同轴电驱NVH开发关键技术解析

如图1所示，平行轴式电驱动总成是在驱动电机输出端的外壳下部，安装机械式传动装置减速器齿轮以及差速器齿轮，差速器带动左右两个半轴来驱动车轮。如图2所示，同轴布置电驱动桥，是指电机与驱动桥半轴同轴布置的驱动桥。相比于平行轴式电驱总成，同轴式电驱总成具有结构更紧凑、质量分布更均匀、传动效率和集成度更高等优势，在新能源车领域逐步广泛应用，如图3所示是汇川某同轴电驱结构图，图4是GNK某同轴电驱爆炸图。

图1 平行轴式电驱动总成结构示意图

图2 同轴式电驱动总成结构示意图

图3 汇川某同轴电驱

图4 GNK某同轴电驱爆炸图

根据驱动桥减速器类型差异，可进一步将同轴电驱动桥分为同轴偏置式和同轴行星齿轮式，同轴偏置式的减速器常采用中间轴偏置布置的圆柱斜齿轮副（图5a），而同轴行星齿轮式采用可实现完全同轴的行星齿轮机构（图5b），图6是某偏置式同轴电驱三维简化图，图7是BOLT同轴电驱内部结构图。

图5 同轴电驱动桥布置方式

图6 偏置式同轴电驱总成三维简化图

图7 BOLT同轴电驱内部结构图

同轴电驱的核心挑战：NVH

随着新能源汽车市场的迅速拓展，消费者对车辆的性能和品质提出了更为严苛的要求，其中，噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness，简称 NVH）性能成为衡量新能源汽车品质的重要指标之一。

图8 NVH定义

同轴电机由于其结构紧凑、传动效率高、易于集成等诸多优点，被广泛应用于各类新能源汽车中。然而，同轴电机在运行过程中产生的振动和噪声问题，却成为制约同轴电驱性能提升的关键因素。这些振动和噪声不仅会严重影响车内驾乘人员的舒适性，还可能对车辆的安全性和可靠性产生潜在威胁。图9是是同轴电驱主要噪声分类。

图9 同轴电驱NVH分类

从用户体验的角度来看，新能源汽车相较于传统燃油汽车，在运行时通常更为安静，这使得用户对其车内噪声和振动水平的期望更高。一旦同轴电机产生明显的振动和噪声，哪怕只是细微的不适，也容易被用户敏锐地感知到，进而对整车的品质和驾乘体验产生负面评价。

由此可见，解决同轴电机的 NVH 问题，对于提升新能源汽车的用户体验和产品竞争力具有至关重要的意义。这不仅是满足消费者日益增长的高品质出行需求的必然选择，也是推动新能源汽车产业健康、可持续发展的关键所在。

同轴电机整车NVH控制

车身上振动的激励在车内产生结构声， 车外噪声激励在车内产生空气声。 车内所接受的噪声是结构声和空气声之和， 如图10所示。

图10 车内噪声是结构声和空气声之和

如上述图9中分析，同轴电驱NVH控制主要包括电机及减速器的本体NVH控制和整车路径控制（结构路径+空气路径）。其中，电机及减速器的本体通常为供应商开发，主机厂无法直接参与设计。因此，对同轴电驱的NVH开发主机厂主要基于整车结构路径及空气路径进行设计，主要设计内容如图11所示。

同轴电机悬置系统设计

悬置系统的作用与原理

悬置系统在同轴电机的运行中扮演着至关重要的角色，它如同一个精密的缓冲卫士，全方位地保障着电机的稳定运行和车辆的 NVH 性能。悬置系统模型如图12所示。

图12 悬置系统模型

从支撑的角度来看，悬置系统是同轴电机的坚实依托，它能够稳稳地承载电机的重量，确保电机在车辆行驶过程中始终保持在准确的位置上。

隔振则是悬置系统的核心功能之一。电机在运行时，由于内部的电磁力、机械部件的运动等原因，会不可避免地产生振动。这些振动如果直接传递到车身，将会引发一系列的问题，如车内噪声增大、零部件疲劳损坏等。悬置系统通过自身的弹性元件，能够有效地阻隔电机振动向车身的传递，就像在电机和车身之间筑起了一道无形的屏障。

