电动汽车噪声控制措施研究.pdf

汽车论坛1552023.6电动汽车噪声控制措施研究常佳辉（石家庄铁道大学 河北 石家庄 050043）摘要：电动汽车在行驶过程中产生的噪声会在一定程度上影响驾乘人员的舒适度，因此对其进行研究具有一定的现实意义。该文对电动汽车噪声的产生原因进行深入分析，结合实际案例提出电动汽车内部噪声控制策略，以更好地降低电动汽车噪声，提升驾乘人员的舒适性。关键词：驱动机；噪声控制；电动汽车作者简介：常佳辉，石家庄铁道大学硕士研究生，研究方向为汽车行驶舒适度优化。随着科学技术水平的不断提升，机动车保有量迅速增加。在城市，汽车是环境噪声的主要来源之一，降低车辆噪声已经成为减少城市环境噪声的重要手段。自汽车诞生以来，各国对车辆噪声问题给予了高度重视，制定了很多法律法规、标准。当前，汽车噪声污染的相关标准已经达到了比较完善的水平，中国在 2002 年正式发布 GB 14952002汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法，对 M1 类汽车在行驶过程中的车外噪声进行了限制，即车外最大噪声声压级应当 74 dB，对应整车通过性噪声声压级应当 74 dB，发动机对应 1 m 声功率噪声应当 100 dB1。由此可见，汽车噪声法律规定的内容主要集中在车外噪声方面，对车内噪声的规定不多，但是车内噪声同样会严重影响驾乘人员的实际体验，存在诱发交通事故的现实风险。因此，本文主要对电动汽车车内噪声进行研究，以更好地提升电动汽车性能和驾乘舒适度。1 电动汽车车内噪声特点电动汽车车内噪声的主要来源包括驱动电机噪声、控制器噪声、空调风扇噪声、辅助电器噪声、传动系统噪声、路面轮胎噪声、车身振动噪声等。这些噪声主要通过空气传播、结构传播进入车身内部，进而影响驾乘人员的体验感2。与传统燃油汽车相比，电动汽车车内噪声主要存在 4 大特点。第一，性质不同。电动汽车动力电池质量较大，使得车身质量增加，而且在连接处更容易由于摩擦、异常等情况而出现噪声。第二，声学特性差异。电动汽车没有发动机、进排气系统，而这两个系统是传统车辆噪声的主要来源。这一变化是电动汽车整体噪声水平相对较低的核心原因。第三，噪声源分散。电动汽车比传统燃油汽车的噪声源分散，线束系统数量更多，这在一定程度上增加了噪声隔离的难度。第四，瞬态冲击振动与高频噪声比较突出。2 电动汽车内部噪声源2.1驱动电机噪声驱动电机噪声是电动汽车车内噪声的主要来源，具体可以分为空气动力噪声、电磁噪声、机械噪声。在不同工况下，噪声表现存在一定差异。比如，在高速运转工况下，主要噪声为空气动力噪声；在中低速运转工况下，主要噪声为电磁噪声。第一，空气动力噪声包括气体涡流噪声、笛鸣噪声，在实际行驶过程中很难有效进行消除。空气动力噪声功率可以通过公式进行计算：式（1）中，W为空气动力噪声功率，0为比声功率，v为转子表面圆周速度，c为声速，S为转子表面积。第二，电磁噪声是由电机气隙转子切割磁场产生径向力，从而使定子铁心、机座产生随时间周期性变化的振动、噪声，其功率计算公式：W=0 cS1v12 （2）式（2）中，0 c为空气声阻抗，S1为电机表面积，为辐射率，v1为电极表面法向振动速度的有效值。第三，机械噪声包括离心力导致的噪声及轴承噪声。其中，轴承噪声频率为 2 000 5 000 Hz。vcW=0()5.5 S汽车论坛156汽车测试报告表 1 路面类型与噪声之间的关系路面类型噪声级/d B光滑混凝土路面70光滑柏油路面72磨损混凝土路面72粗糙混凝土路面782.2轮胎路面噪声轮胎路面噪声指的是车辆在运行过程中，轮胎、路面二者摩擦产生的噪声，该噪声的种类包括 3 种。