汽車振動噪聲控制對提高駕乘體驗尤為重要。電動汽車以電驅(qū)總成代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)動機(jī)變速箱，其引發(fā)的振動噪聲特性完全不同于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車。近 年來，國內(nèi)外學(xué)者對電動汽車的振動噪聲問題作了 不少研究。嚴(yán)剛等通過某電動汽車車內(nèi)振動噪聲試 驗識別不同工況下整車噪聲源，并分析了引起車內(nèi) 噪聲的原因。DongL.等分析了感應(yīng)電機(jī)、開關(guān)磁阻 電機(jī)和永磁同步電機(jī)的振動噪聲特性，提出電機(jī)振 動噪聲研究中需充分考慮電機(jī)控制方式的影響。但 目前對電動汽車振動噪聲的研究大都集中在振動噪 聲產(chǎn)生源頭和機(jī)理等方面，很少從傳遞路徑方面對 電動汽車振動噪聲問題進(jìn)行研究。

相關(guān)研究表明，復(fù)合材料具有突出的振動噪聲 抑制性能，當(dāng)前在家電和船舶等行業(yè)已有大量研究 與應(yīng)用。李濤等對減振板材的減振降噪機(jī)理進(jìn)行了 深入研究，并將減振板材成功應(yīng)用于船舶的減振降噪，取得了不錯的效果。熊志遠(yuǎn)等對隔音降噪壁板 的微觀力學(xué)性能進(jìn)行了研究，并將其應(yīng)用于汽車車 身的降噪，取得了顯著效果。目前，工程上在電動汽 車減振降噪領(lǐng)域還未見減振降噪材料的公開研究及批量應(yīng)用。該文分析電驅(qū)總成振動產(chǎn)生機(jī)理及傳遞 路徑，研究某阻尼復(fù)合材料的減振降噪機(jī)理，并將其應(yīng)用于某電動汽車電驅(qū)總成上蓋板，分析其減振降噪效果。

1、噪聲產(chǎn)生及傳遞機(jī)理

電動汽車電驅(qū)總成主要由電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器組成，其噪聲是電動汽車振動噪聲的主要來源。電驅(qū)總成的振動噪聲主要由電機(jī)產(chǎn)生的電磁振動噪聲、減速器產(chǎn)生的齒輪嚙合機(jī)械噪聲、電機(jī)控制器開 關(guān)器件引入的開關(guān)頻率電磁噪聲三部分組成。其傳遞途徑主要有２條：一條是通過電驅(qū)總成連接支架 經(jīng)整車懸置及車身結(jié)構(gòu)件傳遞到車內(nèi)；另一條是振動能量通過電驅(qū)總成殼體向外輻射能量，最終通過 空氣傳遞到車內(nèi)。電驅(qū)總成電機(jī)控制器蓋板通常是電驅(qū)總成殼體最薄弱的部件，其模態(tài)頻率低，是電驅(qū)總成對外輻射 振動噪聲能量的主要部件。通常電機(jī)控制器蓋板采 用ADC12材料，其價格低廉，但能量傳遞衰減小， 減振降噪效果差。隨著對電驅(qū)總成振動噪聲及功率 密度要求的提高，傳統(tǒng)的ADC12材料越來越難以 滿足要求，急需開發(fā)既重量輕又具有良好減振降噪效果的材料。

2、復(fù)合材料蓋板

選用某約束阻尼復(fù)合材料制作電驅(qū)總成控制器 蓋板（見圖１）。阻尼復(fù)合結(jié)構(gòu)板材通過阻尼材料與金屬材料構(gòu)成復(fù)合結(jié)構(gòu)來提高整體阻尼，一般分為 自由阻尼結(jié)構(gòu)和約束性阻尼結(jié)構(gòu)。在振動結(jié)構(gòu)表面 直接附加一層損耗模量較大的阻尼材料稱為自由阻尼結(jié)構(gòu)，在自由阻尼結(jié)構(gòu)外面再加一層模量高的材料如鋼板或鋁板即構(gòu)成約束阻尼結(jié)構(gòu)。阻尼復(fù)合結(jié) 構(gòu)板材見圖２

圖片來源：《公路與汽運(yùn)》期刊

振動物體發(fā)生彎曲振動時，其能量迅速傳遞給緊密貼涂在其表面的阻尼材料，引起基體和阻尼材料之間相互摩擦和錯動，阻尼材料時而被拉伸時而被壓縮。由于阻尼材料的內(nèi)損耗大，基體有相當(dāng)一 部分振動能量轉(zhuǎn)化為熱能釋放，從而減弱板材的彎 曲振動。同時，約束阻尼結(jié)構(gòu)在受到振動時，約束層和阻尼層會伸長，但約束層的伸長遠(yuǎn)小于阻尼層的伸長，因而約束層會阻止阻尼層的伸長，當(dāng)阻尼層壓 縮時，約束層又會阻止阻尼層的壓縮變形，從而形成除拉伸壓縮變形之外的剪切變形，增大振動能量的耗散，達(dá)到減振效果。同等條件下，約束阻尼復(fù)合結(jié)構(gòu)的減振降噪效果比傳統(tǒng)金屬材料更好

