摘要：為 了 促 進 中 國 汽 車 工 程 學 科 的 發 展，從 汽 車 噪 聲－振 動－聲 振 粗 糙 度 （Ｎｏｉｓｅ，Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ， Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ，ＮＶＨ）控制、汽車電動化與低碳化、汽車電子化、汽車智能化與網聯化以及汽車碰撞安 全技術５個方面，系統梳理了國內外汽車工程領域的學術研究進展、熱點前沿、存在問題、具體對策 及發展前景。汽車 ＮＶＨ 控制方面綜述了從靜音到聲品質、新能源汽車 ＮＶＨ 控制技術、車身與底 盤總成 ＮＶＨ 控制技術、主動振動控制技術等；汽車電動化與低碳化方面綜述了傳統汽車動力總成 節能技術、混合動力電動汽車技術等；汽車電子化方面綜述了汽車發動機電控技術、汽車轉向電控 技術、汽車制動電控技術、汽車懸架電控技術等；汽車智能化與網聯化方面綜述了中美智能網聯汽 車研究概要、複雜交通環境感知、高精度地圖及車輛導航定位、汽車自主決策與軌跡規劃、車輛橫向 控制及縱向動力學控制、智能網聯汽車測試，並給出了先進駕駛輔助系統（ＡＤＡＳ）、車聯網和人機 共駕等典型應用實例解析；汽車碰撞安全技術方面綜述了整車碰撞、乘員保護、行人保護、兒童碰撞 安全與保護、新能源汽車碰撞安全等。該綜述可為汽車工程學科的學術研究提供新的視角和基礎 資料。
索 引
０ 引 言 ……………………………………… （２）
１ 汽車 ＮＶＨ 控制 …………………………… （３）
１．１ 從靜音到聲品質 …………………… （３）
１．２ 新能源汽車 ＮＶＨ 控制技術 ……… （５）
１．３ 車身與底盤總成 ＮＶＨ 控制技術 … （１０）
１．４ 主動振動控制技術………………… （２３）
２ 汽車電動化與低碳化……………………… （２７）
２．１ 傳統汽車動力總成節能技術……… （２８）
２．２ 混合動力電動汽車技術…………… （３１）
２．３ 新能源汽車技術…………………… （３４）
３ 汽車電子化………………………………… （４９）
３．１ 汽車發動機電控技術……………… （４９）
３．２ 汽車轉向電控技術 ……………… （５７）
３．３ 汽車制動電控技術………………… （６３）
３．４ 汽車懸架電控技術………………… （６７）
４ 汽車智能化與網聯化……………………… （６９）
４．１ 國內外智能網聯汽車研究概要…… （６９）
４．２ 複雜交通環境感知………………… （８２）
４．３ 高精度地圖及車輛導航定位……… （９０）
４．４ 汽車自主決策與軌跡規劃………… （９４）
４．５ 車輛橫向控制及縱向動力學控制 … （９６）
４．６ 智能網聯汽車測試 ……………… （１０１）
４．７ 典型應用實例解析 ……………… （１０７）
５ 汽車碰撞安全技術 ……………………… （１２６）
５．１ 整車碰撞 ………………………… （１２６）
５．２ 乘員保護 ………………………… （１３５）
５．３ 行人保護 ………………………… （１３８）
５．４ 兒童碰撞安全與保護 …………… （１４６）
５．５ 新能源汽車碰撞安全 …………… （１５５）
６ 結 語 …………………………………… （１５９）
參考文獻……………………………………… （１６０）
０ 引 言