第一，空气噪声。在车辆运行过程中，轮胎花纹间隙的空气流动、轮胎周围的空气扰动会产生一定的噪声。第二，振动噪声。车辆轮胎胎体、花纹之间振动，会造成轮胎振动噪声。第三，路面噪声。在车辆行驶过程中，如果路面质量存在问题，比如粗糙不平，那么在与轮胎接触的过程中同样会产生噪声。路面类型与噪声之间的关系如表 1 所示。2.3传动系统噪声车辆传动系统主要包括变速箱、驱动桥、万向节等结构。在车辆运行过程中，这些结构同样会产生噪声，根本原因一般是旋转部件不平衡、齿轮啮合质量相对较差等。具体而言，产生的噪声主要包括 4 种。第一，车辆齿轮噪声，主要包括高频齿轮噪声与低频齿轮噪声。其中，高频齿轮噪声是由齿轮基节偏差引起的，属于主要齿轮噪声；而低频噪声是由齿轮积累误差引起的，属于次要部分。第二，轴承噪声。在车辆运行过程中，当滑动轴承的间隙增大时，油膜压力、轴承轴心轨迹会发生比较明显的变化，进而导致噪声增大。第三，传动轴噪声。第四，变速器、减速器、驱动桥噪声。2.4其他噪声除了上述噪声以外，纯电动汽车运行过程中还存在车身噪声、空调风扇噪声、真空泵电机噪声、雨刮系统噪声等，均需要对其进行控制。3 电动汽车噪声控制原理车辆在运行过程中，很多系统均会产生噪声。同时，车内噪声具有较强的复杂性，为了实现对噪声的有效控制，需要从噪声源、噪声传播途径、吸音 3 个角度对其进行综合分析。3.1噪声源角度从噪声源角度来看，电动汽车噪声控制包括 4个方面。一是驱动电机噪声控制。在高转速工况下，空气动力噪声较大，可以通过结构设计方式对此类噪声进行有效控制。第二，轮胎路面噪声。可以通过对轮胎结构、花纹、材质进行调整的方式进行降噪，比如改善橡胶材质。第三，传动系统噪声。可以利用改进齿轮、轴承、传动轴的结构形式，以及调整参数的方式进行降噪。第四，空调风扇噪声。通过调整空调风扇与散热器距离、风扇叶片形状优化等方式可实现降噪。3.2噪声传播途径角度可以从密封、隔音、隔振 3 个方面对电动汽车噪声进行控制，其具体思路有两个方面。第一，密封，即对车身噪声源进行适当密封。比如，如果车舱板壁上有一块总面积为的缝隙或孔道，其透射率分别为、s，那么隔音量可以通过公式进行计算：式（3）中，R为隔音量。一般情况下，缝隙处的透射率为 1，如果 1，那么 R为 10lgn。如果车身隔音量为 30 dB，那么必须使 n1 000，即面积。由此可知，密封隔音对于密封质量要求相对较高，必须对各种线路、管线口进行高质量的密封处理。第二，隔音，即在噪声源附近进行隔音，采用单层隔音材料，需要满足质量定律：TL20lgmf-42.5 （4）式（4）中，TL为损失传递，m为单位面积隔音材料的质量，f 为声波频率。第三，隔振。对于振动较为突出的位置，应当进行隔振处理，这也是汽车降噪的重要手段。例如，对驱动电机进行悬置处理。3.3吸音角度从吸音角度进行分析，可以通过铺设吸音材料的方式来实现。吸音材料吸音的基本原理为将声能转化为热能，主要包括 3 种类型。一是多孔材料，包括石棉、玻璃棉等。二是共鸣吸声体，一般指存在窄缝的板材。三是孔板结构体、膜状材料，比如箔、石膏板等。4 电动汽车噪声控制策略在实践中，电动汽车噪声控制是一项比较复杂的工程。本文结合实际情况，提出3种噪声控制策略。4.1对钣金件冲压加强筋部分电动汽车的横梁、钣金件一般是焊接在一（3）R=10lg (1-)+1nsn1汽车论坛1572023.6起的，车身、底盘之间并不存在减振装置，车身板件的厚度通常 2 mm，在运行过程中很容易产生噪声，因此可采用钣金件冲压加强筋的方式对其进行处理。