摘要：为 了 促 进 中 国 汽 车 工 程 学 科 的 发 展，从 汽 车 噪 声－振 动－声 振 粗 糙 度 （Ｎｏｉｓｅ，Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ， Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ，ＮＶＨ）控制、汽车电动化与低碳化、汽车电子化、汽车智能化与网联化以及汽车碰撞安 全技术５个方面，系统梳理了国内外汽车工程领域的学术研究进展、热点前沿、存在问题、具体对策 及发展前景。汽车 ＮＶＨ 控制方面综述了从静音到声品质、新能源汽车 ＮＶＨ 控制技术、车身与底 盘总成 ＮＶＨ 控制技术、主动振动控制技术等；汽车电动化与低碳化方面综述了传统汽车动力总成 节能技术、混合动力电动汽车技术等；汽车电子化方面综述了汽车发动机电控技术、汽车转向电控 技术、汽车制动电控技术、汽车悬架电控技术等；汽车智能化与网联化方面综述了中美智能网联汽 车研究概要、复杂交通环境感知、高精度地图及车辆导航定位、汽车自主决策与轨迹规划、车辆横向 控制及纵向动力学控制、智能网联汽车测试，并给出了先进驾驶辅助系统（ＡＤＡＳ）、车联网和人机 共驾等典型应用实例解析；汽车碰撞安全技术方面综述了整车碰撞、乘员保护、行人保护、儿童碰撞 安全与保护、新能源汽车碰撞安全等。该综述可为汽车工程学科的学术研究提供新的视角和基础 资料。
索 引
０ 引 言 ……………………………………… （２）
１ 汽车 ＮＶＨ 控制 …………………………… （３）
１．１ 从静音到声品质 …………………… （３）
１．２ 新能源汽车 ＮＶＨ 控制技术 ……… （５）
１．３ 车身与底盘总成 ＮＶＨ 控制技术 … （１０）
１．４ 主动振动控制技术………………… （２３）
２ 汽车电动化与低碳化……………………… （２７）
２．１ 传统汽车动力总成节能技术……… （２８）
２．２ 混合动力电动汽车技术…………… （３１）
２．３ 新能源汽车技术…………………… （３４）
３ 汽车电子化………………………………… （４９）
３．１ 汽车发动机电控技术……………… （４９）
３．２ 汽车转向电控技术 ……………… （５７）
３．３ 汽车制动电控技术………………… （６３）
３．４ 汽车悬架电控技术………………… （６７）
４ 汽车智能化与网联化……………………… （６９）
４．１ 国内外智能网联汽车研究概要…… （６９）
４．２ 复杂交通环境感知………………… （８２）
４．３ 高精度地图及车辆导航定位……… （９０）
４．４ 汽车自主决策与轨迹规划………… （９４）
４．５ 车辆横向控制及纵向动力学控制 … （９６）
４．６ 智能网联汽车测试 ……………… （１０１）
４．７ 典型应用实例解析 ……………… （１０７）
５ 汽车碰撞安全技术 ……………………… （１２６）
５．１ 整车碰撞 ………………………… （１２６）
５．２ 乘员保护 ………………………… （１３５）
５．３ 行人保护 ………………………… （１３８）
５．４ 儿童碰撞安全与保护 …………… （１４６）
５．５ 新能源汽车碰撞安全 …………… （１５５）
６ 结 语 …………………………………… （１５９）
参考文献……………………………………… （１６０）
０ 引 言