世界汽車行業為順應現代社會發展要求，正朝 著智能、安全、節能、環保的方向發展，美國、日本及 歐盟等國家和地區的高科技公司、研究機構亦在無 人駕駛、新能 源 領 域 頻 頻 發 力，並 取 得 了 開 創 性 成 果。中國汽車工業經過近６０年的發展，工業總產值 佔全國工業總產值的比重達到４．５％，佔全國 ＧＤＰ 的比重達１．４６％。中國汽車市場目前已是全球最 大單體汽車市場，年產銷量分別佔世界汽車產銷量 的２６．４４％和２６．６２％，但千人汽車保有量僅為世界 平均值的７０％，發展空間較大。“十三五”期間是汽 車工業新的重要發展時期，發展規劃提出的創新、協 調、綠色、開放、共享的發展理念，促使汽車行業發展 趨勢和方向沿著高科技和綠色製造路線前行。在國 家對智能汽車與新能源汽車的支持力度不斷加大， “一帶一路”，“互聯網＋”等新政策、新技術湧現的大 背景下，巨大的市場空間和可預期的經濟收益催生 了大批新技術、新理念。與此同時，汽車工程領域的 相關研究也在不斷深入。然而，迄今為止學術界缺 乏對整個汽車工程領域最新學術研究成果的系統總 結與梳理。
為了促進中國汽車工程學科的發展，充分發揮《中國公路 學 報》在 公 路 交 通 行 業 中 的 學 術 引 領 作 用，本刊編輯部約請了汽車工程領域的專家、學 者 ８０餘人（含２４名研究生），在分析行業發展現狀 和 趨勢的基礎上，圍繞汽車 ＮＶＨ 控制、汽車電動化與 低碳化、汽車電子化、汽車智能化與網聯化以及汽車 碰撞安全技術等五大方面，論述國內外在該領域的 學術研究現狀、熱點及存在問題、具體對策和發展前 景，以期拋磚引玉，為中國汽車工程學科的學術研究 與發展提供參考和借鑑。由於資料、水平有限，時間 倉促，該綜述還不夠系統和完善，對一些問題分析的 深度和廣度還不夠，一些新技術和新應用的效果還 有待時間檢驗，敬請廣大讀者批評指正。
１ 汽車 ＮＶＨ 控制（長安汽車工程研究院龐 劍總工程師統稿）
中 國 汽 車 產 業 已 進 入 內 涵 式 發 展 的 穩 健 增 長 期，車型品質的提升已取代產能的增長成為發展的 主流，這對汽車的噪聲、振 動 與 聲 振 粗 糙 度（Ｎｏｉｓｅ， Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ＆ Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ，ＮＶＨ）提出日益 苛 刻 的 要 求，使得汽車 ＮＶＨ 性能越來越受到重視，成為衡量 汽車品質最重要的指標之一。汽車由多個複雜系統 組成，所有的系統都會帶來 ＮＶＨ 問題，且各個系統 具有其獨特的 ＮＶＨ 特徵。前期汽車 ＮＶＨ 控制主 要集中在發動機、車身等主要系統上，隨著這些主要 系統的 ＮＶＨ 問 題 得 到 解 決，其 他 系 統 的 ＮＶＨ 問 題逐 步 突 顯 而 受 到 了 關 注。當汽車各個系統的 ＮＶＨ 問 題 解 決 後，聲品質以及由此發展出的產品 聲 音 ＤＮＡ 又 成 為 人 們 關 注 的 重 點。本 章 以 汽 車 ＮＶＨ 控制為出發點，總結梳理汽車 ＮＶＨ 控制領域 的研究問題、研究方法和研究成果，提煉汽車 ＮＶＨ 控制的重點和難點 問 題，探 討 汽 車 ＮＶＨ 控 制 領 域 發展方向。分別對聲品質技術、新能源汽車 ＮＶＨ、 車身底盤 ＮＶＨ、制動系和懸架系 ＮＶＨ 以及振動主 動控制進行了綜述總結。
１．１ 從靜 音 到 聲 品 質（重 慶 大 學 賀 巖 松 教 授 提 供 初稿）
