某電動汽車噪聲分析及優(yōu)化

魏沈平，王 燕，范習(xí)民

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230601）

0 前言

隨著能源危機的日益突顯和環(huán)境意識的日益覺醒，電動汽車成為世界汽車工業(yè)發(fā)展的熱點。伴隨著電動汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，對電動汽車性能提出了更多的指標，其中噪聲振動性能越來越備受關(guān)注，成為影響電動汽車品牌的一項重要指標[1]。

1 介紹

通過使用LMS.TestLab測試系統(tǒng)，對某電動汽車的噪聲進行測量分析，系統(tǒng)研究了其噪聲特性，確定了電機及減速器是主要噪聲源，并判斷動力總成懸置系統(tǒng)性能不佳是電機及減速器振動向車內(nèi)傳遞噪聲的主要因素。根據(jù)測試分析，對電機及減速器進行了改進優(yōu)化，并對懸置系統(tǒng)橡膠軟墊剛度重新進行調(diào)整，取得了較理想的降噪效果。

2 電動汽車系統(tǒng)特點及噪聲源測試實驗

2.1 電動汽車系統(tǒng)特點

（1）電機通過固定速比減速器驅(qū)動車輪；

（2）電機、電機控制器及減速器集成化設(shè)計，布置緊湊；

（3）三點懸置（如圖1）。

2.2 噪聲源測試實驗及噪聲特性分析

要有效地識別噪聲源，首先，需要確定噪聲產(chǎn)生的主要位置、主要發(fā)聲部件以及各噪聲源對總聲級的貢獻量。對于有多個發(fā)聲聲源的情況，控制噪聲的主要方法是找到發(fā)聲部件中占噪聲總聲級比重大的聲源噪聲，對其采取降噪措施，效果會很明顯。其次，要確定噪聲源的特性，包括聲源類別、頻率特性等。一般要綜合多種測量方法和信號處理技術(shù)來達到明確識別噪聲源的目的。表1顯示的是根據(jù)電動汽車的工作原理及其發(fā)聲特點，對電動汽車不同運行方式產(chǎn)生的噪聲進行的測試分析[2]。測點位置：駕右、副左、后左、后右。

測試分為以下幾種工況，試驗數(shù)據(jù)及分析如下：

（1）車輛勻速行駛車內(nèi)噪聲和熄火滑行車內(nèi)噪聲

表1 車輛勻速行駛和熄火車內(nèi)噪聲 d B（A）

分析：勻速比滑行車內(nèi)噪聲大0.8～3.4 dB（A），胎噪、風(fēng)噪和路噪是勻速車內(nèi)噪聲的主要噪聲源。

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（2）全負荷加速后右車內(nèi)噪聲

分析：全負荷加速在低速時有較大峰值，峰值主要是由電機的24階噪聲，8.17階噪聲是減速器第二對嚙合噪聲，300Hz噪聲主要是由電池風(fēng)扇引起的。

（3）駐車背景噪聲、真空泵噪聲和電池風(fēng)扇噪聲

表2 駐車關(guān)鍵部件噪聲 d B（A）

電池風(fēng)扇噪聲是駐車時車內(nèi)的主要噪聲源，主要峰值集中在300Hz附近，其他部件噪聲對整車噪聲影響很小。

（4）總結(jié)

根據(jù)實驗測試數(shù)據(jù)，可以確定該電動汽車主要噪聲源包括：電機和減速器噪聲（全負荷加速的主要噪聲源，勻速行駛的次要噪聲源）；電池風(fēng)扇噪聲（駐車的主要噪聲源，勻速行駛的次要噪聲源）；路噪、胎噪和風(fēng)燥（勻速行駛的主要噪聲源，全負荷加速的次要噪聲源）；懸置內(nèi)外圈接觸，隔振效果較差（全負荷加速和勻速行駛噪聲）。