世界汽车行业为顺应现代社会发展要求，正朝 着智能、安全、节能、环保的方向发展，美国、日本及 欧盟等国家和地区的高科技公司、研究机构亦在无 人驾驶、新能 源 领 域 频 频 发 力，并 取 得 了 开 创 性 成 果。中国汽车工业经过近６０年的发展，工业总产值 占全国工业总产值的比重达到４．５％，占全国 ＧＤＰ 的比重达１．４６％。中国汽车市场目前已是全球最 大单体汽车市场，年产销量分别占世界汽车产销量 的２６．４４％和２６．６２％，但千人汽车保有量仅为世界 平均值的７０％，发展空间较大。“十三五”期间是汽 车工业新的重要发展时期，发展规划提出的创新、协 调、绿色、开放、共享的发展理念，促使汽车行业发展 趋势和方向沿着高科技和绿色制造路线前行。在国 家对智能汽车与新能源汽车的支持力度不断加大， “一带一路”，“互联网＋”等新政策、新技术涌现的大 背景下，巨大的市场空间和可预期的经济收益催生 了大批新技术、新理念。与此同时，汽车工程领域的 相关研究也在不断深入。然而，迄今为止学术界缺 乏对整个汽车工程领域最新学术研究成果的系统总 结与梳理。
为了促进中国汽车工程学科的发展，充分发挥《中国公路 学 报》在 公 路 交 通 行 业 中 的 学 术 引 领 作 用，本刊编辑部约请了汽车工程领域的专家、学 者 ８０余人（含２４名研究生），在分析行业发展现状 和 趋势的基础上，围绕汽车 ＮＶＨ 控制、汽车电动化与 低碳化、汽车电子化、汽车智能化与网联化以及汽车 碰撞安全技术等五大方面，论述国内外在该领域的 学术研究现状、热点及存在问题、具体对策和发展前 景，以期抛砖引玉，为中国汽车工程学科的学术研究 与发展提供参考和借鉴。由于资料、水平有限，时间 仓促，该综述还不够系统和完善，对一些问题分析的 深度和广度还不够，一些新技术和新应用的效果还 有待时间检验，敬请广大读者批评指正。
１ 汽车 ＮＶＨ 控制（长安汽车工程研究院庞 剑总工程师统稿）
中 国 汽 车 产 业 已 进 入 内 涵 式 发 展 的 稳 健 增 长 期，车型品质的提升已取代产能的增长成为发展的 主流，这对汽车的噪声、振 动 与 声 振 粗 糙 度（Ｎｏｉｓｅ， Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ＆ Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ，ＮＶＨ）提出日益 苛 刻 的 要 求，使得汽车 ＮＶＨ 性能越来越受到重视，成为衡量 汽车品质最重要的指标之一。汽车由多个复杂系统 组成，所有的系统都会带来 ＮＶＨ 问题，且各个系统 具有其独特的 ＮＶＨ 特征。前期汽车 ＮＶＨ 控制主 要集中在发动机、车身等主要系统上，随着这些主要 系统的 ＮＶＨ 问 题 得 到 解 决，其 他 系 统 的 ＮＶＨ 问 题逐 步 突 显 而 受 到 了 关 注。当汽车各个系统的 ＮＶＨ 问 题 解 决 后，声品质以及由此发展出的产品 声 音 ＤＮＡ 又 成 为 人 们 关 注 的 重 点。本 章 以 汽 车 ＮＶＨ 控制为出发点，总结梳理汽车 ＮＶＨ 控制领域 的研究问题、研究方法和研究成果，提炼汽车 ＮＶＨ 控制的重点和难点 问 题，探 讨 汽 车 ＮＶＨ 控 制 领 域 发展方向。分别对声品质技术、新能源汽车 ＮＶＨ、 车身底盘 ＮＶＨ、制动系和悬架系 ＮＶＨ 以及振动主 动控制进行了综述总结。
１．１ 从静 音 到 声 品 质（重 庆 大 学 贺 岩 松 教 授 提 供 初稿）