隨著汽車車身及底盤技術、汽車發動機技術的 突飛猛進，特別 是 新 能 源 汽 車 的 持 續 推 廣，除 發 動 機噪聲外，其他排氣噪聲、傳動系噪聲、輪胎噪聲、空 氣動力噪聲及車身壁板結構振動輻射噪聲等，對車 輛整體噪聲的貢獻相對增大，使得車輛噪聲控制問 題變得更加複雜。同時，對於使用日益頻繁的交通 工具，人們期望汽車具有更加良好的聲學特性，不僅 能滿足普通噪聲法規的要求，而且具有好的聽覺愉悅性，能夠滿足舒適性不斷提升的需要。由於傳統 的 Ａ 計權聲壓級不能充分反映人們對噪聲的多維 度主觀感覺，因此，過去人們習慣於依據法規對噪聲 能量進行治理的方式受到了嚴峻挑戰，人們更加註 重噪聲對乘坐人員的身心影響及對噪聲影響效果的 全方位主觀評價，突出體現為“從靜音到聲品質”的 變革。同時，車輛常規性能方面的同質化現象越來 越嚴重，車輛噪聲控制水平已成為廠家吸引消費者 的競爭焦點和產品特色賣點，汽車產品基因“ＤＮＡ” 特別是聲學“ＤＮＡ”的理念日趨強化，與之相關的聲 學正向 開 發、聲 學 計 算 機 輔 助 工 程 （ＣＡＥ）模 擬 仿 真、聲學分析測試與評價、聲學新型材料、整車及零 部件聲學樣本庫等成為決定噪聲控制水平及車型開 發成功與否的重要因素［１－３］。
１．１．１ 國內外研究現狀
聲品質是指在特定的技術目標或任務內涵中聲 音的適宜 性，聲 品 質 中 的“聲”是 人 耳 的 聽 覺 感 知， “品質”則是指人耳對聲音事件的聽覺感知過程，並 最終做出的主觀判斷［４］。人是聲品質最終的接受者 和最直接的評價者，聲品質受到聲音固有特性、評價 者的生理、心理等各方面的綜合影響，因此聲品質的 研究是一個綜合多領域的多學科研究。 知名的汽車公司和研發機構通過大力開展汽車 聲品質研究，在聲品質評價的理論基礎、評價流程、 主觀評價方法、心理聲學參數及客觀量化模型等方 面取得了豐碩的理論和應用成果。ＡＶＬ 公 司 較 早 進行發動機相關的聲品質研究，對發動機噪聲評價 指標及主動路徑跟蹤等分析技術有深入探討，曾針 對歐洲乘客研發出一款車內聲品質評價軟件，能繪 製出聲品質 的 評 價 曲 線［５－７］；ＦＥＶ 公 司 主 要 針 對 汽 車動力傳動系統的聲品質問題進行了系列研究，對 目標設定、源路徑貢獻分析、車內噪聲模擬等手段和 方法進行了 研 發［８－１０］；福特公司對汽車聲品質問題 進行了大量、全面的研究［１１－１２］，特別是 Ｏｔｔｏ等［１３］較 早對主觀評審試驗進行了系統總結，對比了成對比 較法、語義細 分 法、等 級 評 分 法 和 簡 單 排 序 法 等 方 法；通用汽車公司對以關門聲為代表的衝擊脈動聲 的聲品質問題及應用進行了重點研究［１４］；豐田公司 則對發動機噪聲品質及其對車內噪聲的影響進行了 多方面的研究［１５－１６］。
在中國，同濟大學、中科院聲學所、吉林大學、重 慶大學等率先在國外聲品質研究成果的基礎上，對 汽車聲品質評價方法、評價指標及應用等方面開展 了系列工作，具體可參考綜述文獻［１７］。隨著自主品牌汽車正向開發能力的提高，汽車生產企業也越 來越重視對聲品質測試與分析能力的建設，並取得 了喜人的進步。近５年來，相關理論研究主要集中 於車內聲品質模糊評價、非平穩聲品質處理、多感官 聲品質綜合評價 及相關的模型建立方法等方 面［１８－２０］。同時對聲品質方法在汽車中的應用進行了 大量實踐，探討了汽車關門聲、排氣噪聲、柴油機噪 聲、電動車噪聲等的聲音品質評價與模型預測問題， 並開展了輪胎花紋、雨刮器、缸蓋罩、齒輪齧合、消聲 器等零部件噪聲的聲品質評價或其對車內聲品質影 響的研究，取得了較為顯著的成果［２１－２４］。
