某款電動車車內噪聲降低研究

許林倩，岳志強，耿建，黨程

（071000 河北省 保定市 諾博汽車系統有限公司）

0 引言

電動車的噪聲與傳統燃油的噪聲有本質的區別，傳統車的主要噪聲有發動機噪聲、變速器噪聲、進排氣噪聲等，電動車主要噪聲有電機噪聲、減速器噪聲、控制器噪聲等，如何阻隔電動車的噪聲傳入駕駛室，降低車內噪聲，改善車內聲品質，提高乘坐舒適性，已成為業界研究的重點和熱點。

NVH解決問題的基本思想是“源-傳遞路徑-響應”[1]。要降低車內噪聲響應，需要從源和傳遞路徑兩方面考慮：（1）找到產生噪聲源的部位，從系統零部件本身降低噪聲；（2）從傳遞路徑考慮，主要是空氣聲傳播?？諝饴曇环N方式是通過車身縫隙或孔洞直接傳遞到車內；另一種方式是傳遞到車身上，一部分被反射回去，另一部分透過板直接傳遞到車內。傳遞路徑需從密封和隔吸聲兩方面改善[2]。空氣聲傳播的關鍵影響因素是車身密封，只有在做好密封的基礎上通過改善隔吸聲性能，才能有效降低車內噪聲，提高車內聲品質。

以某款電動車為例，發現高速行駛時電機和減速器噪聲大。從“源”方面，考慮包覆技術降低噪聲源；從傳遞路徑上，對空調膨脹閥、轉向防塵罩、前圍線束過孔等進行密封優化，以及對前圍隔熱墊材質和覆蓋面積等進行隔吸性能改善。經主觀評價及試驗測試，車內噪聲明顯降低，車內聲品質顯著改善。

1 問題描述及排查

主觀評價某款EV 車電機和減速器噪聲大。車內噪聲測試參考文獻[3]。頻譜圖顯示（如圖1所示）電機和減速器的階次噪聲大；對總聲壓級進行貢獻分析（如圖2 所示），電機和減速器的噪聲明顯較大。與主觀評價結果一致。電機的主要噪聲是48 階階次噪聲，頻率范圍0～7 000 Hz；減速器的主要噪聲是27 階階次噪聲，頻率范圍0～3 000 Hz；都屬于高頻噪聲。

圖1 頻譜示意圖Fig.1 Spectrum diagram

圖2 聲壓級貢獻分析圖Fig.2 Analysis chart of sound pressure level contribution

電機的高頻噪聲主要來自電機極數、槽數及其倍頻對應的階次噪聲[4]。減速器的高頻噪聲主要是齒輪嚙合引起的階次噪聲。

2 真因查找

解決NVH 問題的主要思路是“源—傳遞路徑—響應”[5]。要降低響應，需從噪聲源和傳遞路徑兩方面考慮。從源方面考慮，與標桿車進行源近場噪聲的對比，如果近場噪聲較大，需對噪聲源進行優化；從傳遞路徑方面考慮，主要是車身密封和聲學包處理，只有做好傳遞路徑的密封，增加隔吸聲材料才會有效。所以需從3 方面查找原因：（1）噪聲源的對比；（2）傳遞路徑的密封檢查；（3）聲學包的檢查。

2.1 噪聲源的對比

電機和減速器的近場噪聲聲壓級為76 dB（A），與標桿車的近場噪聲71 dB（A）相差5 dB（A），差距較大，如圖3 所示。

圖3 聲壓級對比示意圖Fig.3 Schematic diagram of sound pressure level comparison

2.2 傳遞路徑的密封檢查

電機和減速器位于機艙內，前圍系統是主要的傳遞路徑，需對前圍系統進行密封性檢查。密封性包括氣密封和聲學密封，所以從兩方面檢查：（1）用保壓設備和煙霧發聲器檢查傳遞路徑的氣密封；（2）用超聲波和噪聲源定位檢查聲學密封確定薄弱部位。

2.2.1 用保壓設備和煙霧發聲器檢查傳遞路徑的氣密封

保壓設備（如圖4 所示）根據壓差式流量測量原理測試氣密性。保壓設備在125 Pa 時向車內加壓充氣，同時打開煙霧發聲器（如圖5 所示），通過煙霧冒出的方向，結合數模確定泄露位置。通過內窺鏡（圖6 所示）發現，A 柱夾膠板泄露—在夾膠板末端出現發泡不良問題（如圖7 所示）。