第一，对车身结构模态的第三阶最大振幅区域进行冲压加强筋处理，该区域刚度通常较小。第二，对车身结构进行模态分析，发现车身第三阶模态从35.62 Hz 升高到 36.02 Hz。在同样电机振动、路面激励情况下，对驾驶员右耳处、后排乘员右耳处 A 计权声压级曲线进行计算，改进前后 A 计权声压级变化如表 2 所示。根据表 2 内容可知，在经过改进之后，整个车辆内部噪声得到了明显的降低。但是在 80 Hz 时，驾驶员右耳处声压级上升了 1.2 dB，原因为后地板区域对驾驶员处存在负的声贡献量。4.2粘贴阻尼片在车身板件声贡献量中，前地板声贡献量占比相对较大，可以对其进行增加阻尼处理，在前地板上铺设 3.5 mm 的沥青板。在同样电机振动、路面激励情况下，对驾驶员右耳处、后排乘员右耳处 A 计权声压级曲线进行计算，改进前后 A 计权声压级变化如表 3 所示。根据表 3 内容，在经过改进之后，整个车辆内部噪声存在降低趋势。虽然与钣金件冲压加强筋策略相比，其整体下降值相对较小，但是该方法成本相对较低，因此具有一定应用价值。4.3增加吸音材料增加吸音材料也是一种降低车内噪声的有效手段。在运行过程中，车内噪声主要包括直达声、反射声两种，增加吸音材料能够有效降低反射声的声量。技术人员可以在原车辆吸音材料的基础上，在顶盖处增强其吸音功能。在电机振动、路面激励相同的情况下，对驾驶员右耳处、后排乘员右耳处 A计权声压级曲线进行计算，改进前后 A 计权声压级变化如表 4 所示。根据表 4 内容，在经过改进后，整个车辆内部噪声存在降低趋势。频率较低时，噪声降低幅度较小；在 120 Hz 之后，噪声降低幅度开始逐渐增大。由此可知，增加吸音材料对于降低高频噪声具有相对较好的效果。5 结束语对电动汽车噪声源、噪声控制原理进行分析，采取对钣金件冲压加强筋、粘贴阻尼片、增加吸音材料 3 种方式进行噪声控制，并通过模拟方式证明了上述方法的可行性，具有一定的理论参考价值。参考文献：1 于东海,陈川,琚学振.汽车设计中轮胎低温大转向角工况粘滑噪音分析研究 J .新型工业化,2 0 2 1(1 1):1 9 1-1 9 3.2 张娜,杨春华,赵渊博.某汽车空调风机噪音问题的分析与改善 J .汽车电器,2 0 2 1(7):7 6-7 7,7 9.表 2 改进前后 A 计权声压级变化频率/Hz改进前的 A计权声压级/d B 改进后的 A计权声压级/d B驾驶员右耳后排乘员右耳 驾驶员右耳后排乘员右耳2037.543.236.242.33035.437.234.236.18053.254.254.452.315066.463.565.162.1表 3 粘贴阻尼片前后 A 计权声压级变化频率/Hz改进前的 A计权声压级/d B 改进后的 A计权声压级/d B驾驶员右耳后排乘员右耳 驾驶员右耳后排乘员右耳2037.543.237.442.63035.337.235.337.18053.254.252.454.115070.363.469.462.8表 4 增加吸音材料前后 A 计权声压级变化频率/Hz改进前的 A计权声压级/d B 改进后的 A计权声压级/d B驾驶员右耳后排乘员右耳 驾驶员右耳 后排乘员右耳8053.854.953.254.410049.348.549.248.312056.657.755.457.315070.363.469.462.820064.770.963.769.2