汽車聲品質評價主要包括主觀評審團評價、客 觀心理聲學參數評價及主客觀統一模型綜合評價。
１．１．１．１ 聲品質主觀評價
聲品質主觀評價是以人為主體，通過問卷調查 或評審團評議的形式，運用試驗心理學來研究噪聲 問題，涉及測試對象選擇、噪聲準備、聽測環境和評 價方法等較多因素。國際上常用的方法有成對比較 法、語義細分法、等級評分法、排序法、多維尺度分析 法等，是聲品質研究中的一個重要方面［２５］。
（１）成對比較法（ＰａｉｒＣｏｍｐａｒｉｓｏｎ）是將聲音樣 本成對播放，評價者根據評價任務做出比較評價的 一種相對評價方法。該方法評價的準確性、結果的 合理性都較高，針對評價工作量隨樣本數的平方迅 速增加的問題還提出了改進的分組成對比較法。
（２）語義細 分 法（ＳｅｍａｎｔｉｃＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）是 評 價 者依照一系列意義相反的形容詞對，對聲音樣本進 行等級評價。評價等級一般可以劃分為５級、７級、 ９級等。針對評價者的主觀衡量標尺在評價中不斷 調整，造成結果離散性大、重複性差的缺點，從而提出 了參考語義細分法，其評價結果的準確性明顯提升。
（３）等級 評 分 法（ＲａｔｉｎｇＳｃａｌｅｓ）是 根 據 聲 音 的 某個屬性，評價者要在預先設定的評分範圍內對聽 到的聲音 進 行 評 分。該方法得到的結果為分值形 式，便於對結果進行簡便快捷的分析處理，是一種比 較常用的 方 法。該方法需要對評價者進行一定訓 練，對各評價者之間的相關係數進行數據檢驗。
（４）排序法（ＲａｎｋＯｒｄｅｒ）是評價者根據聲音的 某個屬性，在所有樣本連續播放完後進行排序的方 法，是主觀評價中最簡單的一種方法。該方法只能 對少量的樣本進行評價，適用於快速得到聲音樣本 的簡單比較結果。
１．１．１．２ 聲品質客觀評價
聲品質客觀評價是以聲音的物理參數及心理學客觀參數為基礎，根據聲音的頻率、包絡、調製及調 幅等方面，從物理聲學、心理聲學等方面對噪聲聲品 質進行評價。經過長期的理論和試驗研究，提出了 許多的客觀評價參量，最基本的心理聲學參數如響 度、尖銳度、粗糙度、波動度等，還有語音清晰度、愉 悅度、勁度、響亮度、轟鳴度等。
（１）響度（Ｌｏｕｄｎｅｓｓ）反映人耳對聲音響亮程度 的主觀感受，考慮了人耳的掩蔽特性及雙耳效應，是 聲品質中最早被運用的參數［２６］。定義１ｋＨｚ、４０ｄＢ 的純音具有的響度為１宋（Ｓｏｎｅ）。一般來說，聲音 的響度值越大，對人造成的煩惱程度越嚴重。目前 應用 廣 泛 的 響 度 計 算 模 型 有 ３ 種：Ｓｔｅｖｅｎｓ模 型、 Ｚｗｉｃｋｅｒ模型和 Ｍｏｏｒｅ模型。
（２）尖 銳 度（Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）描 述 聲 音 品 質 評 價 中 的音色特徵，是衡量聲音的尖銳或沉悶程度的心理 聲學參量［２７］。規定中心頻率為１ｋＨｚ、帶寬為１６０ Ｈｚ的６０ｄＢ窄帶噪聲的尖銳度為１ａｃｕｍ。聲音信 號中的高頻成分對尖銳度的貢獻量大，而低頻成分 的貢獻量較小。尖銳度的計算還缺乏統一的國際標 準，常用的有Ｚｗｉｃｋｅｒ模型和 Ａｕｒｅｓ模型。