随着汽车车身及底盘技术、汽车发动机技术的 突飞猛进，特别 是 新 能 源 汽 车 的 持 续 推 广，除 发 动 机噪声外，其他排气噪声、传动系噪声、轮胎噪声、空 气动力噪声及车身壁板结构振动辐射噪声等，对车 辆整体噪声的贡献相对增大，使得车辆噪声控制问 题变得更加复杂。同时，对于使用日益频繁的交通 工具，人们期望汽车具有更加良好的声学特性，不仅 能满足普通噪声法规的要求，而且具有好的听觉愉悦性，能够满足舒适性不断提升的需要。由于传统 的 Ａ 计权声压级不能充分反映人们对噪声的多维 度主观感觉，因此，过去人们习惯于依据法规对噪声 能量进行治理的方式受到了严峻挑战，人们更加注 重噪声对乘坐人员的身心影响及对噪声影响效果的 全方位主观评价，突出体现为“从静音到声品质”的 变革。同时，车辆常规性能方面的同质化现象越来 越严重，车辆噪声控制水平已成为厂家吸引消费者 的竞争焦点和产品特色卖点，汽车产品基因“ＤＮＡ” 特别是声学“ＤＮＡ”的理念日趋强化，与之相关的声 学正向 开 发、声 学 计 算 机 辅 助 工 程 （ＣＡＥ）模 拟 仿 真、声学分析测试与评价、声学新型材料、整车及零 部件声学样本库等成为决定噪声控制水平及车型开 发成功与否的重要因素［１－３］。
１．１．１ 国内外研究现状
声品质是指在特定的技术目标或任务内涵中声 音的适宜 性，声 品 质 中 的“声”是 人 耳 的 听 觉 感 知， “品质”则是指人耳对声音事件的听觉感知过程，并 最终做出的主观判断［４］。人是声品质最终的接受者 和最直接的评价者，声品质受到声音固有特性、评价 者的生理、心理等各方面的综合影响，因此声品质的 研究是一个综合多领域的多学科研究。 知名的汽车公司和研发机构通过大力开展汽车 声品质研究，在声品质评价的理论基础、评价流程、 主观评价方法、心理声学参数及客观量化模型等方 面取得了丰硕的理论和应用成果。ＡＶＬ 公 司 较 早 进行发动机相关的声品质研究，对发动机噪声评价 指标及主动路径跟踪等分析技术有深入探讨，曾针 对欧洲乘客研发出一款车内声品质评价软件，能绘 制出声品质 的 评 价 曲 线［５－７］；ＦＥＶ 公 司 主 要 针 对 汽 车动力传动系统的声品质问题进行了系列研究，对 目标设定、源路径贡献分析、车内噪声模拟等手段和 方法进行了 研 发［８－１０］；福特公司对汽车声品质问题 进行了大量、全面的研究［１１－１２］，特别是 Ｏｔｔｏ等［１３］较 早对主观评审试验进行了系统总结，对比了成对比 较法、语义细 分 法、等 级 评 分 法 和 简 单 排 序 法 等 方 法；通用汽车公司对以关门声为代表的冲击脉动声 的声品质问题及应用进行了重点研究［１４］；丰田公司 则对发动机噪声品质及其对车内噪声的影响进行了 多方面的研究［１５－１６］。
在中国，同济大学、中科院声学所、吉林大学、重 庆大学等率先在国外声品质研究成果的基础上，对 汽车声品质评价方法、评价指标及应用等方面开展 了系列工作，具体可参考综述文献［１７］。随着自主品牌汽车正向开发能力的提高，汽车生产企业也越 来越重视对声品质测试与分析能力的建设，并取得 了喜人的进步。近５年来，相关理论研究主要集中 于车内声品质模糊评价、非平稳声品质处理、多感官 声品质综合评价 及相关的模型建立方法等方 面［１８－２０］。同时对声品质方法在汽车中的应用进行了 大量实践，探讨了汽车关门声、排气噪声、柴油机噪 声、电动车噪声等的声音品质评价与模型预测问题， 并开展了轮胎花纹、雨刮器、缸盖罩、齿轮啮合、消声 器等零部件噪声的声品质评价或其对车内声品质影 响的研究，取得了较为显著的成果［２１－２４］。
