3.9.5电流注入法对电机NVH的影响

3.9.6定子轭与定子极的形状对电机噪声与振动的影响

3.9.7开关磁阻电机

3.10电机NVH的集成技术

参考文献

第4章逆变器与驱动系统噪声

4.1逆变器的噪声及其特性

4.2逆变器噪声估计

4.3影响PWM 与驱动系统NVH的参数

4.4PWM开关频率与愉悦的音乐频率

4.5逆变器NVH的设计与开发

4.6电驱动系统的NVH集成技术

参考文献

第5章纯电动汽车的NVH

5.1纯电动汽车的结构构架与噪声源

5.2纯电动汽车的结构

5.3纯电动汽车的驱动电机噪声特性

5.4纯电动汽车的车内噪声特性

5.5纯电动汽车的NVH设计开发

5.5.1声学包设计开发

5.5.2电动汽车中低频NVH的设计开发

5.5.3结构噪声的设计开发

5.6纯电动汽车驱动电机的啸叫

5.6.1电机啸叫的声源特性

5.6.2电机啸叫的室内声特性

5.6.3电动汽车电机啸叫的改进措施

5.7老化或故障对电机振动与噪声的影响

5.8振动对动力电池的影响

5.9驱动电机的减振

参考文献

第6章混合动力/增程式电动汽车的NVH

6.1混合动力电动汽车的结构与噪声源

6.2混合动力电动汽车的NVH特性

6.3混合动力/增程式电动汽车的NVH设计开发

6.3.1发动机的NVH微调

6.3.2运行模式转变的NVH设计开发

6.3.3增程式电动汽车的进排气系统的NVH设计开发

6.3.4增程式电动载货汽车的制动气泵的NVH设计开发

6.3.5电机的啸叫

参考文献

第7章燃料电池车辆NVH的设计与开发

7.1燃料电池车辆的噪声源

7.2燃料电池车辆的室内噪声特性

7.3燃料电池客车NVH的设计与开发

7.4燃料电池重型货车NVH的设计与开发

7.4.1燃料电池车辆的声源减少

7.4.2燃料电池车辆的噪声衰减

参考文献

第8章电动客车NVH的设计与开发

8.1电动客车的噪声/振动源

8.2电动客车的振动控制

8.3电动客车异响的设计与开发

8.3.1客车异响产生的原因与评价

8.3.2客车异响的设计与开发

8.3.3客车异响的设计验证

8.4电动客车轰鸣声

8.4.1电动客车轰鸣声的设计与开发

8.4.2电动客车轰鸣声的后期解决

8.5电动客车的HVAC噪声与振动的设计与开发

8.6单频噪声的减噪措施

8.6.1微穿孔板减噪原理

8.6.2微穿孔板的应用

8.6.3微穿孔板与霍尔姆兹共振腔的结合与应用

8.6.4微穿孔板作为内饰装饰吸声的结合

8.6.5微穿孔板在客车中的应用

参考文献

第9章电动载货汽车风噪声的设计与开发

9.1美国与欧洲重型货车项目与风噪声

9.1.1美国超级货车的技术路线与NVH

9.1.2欧洲电动重型货车技术路线以及对NVH的影响

9.2载货汽车的风噪声源

9.2.1载货汽车风噪声声源分类

9.2.2载货汽车风噪声的评价

9.3载货汽车的风噪声设计开发

9.3.1载货汽车风噪声的源及传递路径

9.3.2牵引车与货厢的一体化NVH设计开发

9.3.3车门结构的设计开发

9.3.4载货汽车封闭件密封的风噪声设计开发

9.3.5风洞风噪声贡献试验

9.4电动载货汽车的加速噪声

9.4.1电动载货汽车的加速噪声特点

9.4.2电动载货汽车的加速噪声的传递函数

参考文献

第10章电动汽车的外噪声以及低速警告声的设计与开发

10.1电动汽车与传统汽车的外噪声

10.2电动汽车低速警告声的设计与开发

10.3设计实例

参考文献

第11章电动汽车控制系统的NVH策略

11.1电机的实时振动消除控制策略

11.2发动机运行点的NVH控制策略

11.3空调系统的热舒适性优化与节能控制策略

11.4增程式电动汽车的发动机起停NVH控制策略

11.5混合动力电动汽车的NVH控制策略

11.6电动汽车辅助设备的NVH控制策略

参考文献

第12章电动汽车空调系统的NVH设计与开发

12.1电动汽车空调系统的噪声

12.2空调系统噪声的对标与统计特性

12.3空调系统噪声的特性

12.4冷热舒适性与NVH

12.5空调系统的NVH设计

12.6空调系统的NVH控制策略

12.7空调系统NVH的设计验证

参考文献

本书以电动汽车NVH设计开发为场景，在电动汽车NVH设计开发的不同阶段，都提供了简单明了的解决方案。从NVH问题的描述、NVH问题的分析、产生NVH问题的根本原因到NVH问题的工程解决方案，本书都进行了详尽的描述，提供了一个百科全书式的参考平台。书中尽可能采用简洁明了的语言，辅以详细的解决方案，无论是电动汽车NVH设计开发新手还是工程师，或是NVH研究人员，都可以借助本书提供的详细论述与作者多年的工作经验总结，迅速地融入电动汽车NVH的设计与开发中，并能够解决实际的NVH问题。

黄显利，美国密西根州立大学?学博士，北京理工大学教授。1994年加?福特汽车公司，主要做产品开发?作，2005年被提升为技术专家。1994—2011年间在福特公司负责和参与了包括福特F系列皮卡、豪华型林肯导航员等在内的多款车型的噪声开发项目，组织和领导制定《福特计算机辅助?程软件模拟整车噪声分析规范手册》，获得六西格玛黑带证书。2013—2016年为中国兵器集团特聘首席专家，在北奔重型卡车集团有限公司担任中高端牵引车开发项目总师，领导中高端重型卡车的性能设计与提高；负责中国兵器集团重型高机动性通用战术车辆第三代军车的NVH设计开发；联合玉柴机器、北奔重汽、东莞传动三家企业进行甲醇替代燃料V3ET重型卡车的设计开发。出版了专著《甲醇替代燃料及其在重型卡车与船舶上的应用》《卡车的振动噪声与控制策略》。