（３）粗 糙 度 （Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）和 波 動 度 （Ｆｌｕｃｔｕａ－ ｔｉｏｎ）描 述 對 聲 信 號 瞬 時 變 化 在 聽 覺 上 的 不 同 感 受［２８］。隨調製頻率從低頻到高頻的變化，人耳有３ 種不同的感受：波動度、粗糙度及原頻帶、和頻、差頻 等。粗糙度 是 對 噪 聲 信 號 在 時 域 上 幅 值 變 化 的 感 覺，涉及聲信號的調製程度、調製幅度大小和調製頻 率分佈等。６０ｄＢ、１ｋＨｚ的純音經１００％調幅調製、 ７０Ｈｚ調頻調製時的粗糙度為１ａｓｐｅｒ。波 動 度 描 述人耳對緩慢移動調製聲音的感受，反映人耳感受 到聲音的響亮起伏程度，適用於描述２０Ｈｚ以下低 頻調製的聲音信號。聲壓級為６０ｄＢ的１ｋＨｚ純音 經１００％調 幅 調 制、４ Ｈｚ調 頻 調 制 時 的 波 動 度 為 １ｖａｃｉｌ。
１．１．１．３ 聲品質主客觀統一模型
聲品質最終的評判標準是人的聽覺感受，但主 觀評價試驗的一致性和重複性較差，且需要大量的 人力、物力和時間。主客觀統一模型綜合主觀評價 和客觀評價的優點，試圖採用客觀定量的方法來描 述聲品質的主觀評價，實現以心理聲學評價參數為 基礎的能夠客觀衡量的聲品質評價模型。
數理統計方法是最常用的建立主觀與客觀評價 結果映射關 系 的 方 法，通 過 主 成 分 分 析、顯 著 度 分 析，構造多元 線 性 或 非 線 性 回 歸 模 型［２９］；神 經 網 絡 方法因其非線性和自主學習特徵，在建立聲品質主客觀統一模型中也得到了大量應用，但需要面對樣 本數量不夠充分引起的“小樣本難題”［３０］；支持向量 機（ＳＶＭ）方法具有非線性、小樣本及泛化能力強等 特 點，在聲品質研究領域已得到越來越多的應 用［３１］；其他如灰 色 關 聯 度 分 析、粒子群算法等現代 方法也開始在汽車 ＮＶＨ 方面得以嘗試。
１．１．２ 存在的問題
雖然以心理聲學指標、數理統計參數估計方法 及電聲試驗方法為基礎的模型與方法在車輛的噪聲 品質評價與應用等方面已取得了相當進展，但由於 人群主觀因素的複雜性，對車輛噪聲的主觀與客觀 的評價指標參數選擇、主客觀統一描述方法、人群偏 好性特徵等問題卻沒有十分有效的解決辦法，有待 於在多方面加以完善。
（１）心理聲學基本參數的標準化。聲品質客觀 評價方法的基礎是心理聲學參數的合理應用，雖然 國內外對心理聲學參數及建立數學模型的研究已經 發展了較長時間，但是大多心理聲學參數至今還沒 有建立統一的國際標準，且多數僅適用於穩態聲學 信號，亟需更深入的方法性研究。
（２）主客觀模型的非線性映射。建立主觀與客 觀評價結果的映射關係，傳統的方法難以達到理想 效果，基於人工智能的新方法具有非線性、小樣本及 泛化能力強等特點，在汽車聲品質預測模型的應用 方面具有廣闊的前景，但是國內外在該方面還鮮有 報道，需要深入分析該類模型建立的原理和步驟，並 通過仿真及實例驗證。
（３）仿真分析可靠度及置信度。聲品質研究從 雙耳信號採集到效果評價都用到模型仿真，但仿真 模型的可靠度、仿真分析的置信度仍然是應用中必 須關注的重點。因為車輛聲品質需要綜合聲學、振 動、控制及生理、心理等多學科知識，而車輛行駛環 境的隨機性、個人因素的分散性和時間、空間變化都 使得問題變得更加複雜和不確定，對仿真的置信度 構成影響。
（４）聲品質參數的多層目標分解。在整車聲學 品質總體目標確定之後，系統和元件的聲振特性可 採用“自頂向下、層層 分 解”的 方 法 來 確 定，但 如 何 通過上、下層間的有效連接使得到的各層目標滿足 最優化條件仍存在現有方法有效性不足的問題。
（５）新能源汽車聲品質的評價標準問題。目前 國際上對於汽車聲品質的研究仍處於不斷髮展完善 的階段，而新能源汽車因其發展改進步伐較快，各類 車型部件產品的差異性較大，以及由於地域、文化和民族習慣等影響，人們對聲品質的理解不盡相同，難 以形成統一的聲品質評價標準，造成研究及應用的 盲目性較大。