2.3 傳遞路徑分析

通過車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)確定傳遞路徑。

駕駛員右耳的噪聲峰值在電機688r/min，1300r/min，而電機近場噪聲峰值在電機978r/min，1246r/min，1972r/min，2449r/min 和3097r/min，因此電機輻射噪聲不是駕駛員右耳噪聲峰值的主要來源；在轉(zhuǎn)速688r/min時，左懸置傳遞的振動較大，在轉(zhuǎn)速1300r/min時，后懸置傳遞的振動較大，初步判斷：低速時全負荷加速噪聲主要傳遞路徑是通過結(jié)構(gòu)傳遞的。

3 實驗數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化

3.1 8.17階噪聲分析及優(yōu)化

由圖2噪聲型譜可以判定8.17階是主要噪聲源，8.17階噪聲來源分析：減速器齒輪嚙合——一級齒輪28/48，二級齒輪14/52，通過計算分析，齒輪嚙合沖擊 1*28/48*14=8.17階。因此，8.17階噪聲是減速器第二對齒輪嚙合噪聲。

電動汽車減速器與普通手動擋變速箱工作情況完全不同，電動汽車用減速器工作轉(zhuǎn)速較高，一般在4000r/min以上運行，而且扭矩較大[3]。因此，電動汽車用減速器的齒輪參數(shù)、精度以及齒輪裝配側(cè)隙要求更加嚴格。針對電動汽車用減速器的工作特點，對減速器齒輪參數(shù)進行了優(yōu)化，進行齒輪修緣，同時采用彈性隔振齒輪，即在齒輪的輪體和齒圈之間加橡膠用于隔振。采用一系列措施后，通過實驗驗證，減速器優(yōu)化后8.17階噪聲明顯消除（如圖5）。

3.2 電機噪聲分析及優(yōu)化

通過永磁直流無刷電機工作原理了解電機產(chǎn)生噪聲的原因，并進行優(yōu)化。

由圖2噪聲型譜可以判定24階是主要噪聲源，24階噪聲來源分析：某電動汽車使用的電機為永磁直流無刷電機，其工作原理是電流旋轉(zhuǎn)1周要經(jīng)過24根導(dǎo)線，因此轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)1周受力24次沖擊，而且永磁直流無刷電機換向時采用的是方波，因此沖擊較大。

針對電機的工作特性分析，確定電機的定位力矩和電磁波動轉(zhuǎn)矩是引起振動與噪聲的主要原因。因此，采取減小齒冠開槽來減小電磁轉(zhuǎn)矩波動的措施，通過試驗驗證采用減小齒冠開槽有效地抑制了電機的振動和噪聲。

3.3 懸置系統(tǒng)分析及優(yōu)化

通過圖4車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)可以確定電機及減速器的噪聲傳遞途徑是懸置系統(tǒng)。經(jīng)過分析，確定原懸置剛度過小，致使懸置內(nèi)外圈接觸，隔振性能較差，增加剛度使懸置內(nèi)外圈分離，提高隔振性能[4]。表3是懸置更改后的對比數(shù)據(jù)。

表3 懸置系統(tǒng)優(yōu)化前后對比數(shù)據(jù)

左懸置隔振率提高，右懸置變化不明顯，后懸置隔振率雖然上升，但傳遞到車身的振動較小。

4 結(jié) 論

通過上述電動汽車噪聲的研究，對噪聲源的測試分析，并對主要噪聲源進行優(yōu)化改進，以及控制電機及減速器振動對車內(nèi)噪聲的原理和方法的研究，主要得到以下結(jié)論：

（1）該電動汽車電機及減速器是主要噪聲源。

（2）懸置系統(tǒng)是電機及減速器的振動向車內(nèi)傳遞的主要途徑，合理設(shè)計和優(yōu)化匹配懸置中的橡膠軟墊對降低車內(nèi)噪聲非常重要。

（3）汽車設(shè)計中必須注意振源和振動傳遞途徑之間的優(yōu)化匹配，以避免不必要的噪聲問題。

［1］崔盛民.新能源汽車技術(shù)［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2009.

［2］龐劍.汽車噪聲與振動.［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

［3］張植保，電機原理與應(yīng)用.［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［4］Manfred Mitschke著.汽車動力學(xué).［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.