圖4 保壓設備示意圖Fig.4 Schematic diagram of pressure maintaining equipment

圖5 煙霧發聲器示意圖Fig.5 Schematic diagram of smoke vocal organ

圖6 內窺鏡示意圖Fig.6 Schematic diagram of endoscope

圖7 夾膠板發泡不良示意圖Fig.7 Schematic diagram of poor foaming of laminated board

2.2.2 用超聲波和噪聲源定位檢查聲學密封

用超聲波測漏儀先對前圍系統進行密封性檢查。聲源發聲器通過吸力貼在機艙側的鈑金上，發出40 kHz 的超聲波，超聲波測漏儀在駕駛室側接收超聲波信號，顯示數值，數值較高位置為泄露處。泄露的主要部位有：線束過孔膠套、空調暖水管、空調進風口及轉向防塵罩，具體數值如圖8—圖11 所示（大于25 dB）。

圖8 線束過孔膠套泄露示意圖Fig.8 Schematic diagram of leakage of wire harness through-hole rubber sleeve

圖9 空調暖水管泄露示意圖Fig.9 Schematic diagram of air conditioning warm water pipe leakage

圖10 空調進風口泄露示意圖Fig.10 Schematic diagram of air inlet leakage of air conditioner

圖11 轉向防塵罩泄露示意圖Fig.11 Schematic diagram of leakage of steering dust cover

用聲強探頭對前圍系統進行噪聲源定位測試，得到聲強分布云圖（如圖12 所示）。從圖中可以看出薄弱部位為：線束過孔、空調暖水管、空調進風口及轉向防塵罩。

圖12 聲強云圖示意圖Fig.12 Schematic diagram of sound intensity cloud

綜合超聲波測漏儀和噪聲源定位測試確定傳遞路徑聲學密封的薄弱部位有：線束過孔膠套、空調暖水管、空調進風口及轉向防塵罩。

2.3 聲學包的檢查

對前圍隔熱墊及周邊進行檢查，發現空調膨脹閥和暖水管過孔處裸露鈑金面積大，A 柱鈑金全部裸露，如圖13 所示。

圖13 鈑金裸露示意圖Fig.13 Schematic diagram of sheet metal exposure

3 源問題整改及效果驗證

電機和減速器研發后一般很難整改，即使能優化，成本也很高，且效果也不理想，整改優化可考慮隔吸聲材料包裹噪聲源即聲源包覆。

3.1 源問題整改

電機噪聲頻率范圍為0～7 000 Hz，減速器噪聲范圍為0～4 000 Hz，頻率范圍覆蓋全頻段，需采取隔聲加吸聲的方式進行包覆，對電機和減速器用EVA+Pu 發泡材料進行聲學包覆，如圖14 所示。

圖14 電機和減速器包覆示意圖Fig.14 Schematic diagram of motor and reducer coating

3.2 效果驗證

對電機和減速器包覆EVA+PU 發泡材料后進行測試，近場噪聲降低11～16 dB（A），駕駛員右耳聲壓級由68.7 dB（A）降至67 dB（A），降低1.7 dB（A），如圖15 所示。

圖15 聲壓級示意圖Fig.15 Schematic diagram of sound pressure level

4 密封問題整改及效果驗證

車身密封是降低車內噪聲的基礎，只有提高了車身密封性，增加隔吸聲材料，才能有效降低車內噪聲。密封原則：（1）氣密封，指氣流能夠通過的；（2）聲學密封，指在氣密封的基礎上，聲音通過時傳遞最小，即薄弱部位。

4.1 傳遞路徑的密封改進

4.1.1 對傳遞路徑進行氣密封改進

A 柱夾膠板由骨架和發泡材料組成，骨架的主要材質為PA66，發泡材料的材質為EVA+PE，發泡倍率為9～12 倍，需在160～180℃下連續烘烤20 min 才能充分發泡。通過A 柱夾膠板附近的孔洞噴聚氨酯發泡，待聚氨酯發泡固化后用內窺鏡查看，密封良好。

4.1.2 對傳遞路徑進行聲學密封改進

對線束過孔膠套、轉向防塵罩、空調暖水管和空調進風口等薄弱部位進行聲學密封：

（1）線束膠套是雙層結構（如圖16 所示），氣密封無問題，但是聲學密封薄弱，線束膠套材質為EPDM，厚度3 mm，增加厚度為5 mm，同時膠套里面增加密封膠增加隔聲（如圖17 所示），保證聲學密封。

圖16 線束膠套雙層結構示意圖Fig.16 Schematic diagram of doublelayer structure of wiring harness rubber sleeve

圖17 線束膠套增加密封膠示意圖Fig.17 Schematic diagram of adding sealant to wiring harness rubber sleeve