１．１．３ 研究發展趨勢
國內外對汽車聲品質的研究雖已取得了較大的 成果，但與實際大規模廣泛應用的需求還存在相當 大的差距，迫切需要發展有效的建模手段、選擇有效 的分析參量、建立專業的評價流程，並結合當代汽車 電動化、智能化、互聯化、個性化的發展趨勢，在汽車 概念設計、技術設計及改進設計等階段有機地融入 聲品質因素，全面提升車輛聲學舒適性水平。
（１）聲學樣本庫的建立。為了順利地進行從整 車聲品質目標分解為系統及部件級的聲學指標，完 善仿真分析所需的基礎數據，需要建立完備的車輛 聲學樣本庫，以覆蓋包括車型、行駛工況、車內噪聲、 傳遞路徑、主要零部件幾何參數、樣件噪聲測試結果 等多維度的信息。
（２）主動發聲技術。新能源汽車的快速發展及 日益普及，不僅對傳統噪聲控制技術提出了挑戰，同 時更使主動發聲技術成為研究的新熱點，推動著聲 品質目標設定、聲環境認知、聲信號測試、聲學設施 設計與安裝等系列聲學相關領域的發展進步。
（３）聲學虛擬仿真技術。隨著虛擬現實技術的 進步，在設 計 開 發 流 程 中 應 用 車 輛 虛 擬 環 境 技 術， 創新聲學設計開發模式，減少對物理樣車及道路測 試條件的依賴，不僅能顯著縮短設計開發週期，有 效控制開發費用，而且能夠大大增強用戶體驗，提升 產品競爭力。
（４）車輛聲學設計。現代汽車的設計理念，車內 車外的聲學性能不再是結構設計完成後的附屬結 果，通過整車及部件的聲學設計，不僅使產品能夠滿 足用戶的聲學舒適性需求，甚至可以刻畫出品牌的 個性特色。
１．２ 新能源汽車 ＮＶＨ 控制技術
１．２．１ 驅動電機動力總成的 ＮＶＨ 技術（同濟大學 左曙光教授、林福博士生提供初稿）
在新能源汽車中，由於驅動電機的存在，改變了 汽車的 ＮＶＨ 性 能。與傳統發動機噪聲相 比，電 機 噪聲頻率更高，往往處於人對噪聲的敏感頻帶，因此 電機噪聲對整車的乘坐舒適性有重大的影響。電機 噪聲根據其來源一般可分為機械噪聲、電磁噪聲和 氣動噪聲，由於車用驅動電機一般採用水冷，因此氣 動噪聲基本可以忽略，機械噪聲主要來源於軸承、動 不平衡等因素，與一般旋轉機械的機械噪聲研究類似。在電機運行過程中，由電磁力引起的定子振動 而輻射的電磁噪聲往往是電機噪聲的最主要來源， 也是近幾年電機的熱點研究問題之一。
１．２．１．１ 國內外研究現狀
（１）電磁場和電磁力研究
根據麥克斯韋張量方程，電磁力取決於氣隙磁 場，因而氣隙磁場的研究是電磁力研究的出發點。 諸自強等最早研究了永磁電機氣隙磁場，建立 了表貼式永磁電機的瞬態磁場解析計算模型，分永 磁體 磁 密［３２］、電 樞 反 應 磁 密［３３］、定 子 齒 槽 效 應［３４］、 負載下的合 成 氣 隙 磁 密４種 情 況 進 行 分 析［３５］。在 磁場解析模型的基礎上，Ｚｈｕ等［３６］根據麥克斯韋張 量方程推導了徑向電磁力的解析模型，計算結果與 有限元計算結果十分接近，但其提出的磁導模型不 能考慮齒尖處磁密和電磁力的突變。Ｚａｒｋｏ等［３７］建 立了複數比磁導模型，將開槽導致的氣隙磁密畸變 通過磁導實部和虛部考慮在內，該磁導模型能準確 地反映齒間處磁密和電磁力的變化。 對於徑向充磁和平行充磁的瓦片型表貼式永磁 電機，現有的氣隙磁密和電磁力解析計算模型能達 到較高的精度，計算結果可以與有限元結果相媲美。 然而對於內置式永磁電機以及具有一些複雜形狀永 磁體的電機，由於磁路複雜，有限元方法仍然是普遍 採用的方法。
