某纯电动轿车低速轰鸣声排查及改进.pdf

湖北汽车工业学院学报Journal of Hubei University of Automotive Technology第 37 卷第 2 期2023 年 6 月Vol.37 No.2Jun.2023doi：10.3969/j.issn.1008-5483.2023.02.003某纯电动轿车低速轰鸣声排查及改进邢维者，张琪，何凯欣，公培良（合创汽车科技有限公司，广东 广州 511434）摘 要：以某纯电动轿车为研究对象，运用频谱分析、阶次分析、模态分析方法，明确低速轰鸣声频率为78 Hz、声压级为38.6 dB(A)。测试分析结果表明轰鸣声与电驱阶次激励、电驱总成刚体模态和声腔模态耦合相关。考虑整车开发的周期及成本，改进电驱总成刚体模态，实现电驱总成刚体模态与车内声腔模态解耦，降低声腔模态激励频率振动幅值。客观测试78 Hz声压级由38.6 dB(A)降至28 dB(A)，主观评价轰鸣声明显改善。关键词：阶次激励；电驱总成；刚体模态；声腔模态中图分类号：U467.4+93文献标识码：A文章编号：1008-5483（2023）02-0013-04Investigation and Improvement of Low-speedBooming of an Electric VehicleXing Weizhe,Zhang Qi,He Kaixin,Gong Peiliang（HYCAN Automotive Technology Co.Ltd,Guangzhou 511434,China）Abstract：An electric vehicle was taken as the research object,and its low-speed booming frequencyand sound pressure level were determined to be 78 Hz and 38.6 dB(A),respectively,by applying spectral analysis,order analysis,and modal analysis methods.The test and analysis results show that thebooming is related to the order excitation of the electric drive and the coupling between the rigid bodymode of the electric drive assembly and the acoustic cavity mode.In view of the cycle and cost of developing a whole vehicle,the rigid body mode of the electric drive assembly was improved to decouple therigid body mode of the electric drive assembly and the interior acoustic cavity mode,and the vibrationamplitude of the excitation frequency of the acoustic cavity mode was reduced.In the objective test,thesound pressure level of 78 Hz was reduced from 38.6 dB(A)to 28 dB(A),and the subjective evaluationof the booming was significantly improved.Key words：orderexcitation;electricdriveassembly;rigidbodymode;acousticcavitymode收稿日期：2022-11-22；修回日期：2023-02-20第一作者：邢维者（1989-），男，硕士，工程师，从事整车NVH方面的研究。E-mail：汽车NVH性能作为舒适性评价的重要指标之一，受到越来越多消费者的关注1。纯电动车与传统燃油车相比，电驱系统取代了传统内燃机，不会有发动机的嘈杂噪声，意味着电动车缺少了传统燃油发动机噪声的掩蔽效应。从心理声学来讲，电动车的部分噪声会被暴露和放大，凸显出原本不被在意的噪声，引起客户的抱怨2。这给电动车NVH性能设计提出了新的挑战。轰鸣在传统燃油车上是常见的车内噪声3-4。颜伏伍等通过优化横向稳定杆弯曲模态频率，避开发动机在1700 rmin的2阶激励频率，消除了后排的轰鸣噪声5。李响等通过在前副车架动力总成后悬置处安装动力吸振器，2023年6月湖北汽车工业学院学报抑制了发动机2040 rmin的激励，消除了后排轰鸣声6。王媛文等提出了多种降低扭转交变力矩的方法减小传动系扭振，降低了低转速车内轰鸣问题7。以上研究结果多基于传统燃油车，对于纯电动车行驶过程中的轰鸣声研究鲜有报道。文中针对某前置前驱纯电动轿车，通过噪声数据的采集和滤波分析方法识别出引起车内轰鸣的频率；通过测试分析引起车内轰鸣的激励源和响应点；从经济性的角度出发，对零部件进行改进，解决低速行驶车内轰鸣问题。