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傳統汽車和電動汽車的核心區別在于驅動源由發動機切換成了電動機。電動機很容易成為新的噪音源，原因有兩個：

• 在非正弦供電的情況，電機存在高頻電磁力成分，極易形成電磁噪音，通過輻射和結構傳播，在駕駛室內形成復雜的混響。

• 電動汽車追求輕量化，高功率密度，不但電機質量和剛度變小，車架、后橋等都比傳統汽車要輕，因此更容易激起大的振動響應。

兩種汽車雖然振源不一樣，但振動傳遞方式、動力學機理是一樣的，因此如何降低電動汽車的噪音和振動，同樣可以系統性的借鑒傳統汽車的前輩的思路和方法。在汽車界這里有個專門的說法叫NVH工程即Noise（噪聲）、Vibration（振動）和Harshness（聲振粗糙度，也可以通俗地理解為不平順性），今天要學習的就是NVH前輩們是如何解決問題的。

傳統汽車的噪音來源有三種，分別是發動機噪音、空氣噪音、路面噪音，其中發動機噪音是核心來源，對它的處理方法和電動汽車的驅動噪音非常類似，因此也是最值得我們借鑒的。

車內噪聲的主要來源

從源頭上解決機械的方法有：

(1) 多缸串聯法

雖然每個活塞沖擊力是不均勻的，但通過不同相位的活塞串聯，達到總出軸的轉矩波動大體上是均勻的。這種思想就相當于電機行業的斜極斜槽、多單元電機。按這個思路出發，多相電機、軸向串聯單元電機都是可以減少轉矩波動從而降低噪音。

發動機也在追求減少每個活塞的力的沖擊，包括減小活塞間隙，因為間隙會導致活塞的偏離力學中心，從而形成不平衡的力，任何不平衡的力都會產生振動。這一點電機也可以借鑒，電機存在理論上的旋轉中心，這個中心是電機的力學中心，電機的出軸旋轉間隙，不均勻的電磁力都會導致力學中心偏移，就相當于活塞的間隙，當然是越小越好。

(2) 框架拓撲優化法

如果說減小間隙是會產生更高的工藝要求，受制于制造水平，令人敬佩的是，發動機的前輩們尋求到了另外一種解決方法，就是框架拓撲優化法。其核心思想是通過優化拓撲結構減小發動機框架結構受不平衡力激勵下的響應。下圖就是某款發動機的拓撲結構，你會發現很多優化設計細節。相比較之下，電機人就該有點愧懺，因為電機的機殼、端蓋等支撐結構，幾乎就沒有認真的做過動力學優化。因此優化電機拓撲結構、減小振動響應是很重要的一個研究方向。

拓撲優化的目標是改善機殼的頻率響應函數，具體的方法有：

• 改善質量分布法；

   

• 改善結構具體位置剛度法；

   

• 改進結構的阻尼特性等等，相比較我們傳統的方法，豐富了很多。

2、隔振抑振法

發動機懸置模型

橡膠懸置的力學模型坐標

如上圖所示，NVH們在發動機的和機架的接觸位置放置了阻尼器，用以將振動隔絕在發動機內。阻尼能夠起到抑制振動的效果，抑制的好壞用傳遞率來衡量，傳遞率為100%意味著不起阻尼作用。好的阻尼設計能夠將傳遞率降到30%以下，也就是說大部分的振動被狙擊掉了。

但阻尼有一個問題，就是一種材料對低頻的阻尼效果好，對高頻就不好，反之亦然。也就是說，會出現在低速和高速不能兼顧情況。這相當于狙擊戰上，要么只能打步兵，要么只能打坦克。這沒有難倒NVH們，他們又發展出了液固混合阻尼，磁流阻尼。前一種阻尼能夠在很寬的頻率下，都能起到很好的效果；后一種阻尼不但有此優點，更能夠用電流來控制阻尼效果和阻尼頻率。這就帶來了一項主動阻尼的效果，可以根據不同的頻率、強度，針對性的調整阻尼參數，這就相當于能夠靈活的調整火力配置和強度。當然這種阻尼材料一般用在豪華轎車上。

左：零磁場下的磁流變液；（右）強磁場下的磁流變液

不同磁場下材料的黏度不一樣

除了在發動機缸體上安裝阻尼材料，減少發動機不旋轉部分振動的輸出。針對發動機的旋轉部分也可以設置阻尼材料，達到隔振的效果。

(2) 減振皮帶輪

減振皮帶輪是由一夾在皮帶輪和軸套間的橡膠隔振板構成的（見下圖）。當曲軸穩定轉動時，轉矩減振器與之同步轉動；當發動機轉速變化并產生轉矩波動時，這個減振器會使橡膠隔振板扭轉，以保持現有轉速，吸收了扭轉振動。

隔振和消振的策略是有效的，也是值得電機人學習的。車用驅動電機的定子系統要么是法蘭安裝、要么是底座安裝，可以嘗試采用適當的阻尼材料來作過渡，但這會引起對中精度的下降。對旋轉系統，一般都采用齒輪或花鍵直接剛性連接，也可以采用柔性連接過渡。比如現在開始興起的磁性連軸器，就是一種非接觸連接，靠電磁傳遞將力傳遞到齒輪側，而且這種方法對中容差很大，有利于在定子側安裝阻尼材料。

(1) 主動消音法

設想很簡單，就是在管道中安裝一個傳感器提取聲學信號，然后經過一個控制器產生一個大小與管道聲壓幅值相等、相位相反的聲信號，來抵消管道中的聲音，如下圖。

這種手段再結合控制算法，就能夠創造出一個相當安靜的駕駛空間，即便振動很大。

(2) 全車系統頻率管理

在NVH工程師們的三支箭外，我還看到了一些更底層也更基礎的方法。比如全車系統頻率管理，這是一種更系統性的方法。就是將車體的主要部件的固有頻率、響應函數、阻尼系數、振源的頻譜特性都作為管理要素，這樣就可以動態預判共振風險，如果在期間加入一些可控的響應元件，比如說磁流阻尼、主動消音元件；在行駛過程中，通過主動調整避開或快速通過共振頻率帶。這種方法和理念看的我目瞪口呆，太先進了。不過也給我帶來的啟示，電機本身就是一個可控的元件，在遇到共振點時，電機人有更便捷的方法快速越過共振點，比如跳頻技術、轉矩脈動動態補償技術，這一點傳統汽車就沒有這種便利，因為發電機更難控制。