（２）電磁振動和噪聲的多物理場建模
電機的電磁噪聲涉及到多物理場的研究，包括 電路、電磁、振動和聲輻射等，如圖１所示。電機噪 聲的多物理場建模是近年電機噪聲研究的熱點問題 之一，由於模型的複雜性，目前較為精確的方法仍然 是數值方法。
Ｌｉｎ等［３８］首先通過施加脈衝電磁激勵獲取了定 子的模態參數，其次通過振動試驗提取了定子表面一些點的振動，再通過模態擴展方法獲取了整個定 子表面的振動，最後通過邊界元法計算了聲輻射，噪 聲計算結果能夠反映實測噪聲的主要峰值，但該方 法需要事先通過試驗獲取結構表面一些點的振動。 ＤｏｓＳａｎｔｏｓ等［３９］提出了一種多物理場模型來計算 開關磁阻電機的噪聲，該模型藉助二維有限元法計 算電機磁場，並且通過控制電路來仿真電機的電流， 然後通過有限元法計算作用於定子上的電磁力，在 通過模態疊加法計算振動後通過邊界元法計算聲功 率級。Ｔｏｒｒｅｇｒｏｓｓａ等［４０］建立了電機振動的快速計 算方法，首先通過脈衝響應試驗獲取結構的傳遞特 性，再將場重建法計算得到的電磁力加載到齒面中 心處來計算電磁振動，在計算效率上能得到很大的 提高。雖然上述數值模型能夠考慮複雜的結構和邊 界條件，但是在這些模型中存在以下兩方面問題：一 是在振動計算時，將齒面非均勻分佈的電磁力等效 成作用於齒中心的集中力［３９，４０］，忽略了電磁力的空 間分佈特徵；二是在定子建模時，忽略了定子鐵芯的 各向異 性 及 繞 組 的 等 效 建 模［３９－４１］。Ｚｕｏ等［４２］通 過 節點力轉移方法考慮電磁力沿永磁體表面的非均勻 分佈，對 外 轉 子 輪 轂 電 機 的 噪 聲 進 行 了 預 測。Ｌｉｎ 等［４３］通過節點 力 轉 移 方 法 考 慮 了 電 磁 力 沿 齒 表 面 的分佈，並且通過模態試驗識別出定子各向異性材 料參數，提高了該電機振動和噪聲計算的精度，而且 指出常見的集中力加載方式會引起模態頻率附近較 大的計算誤差。Ｌｉｎ等［４４］在準確考慮電磁力空間分 布特徵的基礎上，計算了不同極槽配合電機的噪聲， 以及對加速工況下的電機噪聲和客觀心理聲學指標 進行了預測。
（３）電磁振動和噪聲影響因素分析
車用驅動電機在運行過程中常伴隨著一些非理 想因素（如電流諧波和轉子偏心等），這些因素對電 磁力影響很大，極大地改變了電磁振動和噪聲水平。
電流諧波根據其來源可以分為調製引起的高頻 電流諧波、永磁體磁場非正弦以及死區效應等因素 引起的低階 電 流 諧 波。Ｃａｓｓａｔ等［４５］分 析 了 脈 寬 調 制導致的電流諧波，並且推導了其產生的電磁力階 次，指出調製會以開關頻率的整數倍為中心產生邊 頻電磁噪聲。唐 任 遠 等［４６］分析了變頻器供電對永 磁電機振動噪聲的影響，指出變頻器供電增加了開 關頻率附近的電磁噪聲，總體噪聲也比正弦波電流 下的噪 聲 高 近１０ｄＢ（Ａ）。Ｔｏｒｒｅｇｒｏｓｓａ等［４７］通 過 仿真計算比較了正弦波脈寬調製和空間矢量控制下 的電流諧波特徵，並且對２種調製策略下的電磁振動進行了比較，最終通過優化載波頻率和改進控制 策略，降低目標電機３５％的振動。在低階電流諧波 對振動和噪聲的影響方面，Ｌｉｎ等［４３］指出 低 階 電 流 諧波產生的電磁力頻率特徵與理想正弦波下的電磁 力特徵重合，然而其對振動和噪聲幅值仍有一定的 影響，具體取決於電流諧波對空間最低階電磁力幅 值的影響。
