电机控制的振动噪声机理分析与优化

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在新能源汽车快速发展的当下，电机作为其核心动力源，其控制性能直接影响车辆的舒适性与驾乘体验。其中，电机控制引发的振动噪声问题备受关注，本文将深入探讨电机控制的振动噪声机理，并分享一些优化策略。

一、阻尼控制技术：抑制整车抖动的关键

电机在运行过程中，转矩的阶跃变化常常引发整车抖动，尤其在10Hz至20Hz的频段，这种抖动尤为明显。而整车起步时的抖动，以及由转矩脉动引起的阶次噪声，在2KHz至10KHz的频段内，同样影响着车辆的NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能。为应对这些问题，阻尼控制技术应运而生。

阻尼控制通过在电机控制系统中引入阻尼算法，有效抑制转矩的快速变化，减少整车抖动。它就像给电机的转矩输出加上了一层“缓冲垫”，使转矩输出更加平稳，从而提升车辆的舒适性。在实际应用中，阻尼控制技术已在多款车型上取得了显著效果，大幅降低了因电机转矩变化引起的整车抖动问题。

二、PWM振动噪声机理：从原理到优化

PWM（脉冲宽度调制）是电机控制中常用的技术，它将直流电压转换为交流电，以实现对电机的精确控制。然而，PWM控制也带来了振动噪声问题。

PWM噪声的频率计算公式为：

，其中

为开关频率（通常为10KHz），

为电频率，

为1、3、5、7等奇次谐波。这意味着，10KHz的开关频率基波会被这些谐波调制，从而形成复杂的噪声频谱。

电控输出的三相线电压中带有PWM谐波电压，进而产生谐波电流。当这些谐波电流输入电机磁场时，就会引起PWM振动噪音。在全频段内，PWM频段的振动噪声特性尤为突出。

为了优化PWM振动噪声，可以采用随机PWM频率的方法。与固定PWM频率相比，随机PWM使得噪声频率分布更加分散，降低了尖锐度，使声音更加柔和。这种优化方法在实际应用中已得到验证，有效改善了电机运行时的噪声表现。

三、谐波电流注入法：提升转矩品质，降低振动噪声

在电机运行中，转矩脉动是一个不容忽视的问题。它可能由齿槽、反电动势非正弦、相电流畸变以及铁心磁饱和等多种因素引起。特别是5、7次谐波与基波相互作用，会产生6次转矩脉动，这对于4对极电机来说，会引发24阶次的振动噪声，严重影响电机的运行平稳性和噪声水平。

谐波电流注入法是一种有效的解决方案。通过向电机注入特定的谐波电流，可以抵消因上述因素引起的转矩脉动，从而提升转矩品质。这种方法已经在多家整车企业成功实施，并取得了良好的效果。

下图为某车型在采用谐波电流注入法前后的整车测试效果对比：

从表中可以看出，优化后的程序在抑制转矩脉动和降低振动噪声方面表现优异，有效提升了车辆的NVH性能。

总之，电机控制的振动噪声机理分析与优化是提升新能源汽车性能的关键环节。通过阻尼控制技术、PWM振动噪声优化以及谐波电流注入法等多种手段，可以有效解决电机控制带来的振动噪声问题，为消费者带来更加舒适、安静的驾乘体验。未来，随着技术的不断进步，我们有理由相信，电机控制的NVH性能将得到进一步提升，推动新能源汽车产业迈向新的高度。