（2）轉向防塵罩材質為橡膠，厚度12 mm，氣密封無問題，但是聲學密封薄弱，防塵罩里面是空的，增加EPDM 泡塊（如圖18 所示）。

圖18 EPDM 示意圖Fig.18 EPDM diagram

（3）空調暖水管膠套的材質為橡膠，厚度3 mm，增加厚度為5 mm，在暖水管膠套和前圍間增加10 mm 厚的PU 泡棉（如圖19 所示），增強聲學密封。

圖19 暖水管聲學密封示意圖Fig.19 Schematic diagram of acoustic seal of warm water pipe

（4）空調進風口，增加一個塑料為骨架，周圈為橡膠的零部件，橡膠與前圍隔熱墊配合（如圖20 所示）增加聲學密封，增加前圍的覆蓋面積。

圖20 橡膠與前圍配合示意圖Fig.20 Schematic diagram of rubber and front circumference coordination

4.2 效果驗證

用保壓設備和煙霧發生器檢測，A 柱夾膠板未泄露；用超聲波測漏儀檢測，線束膠套、暖水管、空調進風口及轉向防塵罩的泄露值在23～25 dB，聲學密封較好；用噪聲源定位檢測，線束膠套、暖水管、空調進風口及轉向防塵罩未出現薄弱部位。駕駛員右耳聲壓級由67 dB（A）至66 dB（A）降低1 dB（A）（如圖21 所示），車內噪聲改善明顯。

圖21 聲壓級示意圖Fig.21 Schematic diagram of sound pressure level

5 聲學包問題整改及效果驗證

聲波通過介質傳播，對車內的傳遞通過兩種途徑：空氣聲傳遞和結構聲傳遞。高頻噪聲主要通過空氣向車內傳播[6]。

吸聲和隔聲相結合的是降低車內噪聲常用的方法。吸聲原理是聲能轉化為熱能，達到降低車內噪聲的目的[7]。一方面，聲波在傳遞過程中，質點的振動速度不同，這種速度梯度使得相鄰質點間產生了相互作用的內摩擦力和黏性力，從而阻礙了質點的運動，使得聲能不斷轉化為熱能[8]；另一個方面，媒體中的各個質點的疏密程度和溫度不一樣，這種溫度梯度使得相鄰質點間產生熱交換，使得聲能轉化為熱能[9]。隔聲多采用雙層墻結構，隔聲機理是當聲波依次透過特性阻抗完全不同的板、空氣介質和聲學材料時，造成聲波多次反射，發生聲波的衰減，并且由于空氣層的彈性和附加吸收作用，使振動能量大大衰減，達到降低車內噪聲的目的。

5.1 對傳遞路徑進行隔吸聲處理

將空調膨脹閥和暖水管縮小開孔面積；A 柱鈑金裸露，增加10 mm 硬質氈“側耳”（如圖22 所示），克重1 200～1 400 g/m2，增加聲學材料覆蓋面積[9]。前圍隔熱墊材質為軟氈+聲學膜+硬氈結構，重質層硬氈克重1 000～1 200 g/m2較低，改為軟氈+EPDM+硬氈結構。

圖22 側耳示意圖Fig.22 Schematic diagram of side ear

5.2 效果驗證

空調膨脹閥和暖水管縮小開孔面積，A 柱鈑金增加側耳，前圍隔熱墊增加EPDM 后整車測試，駕駛員右耳聲壓級由66 dB（A）至65.3 dB（A）降低0.7 dB（A），車內噪聲改善明顯。如圖23 所示。

圖23 聲壓級示意圖Fig.23 Schematic diagram of sound pressure level

6 改善效果

通過對聲源包覆、傳遞路徑的密封改進和聲學包優化，駕駛員右耳聲壓級由68.7 dB（A）至65.3 dB（A）下降3.4 dB（A），語言清晰度由70%AI 至78%AI 提高8%AI，左后乘客左耳聲壓級由72.3 dB（A）至67.6 dB（A）下降4.7 dB（A），語言清晰度由73%AI 至79%AI 提高6%AI，主觀評價電機和減速器高頻噪聲明顯降低，車內聲品質明顯提高。

7 總結

通過以上內容，得到以下結論：

（1）“源-傳遞路徑-響應”是NVH 解決問題的基本思路。降低響應需從噪聲源和傳遞路徑兩方面考慮；

（2）在噪聲源很難優化的情況下，考慮聲學包覆技術，減少噪聲源向車內傳遞，從而降低車內噪聲；

（3）密封包括氣密封和聲學密封，保壓設備和煙霧發聲器檢查氣密封，超聲波測漏儀和噪聲源定位查找聲學密封確定薄弱部位；

（4）氣密封和聲學密封是聲學包的基礎，只有在密封做好的基礎上，隔吸聲才能有效改善；

（5）下一步還需要從電機和減速器本身結構優化降低噪聲進行研究。