基于頻譜分析的純電動客車轉向噪聲診斷

徐闖, 譚雁清

(1.天津市松正電動汽車技術股份有限公司研發中心, 天津 300100； 2.東北大學秦皇島分?？刂乒こ虒W院，河北秦皇島 066004)

0 引言

對于傳統的燃油客車，其整車噪聲主要表現為3個方面：發動機工作引起的發動機噪聲；車輛運行引起的行駛噪聲；輔助行車系統運行引起的附加噪聲，包括冷卻系統、空調系統、轉向系統及制動系統等。以上三者尤其以發動機噪聲對整車噪聲水平的影響最大。對于純電動客車，由于電機驅動系統取代了燃油發動機，整車的噪聲水平大幅降低。而車輛行駛噪聲和附加噪聲在整車噪聲水平中所占的比重較燃油客車變大[1-4]。

對于車輛的轉向系統，在現階段，燃油客車和純電動客車的轉向系統均為液壓動力轉向系統。在車輛轉向時，燃油客車發動機噪聲足以淹沒液壓轉向系統的噪聲；而在純電動客車上面，液壓轉向系統的噪聲則表現得非常明顯，這就降低了司乘人員的舒適感。

1 噪聲的產生機制

噪聲從根本上說，是零件受迫振動后產生激振力，此激振力沿零部件之間的剛性或彈性連接逐級傳遞，在傳遞到外表面零件后激起外表面零件的振動響應[5]。振動的外表面激發相鄰的空氣介質的質點振動，從而形成聲波向外輻射，即產生了噪聲，如圖1所示。

圖1 噪聲的產生機制

2

純電動客車轉向噪聲分析

純電動客車的電動液壓助力轉向系統構成有：轉向傳動軸、液壓動力轉向器、電動轉向油泵、儲油罐及油路。將待分析車輛開至本底噪聲值低的空曠場地，用聲級計進行車輛轉向工況下各部件的噪聲值測試。

測試設備為丹麥Bruel & Kjaer品牌2240型手持式聲級計，測量時聲級計測量頭距離被測部件150 mm。測試結果見表1。

表1 純電動客車各轉向部件噪聲參數

通過對表1所示的噪聲值進行分析可知：在車輛轉向過程中，電動轉向油泵的噪聲值明顯高于系統的其他部分。為此，進一步對電動轉向油泵的噪聲數據進行采集。

3 電動轉向油泵噪聲試驗

3.1 噪聲數據分析

在上述空曠場地進行車輛轉向工況下電動轉向油泵噪聲數據采集。采集用聲壓傳感器靈敏度為40 mV/Pa，頻率響應范

圍10 Hz～20 kHz。采集噪聲數據時聲壓傳感器測量頭距離電動轉向油泵150 mm。將采集到的音頻數據進行頻譜分析，結果如圖2所示。

圖2 電動轉向油泵噪聲頻譜分析

依據頻譜分析結果，在0～2 000 Hz范圍內，噪聲幅值較大的頻率為319.8、640.1、799.8、1 000、1 120.1、1 276.4 Hz。

3.2 噪聲成因分析

通過了解得知，此純電動客車搭載的電動轉向油泵在轉向系統工作時電機轉速為1 200 r/min。電機為8對極永磁同步電機，油泵為雙作用式葉片泵，葉片數量為10片。在電動轉向油泵工作時，電機會產生轉矩脈動，葉片式油泵會產生液壓油的壓力脈動。由噪聲的產生機制可知，噪聲產生的根本原因是激振力的存在。在電動轉向油泵這一特定的組件中，此激振力即為電機的轉矩脈動和油泵的液壓油壓力脈動。

由電機工作轉速1 200 r/min可以推出，電動轉向油泵的電機轉速基頻為160 Hz，油泵的液壓油壓力脈動頻率為200 Hz。對照轉向噪聲頻譜分析結果(圖2)，噪聲幅值較大的頻率中：319.8、640.1、799.8、1 120.1、1 276.4 Hz分別為電機轉速基頻的2倍頻、4倍頻、5倍頻、7倍頻和8倍頻；799.8、1 000 Hz分別為液壓油壓力脈動基頻的4倍頻和5倍頻。

據此可以得出如下結論：電機的轉矩脈動及油泵的液壓油壓力脈動是電動轉向油泵噪聲的產生根由；其中，電機的轉矩脈動產生的噪聲在頻率范圍和幅值表現上均強于油泵的液壓油壓力脈動。

將同型號電動轉向油泵的電機在消聲室內加至對應載荷，電機的噪聲值只有40～45 dB(A)。進一步分析可知，電機與油泵之間通過聯軸節傳遞動力，電機的轉矩脈動也通過聯軸節傳遞至了油泵，并經由油泵結構進行了放大，最終加強了電動轉向油泵的噪聲水平。

4 降噪措施

4.1 抑制激振力

一方面對電動轉向油泵的電機控制參數進行優化，降低電機的轉矩脈動從而達到抑制激振力的目的，降低整車轉向噪聲。另外可優化葉片泵的吸壓油腔的曲線參數，從而降低油泵的液壓油壓力脈動。

4.2 屏蔽結構響應

既然振動是由電機經聯軸器傳遞至油泵，因此可對聯軸器的彈性體硬度進行優化，在保證動力傳遞可靠的前提下盡量減小彈性體的硬度，最大限度地吸收電機的轉矩脈動，從而屏蔽其向油泵傳遞。

為驗證降噪措施是否有效，在將聯軸器彈性體用減小硬度后的彈性體替換后，再次進行了手持式聲級計的噪聲值測試，測試結果見表2。測試結果表明：更換聯軸器彈性體后，電動轉向油泵的噪聲值明顯降低。

5 結論

純電動客車由于取消了傳統燃油客車中噪聲最大的發動機，因而其余部件或系統的噪聲表現將嚴重影響整車的噪聲水平。通過純電動客車轉向部件轉向工況下的噪聲值測定，初步鎖定噪聲源；再對噪聲源進行噪聲頻譜分析，進一步明確噪聲的根源。利用噪聲頻譜分析技術，通過整改后的二次試驗，有效降低了轉向部件的噪聲。研究證明了頻譜分析在純電動客車轉向噪聲診斷方面的實用性和有效性，為整車生產企業降低整車轉向噪聲提供了科學路徑。

參考文獻:

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