汽车声品质评价主要包括主观评审团评价、客 观心理声学参数评价及主客观统一模型综合评价。
１．１．１．１ 声品质主观评价
声品质主观评价是以人为主体，通过问卷调查 或评审团评议的形式，运用试验心理学来研究噪声 问题，涉及测试对象选择、噪声准备、听测环境和评 价方法等较多因素。国际上常用的方法有成对比较 法、语义细分法、等级评分法、排序法、多维尺度分析 法等，是声品质研究中的一个重要方面［２５］。
（１）成对比较法（ＰａｉｒＣｏｍｐａｒｉｓｏｎ）是将声音样 本成对播放，评价者根据评价任务做出比较评价的 一种相对评价方法。该方法评价的准确性、结果的 合理性都较高，针对评价工作量随样本数的平方迅 速增加的问题还提出了改进的分组成对比较法。
（２）语义细 分 法（ＳｅｍａｎｔｉｃＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）是 评 价 者依照一系列意义相反的形容词对，对声音样本进 行等级评价。评价等级一般可以划分为５级、７级、 ９级等。针对评价者的主观衡量标尺在评价中不断 调整，造成结果离散性大、重复性差的缺点，从而提出 了参考语义细分法，其评价结果的准确性明显提升。
（３）等级 评 分 法（ＲａｔｉｎｇＳｃａｌｅｓ）是 根 据 声 音 的 某个属性，评价者要在预先设定的评分范围内对听 到的声音 进 行 评 分。该方法得到的结果为分值形 式，便于对结果进行简便快捷的分析处理，是一种比 较常用的 方 法。该方法需要对评价者进行一定训 练，对各评价者之间的相关系数进行数据检验。
（４）排序法（ＲａｎｋＯｒｄｅｒ）是评价者根据声音的 某个属性，在所有样本连续播放完后进行排序的方 法，是主观评价中最简单的一种方法。该方法只能 对少量的样本进行评价，适用于快速得到声音样本 的简单比较结果。
１．１．１．２ 声品质客观评价
声品质客观评价是以声音的物理参数及心理学客观参数为基础，根据声音的频率、包络、调制及调 幅等方面，从物理声学、心理声学等方面对噪声声品 质进行评价。经过长期的理论和试验研究，提出了 许多的客观评价参量，最基本的心理声学参数如响 度、尖锐度、粗糙度、波动度等，还有语音清晰度、愉 悦度、劲度、响亮度、轰鸣度等。
（１）响度（Ｌｏｕｄｎｅｓｓ）反映人耳对声音响亮程度 的主观感受，考虑了人耳的掩蔽特性及双耳效应，是 声品质中最早被运用的参数［２６］。定义１ｋＨｚ、４０ｄＢ 的纯音具有的响度为１宋（Ｓｏｎｅ）。一般来说，声音 的响度值越大，对人造成的烦恼程度越严重。目前 应用 广 泛 的 响 度 计 算 模 型 有 ３ 种：Ｓｔｅｖｅｎｓ模 型、 Ｚｗｉｃｋｅｒ模型和 Ｍｏｏｒｅ模型。
（２）尖 锐 度（Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）描 述 声 音 品 质 评 价 中 的音色特征，是衡量声音的尖锐或沉闷程度的心理 声学参量［２７］。规定中心频率为１ｋＨｚ、带宽为１６０ Ｈｚ的６０ｄＢ窄带噪声的尖锐度为１ａｃｕｍ。声音信 号中的高频成分对尖锐度的贡献量大，而低频成分 的贡献量较小。尖锐度的计算还缺乏统一的国际标 准，常用的有Ｚｗｉｃｋｅｒ模型和 Ａｕｒｅｓ模型。
