某純電動乘用車加速行駛車內轟鳴問題的分析與優化

高發華 汪躍中 譚雨點 丁潤江 朱亮

摘 要：針對某純電動乘用車全油門加速行駛車內產生的轟鳴問題，經主觀評價及試驗診斷分析后，排查出電機轉速為6600rpm-7600rpm時車內舒適性較差;通過駕駛室噪聲優化控制方法及傳遞路徑分析排查出電機在高轉速下導致減速器內部激勵與減速器殼體產生共振;結合開發車型設計情況，并在保證性能的情況下，提出減速器殼體重新優化設計的方案;通過試驗驗證表明，優化方案解決駕駛室內轟鳴問題，提高乘坐舒適性。

關鍵詞：純電動乘用車;加速;轟鳴噪聲

1 引言

隨著新能源汽車行業的快速崛起，人們對新能源汽車的要求不再僅僅局限其動力性、經濟性、安全性等方面，對于新能源汽車的NVH特性要求也頗為嚴格。而轟鳴問題作為汽車噪聲突出問題的一種，極易引起駕駛員耳朵不適，甚至頭暈、身體難受，極大降低整車的乘坐舒適性，因此整車轟鳴問題的解決成為各新能源汽車企業重點關注的問題。近年來，針對整車轟鳴問題已經引起廣泛關注。楊仕祥[1]通過階次分析法和模態分析法分析出由于發動機振動與駕駛室引起了共振，通過遺傳算法對懸置進行優化降低了轟鳴噪聲。還有一些主要的轟鳴問題由于發動機2階振動激勵，振動能量經過懸置和傳動系統引起共振，最終在車內行程轟鳴聲和壓耳感，然后通過優化方案解決該問題[2-3]。目前對轟鳴問題的研究都是針對傳統汽油車內噪聲的研究，純電動汽車轟鳴問題的研究較少。

本文以某自主品牌純電動汽車為研究對象，在整車全油門（WOT）加速工況過程中，當電機轉速為6600rpm-7600rpm時，駕駛室內會出現明顯的轟鳴問題，伴隨較強的壓耳感，引起車內駕駛員明顯不適及煩躁感。因此，本文針對該問題展開分析研究。

2 車內轟鳴噪聲主觀評價與分析

2.1 車內噪聲主觀評價

以某品牌新開發的純電動乘用車為研究對象，整車采用電機、減速器前置，前輪驅動布置形式，動力總成懸置采用三點橡膠懸置。通過專業主觀評價師對駕駛室內噪聲診斷表明，整車在WOT加速工況下，當電機轉速在6500rpm-8000rpm時，駕駛室內出現明顯轟鳴現象，室內乘員雙耳有明顯壓迫感，乘坐舒適性較差。因此本文中主要針對整車WOT加速工況下駕駛室內轟鳴問題進行分析和解決。

2.2 轟鳴噪聲問題的試驗診斷

根據主觀評價結果，對駕駛室內噪聲進行實車測試和數據分析，以便于根據分析結果找到問題根源并提出轟鳴問題的解決方案。測試設備采用LMS測試系統，其主要設備參數如表1所示，參照噪聲測試標準，駕駛室噪聲測試結果如圖1所示，當電機轉速在6600rpm-7600rpm時，駕駛室內出現轟鳴主要由3.58階噪聲引起，轟鳴聲頻率范圍出現在393.8-453.4Hz。

2.3 轟鳴噪聲影響因素分析

目前車內噪聲問題常采用“源—路徑—響應”的分析模型，得到如圖2所示噪聲傳遞路徑圖。該純電動乘用車在加速行駛過程中的激勵源為電機與減速器，由分析模型可知，轟鳴問題產生原因有兩種：一是通過動力總成內部結構出現共振產生的噪聲通過車身鈑金輻射到駕駛室內;二是由于動力總成懸置系統減震作用不滿足性能要求，傳遞過程中引起車身零部件振動較大產生噪聲。

2.4 駕駛室噪聲優化控制方法

針對排查駕駛室內轟鳴問題，假設有i個激勵源作用，對應的每個激勵作用車身的激勵力為Fi，對應的第i個激勵力有j條傳遞路徑傳遞到車內輻射空氣噪聲。

3 轟鳴噪聲原因排查

3.1 轟鳴問題噪聲源分析

為了排查噪聲源和主要傳遞路徑，在電機及減速器近場上方布置傳聲器，按照上述的試驗標準進行相同工況的整車WOT加速試驗，電機及減速器近場噪聲測試結果如圖3、圖4和圖5所示。由圖3和圖4可知，當電機轉速達到6600rpm-7600rpm時，出現電機與減速器近場均出現明顯3.58階激振階次，激勵頻率在393.8-453.4Hz范圍內，與駕駛室轟鳴噪聲完全對應，也與符合主觀評價結果相吻合。由圖5可知，通過對比電機與減速器近總聲壓級基本一致，但3.58階激振階次減速器近場整個過程高于電機近場，因此，駕駛室轟鳴噪聲主要激勵能量來自于減速器內部的激勵，經過減速器內部結構排查，最終確定為減速器輸出軸軸承導致3.58階激振階次。

