随着新能源汽车技术的发展，电机转速的不断提高，减速器齿轮副在电机不同转速及转矩工况下的噪声、振动与声振粗糙度（NVH）问题越发突出。为此，针对纯电动汽车在加速、滑行工况遇到的啸叫问题，结合常用转速和转矩工况，进行测试分析，并对齿轮进行修形；最后通过实车噪音测试及对比试验，确认修形参数。结果表明，通过调整齿宽和螺旋角，将重合度从4.140提升到4.449；通过对齿形鼓形量、齿向鼓形量、齿向斜率三个重要因素的调整，对加速、滑行工况在问题转速段的噪音优化5～10dB(A)，明显改善整车NVH性能。
随着纯电动汽车市场占有率的不断攀升，纯电动汽车在研发和市场使用也出现了一些影响驾乘感受的共性问题。其中，整车噪声、振动与声振粗糙度（Noise,Vibration,Harshness,NVH）问题是较为突出的问题之一，电动汽车的NVH问题愈发引起行业人士及用户群体的关注与重视。纯电动汽车的NVH问题是系统工程，电驱动总成（含电机控制器、减速器）因高转速和极快的扭矩响应，产生的振动及啸叫问题，结合电机控制器带来的电磁噪音，给用户带来不太好的驾乘感受。基于此，针对电驱总成核心部件减速器领域的NVH问题，众多学者和技术同行从不同角度进行了研究分析和优化处理。潘晓东等从齿轮精度、固有模态、传递误差等方面研究了宏观参数和微观修形对减速器NVH的影响。于子强等从齿轮传递误差研究了减速器的NVH优化方向。李沁逸等从减速器NVH仿真方向重点对接触斑、传递误差、轴承座动刚度、模态进行研究，并结合仿真优化方向进行实物验证测试。赵旻等提出了一种对角修形近似替代法，对新能源汽车减速器进行修形，可以明显降低齿面单位长度载荷，从而减小传递误差，使减速器NVH性能得到改善。高海龙等从传递误差、重合度和微观参数设计优化对齿轮NVH性能改善进行了研究。何建伟等研究了重合度的参数变化对变速器啸叫的影响，并进行了实测对比。
综上，齿轮副的设计及参数的优化是提升减速器NVH性能的途径之一，本文结合实际车型遇到的减速器啸叫问题，对减速器齿轮参数的调整，较大程度解决了用户抱怨，且对问题的解决及整车NVH性能的优化提升具有较大指导意义。
某车型出现NVH问题抱怨如下：①加速工况0－50km/h啸叫明显；②滑行工况70－50km/h左右啸叫明显，40－10km/h啸叫明显。该车型参数如表1所示，电机参数如表2所示，减速器参数如表3所示。
表1 整车基本参数
表2 电机基本参数
表3 减速器基本参数
根据整车NVH抱怨点，对实车布置传感器展开测试，并对测试数据进行分析，如图1、图2所示。针对测试数据分析，节气门全开（Wide Open Throttle,WOT）工况下，对比20/24/40/48阶次，切片分析，20阶次特征在2000～2500r/min驾驶员耳旁音达48dB(A)左右；3000～6000r/min平均达45dB(A)。滑行工况下，对比20/24/40/48阶次切片分析，20阶次特征在7000～5500r/min，驾驶员耳旁音达45dB(A)左右；4000～2500r/min最高达48dB(A)。综上分析，减速器齿轮20阶次是该车型啸叫的突出问题点。
图1 加速工况数据分析
图2 滑行工况数据分析
结合当前实际情况及减速器整体设计方案，制定优化方案如下。
针对当前设计参数，在满足壳体强度及齿轮、轴承耐久及改动范围小的前提下，通过调整齿宽、螺旋角，一级齿轮组总重合度提升到4.449。具体调整参数如表4所示。
表4 重合度提升
重合度提升后，微观参数上也同步做调整，以保证齿轮啮合点尽量居中，减小齿轮副的传递误差，从而减小振动，改善减速器在加速滑行过程中的NVH性能。由于一级齿轮组的螺旋角、齿宽的调整，进而配合齿形鼓形量与齿向鼓形量的优化，进一步地改善性能。
1）齿形鼓形，可以通过此参数调整来改变因齿轮挤压变形所导致上下啮合点位置改变的情况。