（３）粗 糙 度 （Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）和 波 动 度 （Ｆｌｕｃｔｕａ－ ｔｉｏｎ）描 述 对 声 信 号 瞬 时 变 化 在 听 觉 上 的 不 同 感 受［２８］。随调制频率从低频到高频的变化，人耳有３ 种不同的感受：波动度、粗糙度及原频带、和频、差频 等。粗糙度 是 对 噪 声 信 号 在 时 域 上 幅 值 变 化 的 感 觉，涉及声信号的调制程度、调制幅度大小和调制频 率分布等。６０ｄＢ、１ｋＨｚ的纯音经１００％调幅调制、 ７０Ｈｚ调频调制时的粗糙度为１ａｓｐｅｒ。波 动 度 描 述人耳对缓慢移动调制声音的感受，反映人耳感受 到声音的响亮起伏程度，适用于描述２０Ｈｚ以下低 频调制的声音信号。声压级为６０ｄＢ的１ｋＨｚ纯音 经１００％调 幅 调 制、４ Ｈｚ调 频 调 制 时 的 波 动 度 为 １ｖａｃｉｌ。
１．１．１．３ 声品质主客观统一模型
声品质最终的评判标准是人的听觉感受，但主 观评价试验的一致性和重复性较差，且需要大量的 人力、物力和时间。主客观统一模型综合主观评价 和客观评价的优点，试图采用客观定量的方法来描 述声品质的主观评价，实现以心理声学评价参数为 基础的能够客观衡量的声品质评价模型。
数理统计方法是最常用的建立主观与客观评价 结果映射关 系 的 方 法，通 过 主 成 分 分 析、显 著 度 分 析，构造多元 线 性 或 非 线 性 回 归 模 型［２９］；神 经 网 络 方法因其非线性和自主学习特征，在建立声品质主客观统一模型中也得到了大量应用，但需要面对样 本数量不够充分引起的“小样本难题”［３０］；支持向量 机（ＳＶＭ）方法具有非线性、小样本及泛化能力强等 特 点，在声品质研究领域已得到越来越多的应 用［３１］；其他如灰 色 关 联 度 分 析、粒子群算法等现代 方法也开始在汽车 ＮＶＨ 方面得以尝试。
１．１．２ 存在的问题
虽然以心理声学指标、数理统计参数估计方法 及电声试验方法为基础的模型与方法在车辆的噪声 品质评价与应用等方面已取得了相当进展，但由于 人群主观因素的复杂性，对车辆噪声的主观与客观 的评价指标参数选择、主客观统一描述方法、人群偏 好性特征等问题却没有十分有效的解决办法，有待 于在多方面加以完善。
（１）心理声学基本参数的标准化。声品质客观 评价方法的基础是心理声学参数的合理应用，虽然 国内外对心理声学参数及建立数学模型的研究已经 发展了较长时间，但是大多心理声学参数至今还没 有建立统一的国际标准，且多数仅适用于稳态声学 信号，亟需更深入的方法性研究。
（２）主客观模型的非线性映射。建立主观与客 观评价结果的映射关系，传统的方法难以达到理想 效果，基于人工智能的新方法具有非线性、小样本及 泛化能力强等特点，在汽车声品质预测模型的应用 方面具有广阔的前景，但是国内外在该方面还鲜有 报道，需要深入分析该类模型建立的原理和步骤，并 通过仿真及实例验证。
（３）仿真分析可靠度及置信度。声品质研究从 双耳信号采集到效果评价都用到模型仿真，但仿真 模型的可靠度、仿真分析的置信度仍然是应用中必 须关注的重点。因为车辆声品质需要综合声学、振 动、控制及生理、心理等多学科知识，而车辆行驶环 境的随机性、个人因素的分散性和时间、空间变化都 使得问题变得更加复杂和不确定，对仿真的置信度 构成影响。
（４）声品质参数的多层目标分解。在整车声学 品质总体目标确定之后，系统和元件的声振特性可 采用“自顶向下、层层 分 解”的 方 法 来 确 定，但 如 何 通过上、下层间的有效连接使得到的各层目标满足 最优化条件仍存在现有方法有效性不足的问题。
（５）新能源汽车声品质的评价标准问题。目前 国际上对于汽车声品质的研究仍处于不断发展完善 的阶段，而新能源汽车因其发展改进步伐较快，各类 车型部件产品的差异性较大，以及由于地域、文化和民族习惯等影响，人们对声品质的理解不尽相同，难 以形成统一的声品质评价标准，造成研究及应用的 盲目性较大。