考慮該純電動車型開發的實際結構，振動激勵能量一方面是經過動力總成系統經過懸置系統，再經過前艙框梁傳遞到駕駛室，在傳遞過程中引起零部件振動產生噪聲;另一方面可能是減速器內部激勵與殼體產生共振產生的輻射噪聲引起駕駛室內轟鳴。因此，需要排查懸置系統減震效果，分別在減速器殼體、動力總成懸置的主動端和被動端布置1個PCB三軸向加速度傳感器，測試結果如6和圖7所示。如圖6所示，在整車坐標系下，減速器殼體三個方向出現的主要激勵均為3.58階激勵，且在轉速6600rpm-7600rpm時振動貢獻量較為突出，且在X方向的峰值加速度為2.20g，殼體出現異常振動，轟鳴噪聲相應在393.8-453.4Hz范圍內有明顯峰值，因此轟鳴產生的原因可初步判定為減速器輸出軸軸承激勵可能與減速器殼體模態出現共振，從而導致輻射噪聲。

振動能量由動力總成經過懸置系統傳遞到前艙框梁，然后通過車身傳遞到駕駛室內。如果懸置系統設計不合理，導致傳遞過程中產生異常振動，因此，對懸置系統隔振率進行試驗，根據上述在懸置系統傳遞主、被動安裝傳感器進行試驗，其測試結果如圖7所示，在轉速6600rpm-7600rpm范圍內，動力總成懸置系統三個方向隔振效果較好，振動傳遞率均小于10%，滿足設計要求。因此，可排除動力總成懸置系統隔振效果不好引起的駕駛室轟鳴噪聲。

3.2 減速器殼體模態分析

為了驗證是否由減速器殼體共振引起的轟鳴噪聲，對減速器殼體進行模態分析，通過給減速器殼體施加集中質量代替原有動力總成結構，其模態分析結果如圖8所示。減速器殼體第7-10階自由模態如表2所示。根據前文分析可知，駕駛室轟鳴噪聲在393.8-453.4Hz頻率范圍內與減速器1階自由模態重疊。由共振原理可知，駕駛室轟鳴噪聲來源由于減速器輸出軸軸承轉動激勵頻率與減速器殼體產生共振。

4 轟鳴問題方案優化與驗證

根據上述分析可知，駕駛室轟鳴問題是由于減速器內部軸承的激勵頻率與減速器殼體低階固有模態頻率重疊產生的共振產生了輻射噪聲。電機的輸出激勵頻率已經固定，因此需要改變減速器殼體結構，在滿足強度及其它性能要求下，改變其固有頻率避開激勵頻率。

4.1 減速器殼體優化

根據排查結果給減速器廠家，供應商對減速器殼體端面進行重新開發及優化后對其進行模態分析，其分析結果如圖9所示，第7到19階模態如表3所示。

由分析結果可得，對減速器殼體進行優化后，移頻效果顯著。改進后殼體一階模態為707.9Hz，根據共振理論，避開了激勵頻率393.8-453.4Hz，避免共振產生。

4.2 駕駛室轟鳴問題改善效果驗證

將改進后的減速器進行裝車測試，對比原狀態下，整車WOT加速過程中駕駛室右耳噪聲瀑布圖如圖10所示。對比圖10圖1的駕駛室右耳可知，改進后的駕駛室在393.8-453.4Hz頻率范圍無3.58階次噪聲。駕駛室內總聲壓級如圖11所示，在電機轉速6600rpm-7600rpm范圍內，駕駛室右耳總聲壓級出現明顯降低，駕駛室聲壓級峰值最大降低4.05dB。同時，主觀評價也表明，改進后駕駛室無轟鳴噪聲，不適感也基本消失，極大提高了駕駛舒適性。

5 結論

本文結合實際新開發的純電動車型案例，通過仿真及試驗相結合，詳細分析整車加速過程中駕駛室轟鳴噪聲的產生原因，并對其進行解決，極大提高駕駛員乘坐舒適性。

參考文獻：

[1]楊仕祥，史文庫，陳志勇，商國旭，劉程.某商用車轟鳴問題的分析與控制[J].汽車工程，2018，40（02）：214-220.

[2]劉宗成，顏伏伍，李進.某乘用車勻速行駛車內轟鳴聲分析與控制[J].重慶理工大學學報（自然科學），2018，32（11）：29-34.

[3]丁建超，陳繼偉，李靜波.某SUV車內降噪處理[J].汽車實用技術，2019，4（03）：95-97.