由於製造和安裝誤差以及軸承磨損等因素，轉 子偏心是電機運行過程中常見的故障之一。Ｂｒｏｗｎ 等［４８］指出偏心會產生空間１階電磁力，使得電磁力 沿圓周積分不為０，導致不平衡磁拉力的產生，從而 加劇電機振 動 和 噪 聲。林 福 等［４９］指出轉子發生動 態偏心會引起額外頻率的電磁力成分，進而產生邊 頻噪聲，可以通過該頻率特徵來根據噪聲信號進行 動態 偏 心 診 斷。Ｄｏ－Ｊｉｎ等［５０］通 過 聲 學 邊 界 元 方 法 和試驗分析了靜態偏心對感應電機噪聲的影響，結 果表明當偏心達到０．４５ｍｍ 時，電機總體噪聲上升 超過１０ｄＢ。Ｊｏｖｅｒ等［５１］通過一半 解 析 模 型 分 析 了 偏心對整個轉速運行範圍內電機噪聲的影響，結果 表明，偏心對噪聲的影響主要來源於偏心引起的空 間低階電磁力。
（４）電磁振動和噪聲削弱方法研究 車用驅動電機轉速運行範圍寬，尤其是考慮電 流諧波等非理想因素之後，電磁力階次豐富，很難避 免結構共振，而且大幅改變結構固有特性也需要非 常高的成本。因此，目前的電機減振降噪主要從激 勵源優化角度加以考慮，可以歸為以下幾類：
①優化電磁參數 Ｊａｅ－Ｗｏｏ等［５２］通過試驗發現，３６階電磁激勵是 汽車起動發電機噪聲的主要來源，選取３６階轉矩波 動和電磁力作為優化目標，通過優化轉子參數來降 低３６階激勵，最終通過響應面方法選取最優的轉子 參數，將電機噪聲下降２ｄＢ。Ｊｉｎ等［５３］通 過 試 驗 發 現，１２倍頻電磁力是電機振動和噪聲的主要來源， 而且推導出該電磁力諧波來源於３次磁場諧波，提 出通過在轉子表面開凹槽來削弱這一磁場諧波，該 方法在一定程度能夠降低電磁振動和噪聲，而且能 夠同時削弱 電 機 的 轉 矩 波 動。Ｆａｋａｍ 等［５４］在 建 立 的振動噪聲模型的基礎上，提出了適用於設計階段 的極槽配合選取方法，指出選擇空間階數較大的極 槽配合有利於降低永磁同步電機的振動和噪聲。李 巖等［５５］提出了一種適用於近極槽永磁同步電機振 動和噪聲的削弱方法，該方法通過定子齒削角的方 式來改變各次諧波幅值，並且能夠快速分析不同削角大小下對振動和噪聲貢獻最大的電磁力諧波，從 而降低振動和噪聲峰值。
②控制策略優化 楊浩東等［５６］指 出 對２倍電流頻率振動貢獻最 大的是空間最低階電磁力，提出注入補償電流來削 弱該階電磁力幅值，該方法能夠有效地削弱分數槽 集中繞組電 機２倍電流頻率處的振動。Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ 等［５７］針對無位置傳感器永磁同步電機的注入電壓、 噪聲和位置檢測精度之間的關係進行了研究，結果 表明隨著注入電壓的增大，低速噪聲也逐漸增加；為 了同時保證位置估計精度以及削弱噪聲，提出了一 種新的電壓注入策略，即在穩定轉速下保持較低的 電壓，轉速瞬態變化時 保持較高的電壓。Ｒｕｉｚ－ Ｇｏｎｚａｌｅｚ等［５８］提出了一種新的控制策略來減少感 應電機脈寬調製產生的電磁噪聲，該策略採用一種 正弦規律變化的載波頻率來削弱電磁噪聲並且減小 電流諧波畸變率。該方法的優點在於通過只改變一 個控制參數來改變電流頻譜，而且在避免結構共振 的同時保證一個電週期內的載波數不變。Ｔｓｏｕｍａｓ 等［５９］通過試驗分析發現，隨機開關頻率空間矢量調 制可以使得電流諧波能量分散，但有可能惡化模態 頻率附近的噪聲。而離線調製策略不僅能使能量分 散，而且能夠降低電流諧波幅值，使得結構模態頻率 附近的電流諧波能量降低，從而減小總體噪聲。
未完...
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