１．１．３ 研究发展趋势
国内外对汽车声品质的研究虽已取得了较大的 成果，但与实际大规模广泛应用的需求还存在相当 大的差距，迫切需要发展有效的建模手段、选择有效 的分析参量、建立专业的评价流程，并结合当代汽车 电动化、智能化、互联化、个性化的发展趋势，在汽车 概念设计、技术设计及改进设计等阶段有机地融入 声品质因素，全面提升车辆声学舒适性水平。
（１）声学样本库的建立。为了顺利地进行从整 车声品质目标分解为系统及部件级的声学指标，完 善仿真分析所需的基础数据，需要建立完备的车辆 声学样本库，以覆盖包括车型、行驶工况、车内噪声、 传递路径、主要零部件几何参数、样件噪声测试结果 等多维度的信息。
（２）主动发声技术。新能源汽车的快速发展及 日益普及，不仅对传统噪声控制技术提出了挑战，同 时更使主动发声技术成为研究的新热点，推动着声 品质目标设定、声环境认知、声信号测试、声学设施 设计与安装等系列声学相关领域的发展进步。
（３）声学虚拟仿真技术。随着虚拟现实技术的 进步，在设 计 开 发 流 程 中 应 用 车 辆 虚 拟 环 境 技 术， 创新声学设计开发模式，减少对物理样车及道路测 试条件的依赖，不仅能显著缩短设计开发周期，有 效控制开发费用，而且能够大大增强用户体验，提升 产品竞争力。
（４）车辆声学设计。现代汽车的设计理念，车内 车外的声学性能不再是结构设计完成后的附属结 果，通过整车及部件的声学设计，不仅使产品能够满 足用户的声学舒适性需求，甚至可以刻画出品牌的 个性特色。
１．２ 新能源汽车 ＮＶＨ 控制技术
１．２．１ 驱动电机动力总成的 ＮＶＨ 技术（同济大学 左曙光教授、林福博士生提供初稿）
在新能源汽车中，由于驱动电机的存在，改变了 汽车的 ＮＶＨ 性 能。与传统发动机噪声相 比，电 机 噪声频率更高，往往处于人对噪声的敏感频带，因此 电机噪声对整车的乘坐舒适性有重大的影响。电机 噪声根据其来源一般可分为机械噪声、电磁噪声和 气动噪声，由于车用驱动电机一般采用水冷，因此气 动噪声基本可以忽略，机械噪声主要来源于轴承、动 不平衡等因素，与一般旋转机械的机械噪声研究类似。在电机运行过程中，由电磁力引起的定子振动 而辐射的电磁噪声往往是电机噪声的最主要来源， 也是近几年电机的热点研究问题之一。
１．２．１．１ 国内外研究现状
（１）电磁场和电磁力研究
根据麦克斯韦张量方程，电磁力取决于气隙磁 场，因而气隙磁场的研究是电磁力研究的出发点。 诸自强等最早研究了永磁电机气隙磁场，建立 了表贴式永磁电机的瞬态磁场解析计算模型，分永 磁体 磁 密［３２］、电 枢 反 应 磁 密［３３］、定 子 齿 槽 效 应［３４］、 负载下的合 成 气 隙 磁 密４种 情 况 进 行 分 析［３５］。在 磁场解析模型的基础上，Ｚｈｕ等［３６］根据麦克斯韦张 量方程推导了径向电磁力的解析模型，计算结果与 有限元计算结果十分接近，但其提出的磁导模型不 能考虑齿尖处磁密和电磁力的突变。Ｚａｒｋｏ等［３７］建 立了复数比磁导模型，将开槽导致的气隙磁密畸变 通过磁导实部和虚部考虑在内，该磁导模型能准确 地反映齿间处磁密和电磁力的变化。 对于径向充磁和平行充磁的瓦片型表贴式永磁 电机，现有的气隙磁密和电磁力解析计算模型能达 到较高的精度，计算结果可以与有限元结果相媲美。 然而对于内置式永磁电机以及具有一些复杂形状永 磁体的电机，由于磁路复杂，有限元方法仍然是普遍 采用的方法。
