摘要
近年来，随着化石能源的日益减少和环境污染的日益严重，能源和环境问题变得愈发显著。为了应对以上问题，电动汽车的发展受到各大车企的广泛关注，成为了当前汽车产业研究的一大热点。伴随着电动汽车各项技术的飞速发展，其核心部件电驱动系统也迎来了快速发展，变得更加的集成化和轻量化。然而，集成驱动电机、减速器以及电机控制器等主要部件的三合一电驱动系统，其结构变得十分复杂，同时因轻量化造成结构刚度低等因素使得电驱动系统的NVH（噪声、振动、声振粗糙度）性能优化变得异常困难，而电驱动系统的NVH性能又直接影响着整车的驾乘品质，是整车NVH性能提升的关键。因此，针对高度集成式电驱动系统的NVH性能展开深入的研究，对提升电驱动系统振动噪声水平以及改善电动汽车整车品质具有重要的意义。 本论文在国家自然科学基金和江西省自然科学基金等项目的支持下，以某一电驱动系统作为研究对象，针对其产生的振动和噪声问题进行分析研究。本论文研究的主要内容以及得出的相关结论分别如下： （1）针对电驱动系统中驱动电机电磁噪声和减速器齿轴系统机械噪声的产生机制进行了分析。推导和计算了电驱动系统中影响振动噪声水平的主要电磁激励参数，如驱动电机的径向电磁力、齿槽转矩和转矩脉动等，并使用Maxwell电磁分析软件对这些参数进行了仿真分析。仿真结果显示，电机的齿槽转矩峰值为0.58N·m，平均输出转矩为152.56N·m，其中输出转矩脉动较大，达到33.45%。同时通过分析表明，驱动电机的切向电磁力远低于其径向电磁力，且径向电磁力的傅里叶分析显示其谐波阶数是8的倍数。 （2）针对电驱动系统模态分析理论展开研究，深入解析了拥有多个自由度以及阻尼为零的系统的模态分析理论，为电驱动系统模态分析奠定理论基础。通过建立电驱动系统有限元模型，首先对电驱动系统各部件如驱动电机定子、定子壳体等进行单独仿真分析，然后对电驱动系统各部件耦合状态下的整体进行仿真分析，分析各部件单独状态下和耦合状态下的模态特征。结果表明当多个部件耦合时，其整体系统的振动频率会分布在各部件同一阶次所对应的振动频率的中间范围内。因此，相比对部件单独分析，对耦合状态下的整体电驱动系统进行分析能更准确模拟电驱动系统真实状态，能避免共振及提供有效的优化方向参考。 （3）基于AVL动力学分析软件，通过电驱动系统有限元三维模型建立其刚-柔耦合的多体动力学模型。以驱动电机电磁仿真分析得到的电机输出转矩及其波动和对应的电机转速作为动力学模型仿真计算的输入条件，对电驱动系统刚-柔耦合模型进行动力学分析，求解齿轴系统所受载荷即电驱动系统的机械激励。由分析结果可知，齿轴系统产生的机械激励频率主要是输入轴与中间轴组成的一级齿轮副和中间轴与输出轴组成的二级齿轮副啮合频率的基础频率和其倍数频率。 （4）提出了一种驱动电机转子隔磁桥双向延长结构优化方法，该方法通过优化磁路走向，降低电机气隙磁密谐波量，从而改善了驱动电机振动噪声水平。同时对电驱动系统减速器齿轮进行微观修形优化，主要包括螺旋角偏斜量、鼓形量、压力角偏斜量等参数。修形优化后有效降低了齿轮副的啮合冲击，减小了齿轴系统的机械振动噪声，从而改善电驱动系统的振动噪声水平。最后通过仿真分析电驱动系统在多源激励下的振动和噪声水平，并对比优化前后的结果。分析结果表明，优化后电驱动系统壳体最大振动量下降了约37%，总体噪声值减小了3.685dB，优化效果显著。
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