3、試驗研究

選取一款正在研究開發(fā)中的電動汽車電機(jī)總成作為研究對象，該電機(jī)總成最大功率為120kw，采 用８極48槽永磁同步電機(jī)。把該電機(jī)總成安裝在 測功機(jī)上，在總成控制器蓋板上安裝三向振動加速 度傳感器采集振動信號，在總成控制器蓋板前方安 裝麥克風(fēng)采集總成對外輻射的聲音信號。電機(jī)總成 臺架安裝見圖３

圖片來源：《公路與汽運(yùn)》期刊

采用臺架上測試極端工況中滿扭矩升速工況模 擬整車全油門加速工況，分別測試采用原蓋板和新 蓋板的電機(jī)總成各３組數(shù)據(jù)，選取外界干擾較小的測試數(shù)據(jù)各１組進(jìn)行對比分析，評價電機(jī)總成的NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）性能。原蓋板、新 蓋板臺架測試噪聲頻譜分別見圖４、圖５

圖片來源：《公路與汽運(yùn)》期刊

從圖４可看出：采用原蓋板時，在640\1600Hz 頻率附近存在２個明顯的共振帶。電機(jī)總成２４階噪 聲量級在中速段3500~6000r/min較大，對應(yīng)頻率 為1400~2400Hz；電機(jī)總成48階噪聲量級在低速 段1750~3000r/min較大，對應(yīng)頻率為1400~2400Hz；電機(jī)總成４８階噪聲量級在高速段6000~10000r/min較大，對應(yīng)頻率為4800~8000Hz。 

從圖５可看出：采用新蓋板時，640、1600Hz 附近共振帶消失。電機(jī)總成24階噪聲量級在中速 段3500~6000r/min較原蓋板有所改善；電機(jī)總成48階噪聲量級在低速段1750~3000r/min較原蓋板明顯改善；電機(jī)總成48階噪聲量級在高速段6000~10000r/min依然較大，無明顯改善。 

為更直觀地比較采用不同蓋板時電機(jī)總成的NVH性能，將２種蓋板頻譜圖中電機(jī)總成24階、 48階噪聲作階次切片進(jìn)行比較（見圖６、圖７）。

從圖６可看出：采用原蓋板時電機(jī)總成對外輻 射的24階噪聲在3500~6000r/min轉(zhuǎn)速段的信 噪比犚犕犛達(dá)到83dB（A），采用新蓋板時為72dB（A），比采用原蓋板時減少11dB（A），降噪效果 明顯。但采用新蓋板時24階噪聲在6000r/min上轉(zhuǎn)速段較采用原蓋板時無明顯改善。新蓋板24階噪聲在１６４０r/min轉(zhuǎn)速時的犚犕犛值為58dB（A），較原蓋板的81dB（A）減少23dB（A）。這 主要是因為電機(jī)24階1640r/min對應(yīng)的頻率為 656Hz，換新蓋板后，640Hz附近的共振帶消失，振 動減弱，進(jìn)而對外輻射噪聲減小。

從圖７可看出：采用原蓋板時電機(jī)總成對外輻 射的48階噪聲在1750~3000r/min轉(zhuǎn)速段的 犚犕犛值為80dB（A），采用新蓋板時為68dB（A）， 較原蓋板減少12dB（A），降噪明顯。但采用新蓋板 時電機(jī)總成48階噪聲在3000r/min以上轉(zhuǎn)速段較 原蓋板無明顯改善。新蓋板48階噪聲在８２０r/min轉(zhuǎn)速時的噪聲為51dB（A），較原蓋板的85dB（A）減少３34dB（A）。這主要是因為電機(jī)48階噪聲在820r/min轉(zhuǎn)速時對應(yīng)的頻率為656Hz，換新蓋板 后，640Hz附近的共振帶消失，振動減弱，進(jìn)而對外 輻射噪聲減小。 綜上，新蓋板對電機(jī)總成有較好的減振降噪效 果，其有效減振降噪作用頻率為中低頻段1400~2400Hz。

4、結(jié)論

針對一款研發(fā)中電機(jī)總成的NVH問題，從降 低噪聲輻射傳遞的角度，選用一款新型阻尼復(fù)合材料蓋板代替原鋁蓋板。試驗研究結(jié)果表明：新蓋板在中低頻段對降低電機(jī)噪聲輻射效果顯著，24階噪聲在該頻段降低11dB（A），48階噪聲在該頻段降低12dB（A），且由于蓋板模態(tài)的改變，原蓋板640Hz附近的共振帶消失，進(jìn)而使640Hz附近的噪聲明顯減小。采用該復(fù)合材料能顯著降低電機(jī)總成的 振動噪聲，該研究可為電機(jī)總成的振動噪聲改善提供一種新思路。

作者：高龍，毛鴻鋒，劉偉良，肖偉強(qiáng)，吳佐來，羅磊