（２）电磁振动和噪声的多物理场建模
电机的电磁噪声涉及到多物理场的研究，包括 电路、电磁、振动和声辐射等，如图１所示。电机噪 声的多物理场建模是近年电机噪声研究的热点问题 之一，由于模型的复杂性，目前较为精确的方法仍然 是数值方法。
Ｌｉｎ等［３８］首先通过施加脉冲电磁激励获取了定 子的模态参数，其次通过振动试验提取了定子表面一些点的振动，再通过模态扩展方法获取了整个定 子表面的振动，最后通过边界元法计算了声辐射，噪 声计算结果能够反映实测噪声的主要峰值，但该方 法需要事先通过试验获取结构表面一些点的振动。 ＤｏｓＳａｎｔｏｓ等［３９］提出了一种多物理场模型来计算 开关磁阻电机的噪声，该模型借助二维有限元法计 算电机磁场，并且通过控制电路来仿真电机的电流， 然后通过有限元法计算作用于定子上的电磁力，在 通过模态叠加法计算振动后通过边界元法计算声功 率级。Ｔｏｒｒｅｇｒｏｓｓａ等［４０］建立了电机振动的快速计 算方法，首先通过脉冲响应试验获取结构的传递特 性，再将场重建法计算得到的电磁力加载到齿面中 心处来计算电磁振动，在计算效率上能得到很大的 提高。虽然上述数值模型能够考虑复杂的结构和边 界条件，但是在这些模型中存在以下两方面问题：一 是在振动计算时，将齿面非均匀分布的电磁力等效 成作用于齿中心的集中力［３９，４０］，忽略了电磁力的空 间分布特征；二是在定子建模时，忽略了定子铁芯的 各向异 性 及 绕 组 的 等 效 建 模［３９－４１］。Ｚｕｏ等［４２］通 过 节点力转移方法考虑电磁力沿永磁体表面的非均匀 分布，对 外 转 子 轮 毂 电 机 的 噪 声 进 行 了 预 测。Ｌｉｎ 等［４３］通过节点 力 转 移 方 法 考 虑 了 电 磁 力 沿 齿 表 面 的分布，并且通过模态试验识别出定子各向异性材 料参数，提高了该电机振动和噪声计算的精度，而且 指出常见的集中力加载方式会引起模态频率附近较 大的计算误差。Ｌｉｎ等［４４］在准确考虑电磁力空间分 布特征的基础上，计算了不同极槽配合电机的噪声， 以及对加速工况下的电机噪声和客观心理声学指标 进行了预测。
（３）电磁振动和噪声影响因素分析
车用驱动电机在运行过程中常伴随着一些非理 想因素（如电流谐波和转子偏心等），这些因素对电 磁力影响很大，极大地改变了电磁振动和噪声水平。
电流谐波根据其来源可以分为调制引起的高频 电流谐波、永磁体磁场非正弦以及死区效应等因素 引起的低阶 电 流 谐 波。Ｃａｓｓａｔ等［４５］分 析 了 脉 宽 调 制导致的电流谐波，并且推导了其产生的电磁力阶 次，指出调制会以开关频率的整数倍为中心产生边 频电磁噪声。唐 任 远 等［４６］分析了变频器供电对永 磁电机振动噪声的影响，指出变频器供电增加了开 关频率附近的电磁噪声，总体噪声也比正弦波电流 下的噪 声 高 近１０ｄＢ（Ａ）。Ｔｏｒｒｅｇｒｏｓｓａ等［４７］通 过 仿真计算比较了正弦波脉宽调制和空间矢量控制下 的电流谐波特征，并且对２种调制策略下的电磁振动进行了比较，最终通过优化载波频率和改进控制 策略，降低目标电机３５％的振动。在低阶电流谐波 对振动和噪声的影响方面，Ｌｉｎ等［４３］指出 低 阶 电 流 谐波产生的电磁力频率特征与理想正弦波下的电磁 力特征重合，然而其对振动和噪声幅值仍有一定的 影响，具体取决于电流谐波对空间最低阶电磁力幅 值的影响。