2）齿向鼓形，可以通过此参数调整来改变因齿轮截面挤压变形所导致左右啮合点位置改变的情况。
3）齿向斜率，调整倾斜偏差改变因轮齿弯曲变形导致的齿轮啮合点位置改变的情况。
结合测试，需对加速工况扭矩范围80～110Nm，滑行工况扭矩范围-10～-40Nm进行修形。根据经验，齿轮修形方案在加速工况大扭矩段，应该加大鼓形和斜率。滑行工况在小扭矩段，应该减小鼓形和斜率，并依据基础方案调整2～4μm的修形量，如表5所示。
表5 鼓形量调整
图3分析，新方案的传递误差整体呈下降趋势，加速工况在WOT工况问题扭矩80～110Nm范围，比原方案降低0.052～0.126μm。对比图4分析，新滑行工况，在常用扭矩-40～-10Nm，比原方案降低0.042～0.052μm。
按上述修形参数对齿轮进行修形，同时利用仿真软件进行仿真分析，结果如图3、图4所示。
图3 驱动传递误差仿真
图4 滑行传递误差仿真
综上，我们认为新方案提升重合度和鼓形量调整后，对NVH效果改善会有明显效果。
对照加速工况油门踏板请求扭矩Map表，利用仿真软件对驱动工况进行接触斑仿真，具体结果如图5所示。
通过仿真，驱动工况为88、99、110Nm三个扭矩段接触斑位置居中，且无局部应力集中，仿真通过。对照滑行工况的扭矩请求Map，滑行工况接触斑仿真如图6所示。
图 6 滑行工况接触斑仿真
通过仿真，滑行工况驱动工况-11、-22、-33、 -44Nm四个扭矩段接触斑位置居中，且无局部应力集中，仿真通过。
通过对接触强度和弯曲强度仿真，对比新方案齿轮承载能力。
表 6 齿轮强度仿真
接触齿轮疲劳安全系数>1，弯曲疲劳安全系数>1.2，且均有提升；综合仿真，新方案齿轮强度满足设计要求。
方案调整后，接触斑试验结果如图7所示。一级齿轮接触点居中，无偏载情况，符合设计预期。
图7 接触斑试验
台架EOL设备对减速器20阶次振动值进行监测，具体结果如图8所示。
图8 EOL台架振动值对比
通过对比台架EOL振动值，原方案20阶次振动幅值，平均约为0.18g/s2，最大为0.21g/s2；优化后，监控150台测试值，平均约为0.1g/s2，最大为0.12 g/s2。
新方案样件完成后，进行实车主观评价及客观测试。主观感受：①加速工况在0－50km/h啸叫改善明显；②滑行工况，三级能量回收，70－50km/h、40－10km/h啸叫改善明显，仅有轻微啸叫。综合评价认为，改善前主观评价为6分，改善后为6.5分，达到改善预期。由加速工况对比分析（见图9）可知，在0－50km/h，新方案比原方案20阶次噪音下降5dB(A)，其倍频40阶下降15dB(A)，与主观感受一致。由滑行工况对比分析（见图10）可知，①70－50km/h，减速器20阶次噪音下降10dB(A)，其倍频40阶下降15dB(A)；②40－10km/h，下降5dB(A)，20阶次噪音整体<35dB(A)，其倍频40阶整体下降到20dB(A)以内，与主观感受一致。
图9 加速工况测试数据
图10 滑行工况测试数据
结合整车主观感受、客观数据测试及台架EOL监控数据分析，新方案提升重合度+鼓形量调整优化，解决了实车加速和滑行工况的啸叫问题，整体噪音也符合期望值。
本文针对某车型遇到的整车NVH问题，定位为减速器20阶，并制定优化方案。通过仿真分析及实物测试，得出如下结论：
1）通过加齿宽和调整螺旋角，可以在一定程度上提升齿轮啮合重合度，改善加速大扭矩工况齿轮的啮合变形。实车0－50km/h转速段，噪音较原方案降低约5～10dB(A)，说明重合度提升对减速器加速噪音优化有明显作用。
2）通过优化齿形鼓形量、齿向鼓形量及齿向斜率三个关键参数，减小传递误差，对滑行工况的改善最高达10dB(A)，整体趋势线下降5dB(A)左右。
3）结合实车客观测试数据和EOL设备，振动值明显改善，与主观感受一致，达到噪音优化的期望目标。