限位功能同样不可或缺。当车辆在行驶过程中遇到各种复杂路况，如颠簸、急加速、急减速等，电机会受到较大的冲击力。悬置系统能够通过自身的限位结构和缓冲设计，有效地吸收和分散这些冲击力，保护电机免受损坏。

布置形式与要点

同轴电机悬置系统的布置形式多种多样，每种形式都有其独特的特点和适用场景。常见的布置形式按角度可分为平置式、汇聚式，按悬置数量又可分为三点布置、四点布置。

平置式布置则是悬置与电机或车身呈水平安装，这种布置形式结构简单，易于安装和维护，成本相对较低。在同轴电驱中，平置式布置较为常见，能够在满足基本性能要求的同时，有效地控制成本。如图13-14所示为三点平置式同轴电驱悬置系统的典型布置形式。

图13 FEV同轴电驱三点悬置系统

图14 大众ID.4 X前电驱（同轴电驱）三点悬置布置

三点布置和四点布置是根据悬置数量来划分的。三点布置结构简单，系统复杂度低，成本相对较低，同时也能较好地平衡动力总成的载荷，提高车辆的操控性。而四点布置则能够提供更均匀的支撑，进一步增强系统的稳定性，适用于大扭矩及对稳定性要求高的同轴电驱。如图15-16所示为两种典型的四点同轴电驱悬置系统布置形式。

图15 某后驱同轴电机四点悬置系统

图16 一汽红旗的同轴电机悬置布置

在悬置系统的布置过程中，有几个关键要点需要特别关注。基于质心布置是一个重要原则，即电动动力总成的质心要落在悬置的弹性中心构成的几何区域内，并且尽可能地位于中心位置。这样可以确保电机在运行过程中各个方向的受力更加均匀，减少因受力不均而产生的振动和噪声。每两个悬置弹性中心的跨度要尽可能大，这有利于提高系统的稳定性，就像搭建帐篷时，支架之间的跨度越大，帐篷就越稳固。

悬置支架设计要点

同轴电驱由于体积小，扭矩密度大，对悬置支架的结构提出了更高的挑战和要求。同轴电机悬置支架设计的核心是精准控制振动传递路径，同时兼顾结构强度、空间适配性和轻量化，避免振动引发整车NVH问题。基于以上考虑，同轴电驱的悬置支架应设计的短小粗壮，一种较好的解决方案是：将主动侧悬置支架与电驱壳体集成，车身侧悬置支架与副车架集成，如图17-19所示。

图17 Audi e-tron同轴电机悬置主动侧支架结构

图18 舍弗勒同轴电驱悬置主动侧支架结构

图19 电机悬置被动侧支架与副车架集成

电驱刚体模态设计

传统燃油车动力总成刚体模态分布范围为5-18HZ ，而由于同轴电机动力总成体积和质量更小，且瞬态响应大，引起悬置动反力的剧烈冲击，所以悬置刚度设计偏高，会导致动力总成刚体模态频率整体上移，因此同轴电机悬置系统固有频率的范围多在10-70Hz。电机刚体模态设计时主要考虑以下避频：