由于制造和安装误差以及轴承磨损等因素，转 子偏心是电机运行过程中常见的故障之一。Ｂｒｏｗｎ 等［４８］指出偏心会产生空间１阶电磁力，使得电磁力 沿圆周积分不为０，导致不平衡磁拉力的产生，从而 加剧电机振 动 和 噪 声。林 福 等［４９］指出转子发生动 态偏心会引起额外频率的电磁力成分，进而产生边 频噪声，可以通过该频率特征来根据噪声信号进行 动态 偏 心 诊 断。Ｄｏ－Ｊｉｎ等［５０］通 过 声 学 边 界 元 方 法 和试验分析了静态偏心对感应电机噪声的影响，结 果表明当偏心达到０．４５ｍｍ 时，电机总体噪声上升 超过１０ｄＢ。Ｊｏｖｅｒ等［５１］通过一半 解 析 模 型 分 析 了 偏心对整个转速运行范围内电机噪声的影响，结果 表明，偏心对噪声的影响主要来源于偏心引起的空 间低阶电磁力。
（４）电磁振动和噪声削弱方法研究 车用驱动电机转速运行范围宽，尤其是考虑电 流谐波等非理想因素之后，电磁力阶次丰富，很难避 免结构共振，而且大幅改变结构固有特性也需要非 常高的成本。因此，目前的电机减振降噪主要从激 励源优化角度加以考虑，可以归为以下几类：
①优化电磁参数 Ｊａｅ－Ｗｏｏ等［５２］通过试验发现，３６阶电磁激励是 汽车起动发电机噪声的主要来源，选取３６阶转矩波 动和电磁力作为优化目标，通过优化转子参数来降 低３６阶激励，最终通过响应面方法选取最优的转子 参数，将电机噪声下降２ｄＢ。Ｊｉｎ等［５３］通 过 试 验 发 现，１２倍频电磁力是电机振动和噪声的主要来源， 而且推导出该电磁力谐波来源于３次磁场谐波，提 出通过在转子表面开凹槽来削弱这一磁场谐波，该 方法在一定程度能够降低电磁振动和噪声，而且能 够同时削弱 电 机 的 转 矩 波 动。Ｆａｋａｍ 等［５４］在 建 立 的振动噪声模型的基础上，提出了适用于设计阶段 的极槽配合选取方法，指出选择空间阶数较大的极 槽配合有利于降低永磁同步电机的振动和噪声。李 岩等［５５］提出了一种适用于近极槽永磁同步电机振 动和噪声的削弱方法，该方法通过定子齿削角的方 式来改变各次谐波幅值，并且能够快速分析不同削角大小下对振动和噪声贡献最大的电磁力谐波，从 而降低振动和噪声峰值。
②控制策略优化 杨浩东等［５６］指 出 对２倍电流频率振动贡献最 大的是空间最低阶电磁力，提出注入补偿电流来削 弱该阶电磁力幅值，该方法能够有效地削弱分数槽 集中绕组电 机２倍电流频率处的振动。Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ 等［５７］针对无位置传感器永磁同步电机的注入电压、 噪声和位置检测精度之间的关系进行了研究，结果 表明随着注入电压的增大，低速噪声也逐渐增加；为 了同时保证位置估计精度以及削弱噪声，提出了一 种新的电压注入策略，即在稳定转速下保持较低的 电压，转速瞬态变化时 保持较高的电压。Ｒｕｉｚ－ Ｇｏｎｚａｌｅｚ等［５８］提出了一种新的控制策略来减少感 应电机脉宽调制产生的电磁噪声，该策略采用一种 正弦规律变化的载波频率来削弱电磁噪声并且减小 电流谐波畸变率。该方法的优点在于通过只改变一 个控制参数来改变电流频谱，而且在避免结构共振 的同时保证一个电周期内的载波数不变。Ｔｓｏｕｍａｓ 等［５９］通过试验分析发现，随机开关频率空间矢量调 制可以使得电流谐波能量分散，但有可能恶化模态 频率附近的噪声。而离线调制策略不仅能使能量分 散，而且能够降低电流谐波幅值，使得结构模态频率 附近的电流谐波能量降低，从而减小总体噪声。
未完...
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