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某電動汽車噪聲分析及優(yōu)化

2018-02-27 12:24:19·  
　
前言隨著能源危機的日益凸現(xiàn)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的不斷發(fā)展，客戶對電動汽車性能提出了更多的指標，噪聲振動性能越來越備受關注，成為影響電動汽車品牌的一項重要指標。1 介紹本文通過使用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
前言
    
隨著能源危機的日益凸現(xiàn)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的不斷發(fā)展，客戶對電動汽車性能提出了更多的指標，噪聲振動性能越來越備受關注，成為影響電動汽車品牌的一項重要指標。
 
1 介紹
    
本文通過使用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
    某電動汽車驅動系統(tǒng)設計具有以下特點：
    (1)電機通過固定速比減速器驅動車輪
    (2)電機、電機控制其及減速器集成化設計，布置緊湊
    (3)三點懸置（如圖1）
某電動汽車動力總成懸置圖  
    圖1 某電動汽車動力總成懸置圖
    
2.2 噪聲源測試實驗及噪聲特性分析
    
要有效的識別噪聲源，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，來達到明確識別噪聲源的目的。下表顯示的是根據(jù)電動汽車的工作原理以及其發(fā)聲特點，對電動汽車不同運行方式產(chǎn)生的噪聲進行了測試分析。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）車輛勻速行駛車內噪聲和熄火滑行車內噪聲
    
表1 車輛勻速行駛和熄火車內噪聲 單位：dB（A）
車輛勻速行駛和熄火車內噪聲  
    
分析：勻速比滑行車內噪聲大0.8～3.4dB（A），胎噪、風噪和路噪是勻速車內噪聲的主要噪聲源
    
（2）全負荷加速后右車內噪聲
全負荷加速后右車內噪聲  
    圖2 全負荷加速后右車內噪聲
    
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階噪聲是由減速器第二對嚙合噪聲，300Hz噪聲主要是由電池風扇引起的。
  
（3）駐車背景噪聲、真空泵噪聲和電池風扇噪聲
表2 駐車關鍵部件噪聲 單位：dB（A）
駐車關鍵部件噪聲
駐車噪聲1/3倍頻程頻譜圖
    圖3 駐車噪聲1/3倍頻程頻譜圖
    
結論：電池風扇噪聲是駐車時車內的主要噪聲源，主要峰值集中在300Hz附近，其它部件噪聲對整車噪聲影響很小。
    
（4）總結
    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：
    1)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）
    2)電池風扇噪聲（駐車的主要噪聲源，勻速行駛的次要噪聲源）
    3)路噪、胎噪和風燥（勻速行駛的主要噪聲源，全負荷加速的次要噪聲源）
    4)懸置內外圈接觸，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
    （1）通過車內噪聲數(shù)據(jù)確定傳遞路徑。
車內噪聲與電機噪聲型譜
    圖4 車內噪聲與電機噪聲型譜
    
結論：駕駛員右耳的噪聲峰值在電機688rpm、1300rpm，而電機近場噪聲峰值在電機978rpm、1246rpm、1972rpm、2449rpm和3097rpm，因此電機輻射噪聲不是駕駛員右耳噪聲峰值的主要來源；在轉速688rpm時，左懸置傳遞的振動較大，在轉速1300rpm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構傳遞的。

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
    
由圖二噪聲型譜可以判定8.17階是主要噪聲源，8.17階噪聲來源分析：
    
減速器齒輪嚙合原理：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階噪聲是由減速器第二對嚙合噪聲。
    
電動汽車減速器與普通手動檔變速箱工作情況完全不同，電動汽車用減速器工作轉速較高，一般在4000rpm以上運行，而且扭矩較大。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）。
8.17階齒輪噪聲消失
    圖5 8.17階齒輪噪聲消失
 
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：電流旋轉一周要經(jīng)過24個導線，因此轉子每每旋轉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，確定了電機的定位力矩和電磁波動轉矩是引起振動與噪聲的主要原因。因此，采取了減小齒冠開槽來減小電磁轉矩波動的措施，通過試驗驗證采用減小齒冠開槽有效的抑制了電機的振動和噪聲。
    
3.3 懸置系統(tǒng)分析及優(yōu)化
    
通過圖四車內噪聲數(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，致使懸置內外圈接觸，隔振性能較差，增加剛度使懸置內外圈分離，提高隔振性能。下表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)
懸置系統(tǒng)優(yōu)化前后對比數(shù)據(jù)  
    注：評價車速40km/h、50km/h和60km/h。
    
結論：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 結論
    
通過上述電動汽車噪聲的研究，以及對噪聲源地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噪聲的原理和方法的研究，主要得到以下幾個結論：
    (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的傳遞主要途徑，合理設計和優(yōu)化匹配懸置中的橡膠軟墊對降低對車內噪聲影響非常重要。
    (3)汽車設計中必須注意振源、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。
 
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