1、蠕行工况应避开电机转速对应的激励频率值；

2、若压缩机装在电机总成上，AC ON工况，压缩机工作频率应与电机悬置系统固有频率避开；

3、冷却风扇运转频率与电机悬置系统固有频率避开；

4、车身模态与电机悬置系统固有频率避频；

5、悬架Hop/Tramp固有频率与电机悬置系统固有频率避开；

6、方向盘固有频率、座椅固有频率与电机悬置系统固有频率避开；

7、车身声腔模态与电机悬置系统固有频率避开；

8、传动系统扭转模态与电机悬置系统固有频率避开。

考虑与以上固有频率的分隔关系，电机悬置系统六阶固有频率应穿插布置在以上固有频率之间，如表1所示是某同轴电驱总成悬置系统刚体模态及解耦率。

表1 某同轴电驱总成悬置系统刚体模态及解耦率

此外，考虑电驱刚体模态对路噪的影响时，电驱刚体模态设计时主要有以下两个原则：

1、电驱侧倾模态与轮胎扭转模态至少避频5Hz以上，与车身模态避频3Hz以上，其中车身模态主要为整体模态、大钣金模态以及背门模态，或者与车身噪声传函峰值避频。

2、二级隔振系统的电驱总成，可以将电驱的侧倾或者垂向刚体模态设计成吸振器，降低轮胎扭转模态引起的车架振动幅值，从而降低车内路噪

声学传递路径控制

声学传递函数

声学传递函数定义为单位体积加速度激励下车内关键位置的声学响应，常用于400 Hz以上的整车高频声学性能评价。ATF测试在半消声室内进行，在驾驶员右耳位置和后排右侧乘客左耳位置放置体积声源进行激励，测试同轴电驱上下左右前后等六个方位的声压信号，就可以得到声声传递函数，它被称为声学传递函数。声学传递函数是响应点的声压与声源处的体积加速度的比值，用ATF（ Acoustic Transfer Function）来表示声学传递函数，为

ATF=P/Qa

式中， Qa 是体积加速度。

图20为某车电驱上表面仿真与试验对比的声学传递函数曲线。曲线值越小，表明声源对车内的传递越小，即隔声越好。ATF值的趋势正好与NR（噪声衰减量）相反，NR值越大越好。随着频率增加， ATF 值减小，即频率高时，车身的隔声效果越好。

图20 某车的声学传递函数曲线

声声灵敏度的控制取决于车身的声学包装和板的声辐射能力。首先，确保车身的气密性好， 尽可能减少孔和缝隙；第二，确保隔声效果好；第三，确保吸声性能好；第四，降低车身板的声辐射，同时使得板结构振动模态与声腔模态避开。

电驱声学包裹

同轴电驱声学包裹主要有EVA+PU和EVA+吸音棉两种方案，这两种方案的核心差异在于第二层吸音材料的选择，直接影响了整体的声学性能、适用场景和成本，选对方案能精准匹配电驱的降噪需求。两种方案在声学表现、环境适应性、成本等维度差异显著，具体对比如下：

表2 电驱声学包裹方案对比

根据电驱的不同使用场景和核心需求，可按以下优先级选择方案：

1. 优先选 EVA + PU 方案的场景

（1）对轻量化要求高的场景：如新能源乘用车电驱，需严格控制整备质量以提升续航；

（2）噪音以中高频为主的场景：如高速运转的永磁同步电机，高频电磁噪音是主要干扰源；

（3）结构复杂、需一体化包裹的场景：如异形电机端盖、控制器外壳，PU 可精准匹配外形。

2. 优先选 EVA + 吸音棉 方案的场景

（1）工作温度较高的场景：如商用车电驱、增程器用电机，核心区域温度常超 120℃；

（2）噪音以低频为主的场景：如低速大扭矩电机，低频振动噪音易传递至座舱；

（3）对成本敏感的场景：如经济型电动车、工业用驱动电机，需控制零部件采购成本。

对同轴电驱总成增加声学包裹（EVA+吸音棉），如图21所示，其可阻隔电驱噪声传递到车内。图22示出电驱总成加包裹前后的车内噪声，从图22b可以看出，各主要阶次噪声都有降低，其中高频范围内最大降幅达到8dB，总噪声降低约3dB。

图21 某同轴电驱总成声学包裹

(a) 加包裹前

(b) 加包裹后

图22 某同轴电驱总成加包裹前后车内噪声对比

未来展望：技术发展趋势

展望未来，同轴电机开发领域将迎来一系列令人瞩目的技术发展趋势，这些趋势将为新能源汽车的性能提升带来新的突破。

在材料创新方面，新型材料的研发与应用将成为降低振动和噪声的关键。随着科技的不断进步，具有更高阻尼特性和轻量化特点的材料将不断涌现。

智能控制技术在同轴电机 NVH 控制中的应用也将取得显著进展。主动噪声控制（ANC）技术和主动振动控制（AVC）技术将得到更广泛的应用和优化。

多学科协同优化设计将成为未来同轴电机悬置布置和 NVH 开发的重要发展方向。未来，需要综合考虑电磁、结构、声学、热管理等多个学科的因素，进行多学科协同优化设计。

随着新能源汽车市场的不断发展和技术的不断进步，同轴电机NVH开发领域将迎来更多的机遇和挑战。通过不断创新和应用新技术，我们有理由相信，未来的同轴电驱将在NVH性能方面实现质的飞跃，为用户带来更加安静、舒适的出行体验。