1车内轰鸣声测试与分析某前置前驱纯电动轿车在平整的沥青路上低速行驶，后排乘客感知到压耳声，该现象在业内称作“轰鸣”。为客观研究该问题，采用噪声测试设备进行测试，在右后乘客左耳上布置噪声传感器，测点位置见图1。低速工况下，测试得到车速上升与车内噪声的三维频谱图，如图2所示。当车速达到7 kmh，噪声频率为78 Hz时能量较高。为量化具体的声压级，将7 kmh车速下的数据进行频谱分析，如图3所示，78 Hz声压级为38.6 dB（A），相比43 Hz高出8.6 dB（A）。将原始的噪声数据进行回放，通过带阻滤波器将78 Hz滤除，主观评价轰鸣声消除，说明该轰鸣声与78 Hz峰值相关。2问题排查及分析前期排查过程中，关闭压缩机、调节冷却水泵占空比、关闭鼓风机、不同车速、放倒后排座椅，分别进行评价，结果如表1所示。初步判定轰鸣声与压缩机、水泵及鼓风机无关。不同车速和放倒后排座椅的评价结果显示轰鸣声发生变化，而车速的变化与电驱总成转速和驱动轴转速相关，放倒后排座椅后车内声腔模态频率发生改变。因此，问题点与电驱总成、驱动轴及车内声腔模态相关。表1 评价效果评价方案关闭压缩机关闭鼓风机不同车速结论无效果无效果有效果评价方案调节水泵占空比放倒后排座椅结论无效果有效果2.1 激励源分析测试分析表明78 Hz为引起车内轰鸣的主要频率，并与电驱总成及驱动轴有关联。通过测试电驱总成及驱动轴的振动特性，识别振动源头。车辆动力总成采用三点悬置布置，驱动轴与电驱总成差速器相连。采用三向加速度振动传感器对相应系统进行测试，包括左悬置主动侧、右悬置主动侧、后悬置主动侧、左轴节及右轴节，部分测点位置见图4，采集的数据见图5。驱动轴轴节振动并无明显的78 Hz峰值，说明驱动轴不是造成车内轰鸣的激励源。动力总成主动侧振动数据表明，各悬置均存在78 Hz峰值，其中左悬置及右悬置X向较明显，后悬置Z向较明显，振动与车内轰鸣具有较强的相关性，因此认为激励源为电驱总成。图1 右后乘客左耳测点位置1210864204008012016020045403530频率/Hz声压级/dB（A）车速/（kmh-1）问题频率图2 车内噪声三维频谱图504030201000300500频率/Hz声压级/dB（A）100200400图3 车速7 kmh车内噪声频谱图a 轴节测点b 左悬置主动侧测点c 后悬置主动侧测点d 右悬置主动侧测点图4 部分振动测点位置 14第37卷 第2期前期评价显示，当电驱转速（车速）变化时，车内轰鸣声有明显改善。为查明原因，对电驱本体转速上升过程的振动响应进行测试，测点位置如图6所示。选取振动能量最突出的Z向数据进行分析，结果如图7所示，电驱转速上升过程中，电驱本体的7.9阶激励经过550620 rmin时的振动幅值增大，而该转速对应的车速为67 kmh，振动幅值增大的频率为7281 Hz。为研究电驱总成在550620 rmin内振动幅值增大的原因，根据以往经验，电驱总成的刚体模态可能为7281 Hz。对电驱总成的刚体模态进行测试，结果如图8所示，其中Pitch模态为76 Hz，因此可以确定，电驱本体的7.9阶在转速达到550620rmin时激励起电驱本体Pitch刚体模态，导致振动幅值增大。2.2 响应点分析根据放倒后排座椅的验证结果，车内声腔模态可能是引起车内轰鸣的主要原因之一。对该车声腔进行有限元建模并分析，以确定声腔模态的频率。声学单元的理想尺寸是每个波长至少6个单元8。考虑计算精度和频率范围，单元长度为0.50.1 m，采用四面体网格，对声腔模型进行离散处理，单元数为53 960个，节点数为249 862个，处理器软件为HyperMesh，求解器为Nastran，分析结果如图9所示。78 Hz的声腔伸缩模态与车内轰鸣声a 后悬置主动侧b 右悬置主动侧c 左悬置主动侧d 轴节X向Y向Z向图5 悬置主动侧及驱动轴振动分析0.20.10.00306090120150200频率/Hz加速度/（ms-2）0.20.10.00306090120150200频率/Hz加速度/（ms-2）0.20.10.00306090120150200频率/Hz加速度/（ms-2）0.20.10.00306090120150200频率/Hz加速度/（ms-2）图6 电驱本体振动测点9007506004503005001001502000.30.20.10.0频率/Hz加速度/（ms-2）电机转速/（rmin-1）图7 振动测结果a Lateral：16.0 Hzb Fore：23.5 Hzc Bounce：25.8 Hzd Roll：28.3 Hze Yaw：32.1 Hzf Pitch：76.3 Hz图8 电驱总成刚体模态测试结果a 78 Hz伸缩模态b 110 Hz剪切模态图9 车内声腔模态分析结果邢维者，等：某纯电动轿车低速轰鸣声排查及改进 152023年6月湖北汽车工业学院学报频率一致，且后排振幅较大。当车速达到7 kmh时，电驱总成的7.9阶激励被电驱总成的刚体模态放大，刚体模态频率与车内声腔模态频率耦合引发共振，导致车内轰鸣。3改进方案及验证基于激励源及响应点的主观评价与客观测试结果，提出3种改进方案，如表2所示。声腔模态与整车造型、车内空间、人机尺寸及布置相关，往往在前期就已确定，后期基本没有改进的空间9，因此方案1不可行。该款电驱总成在其他车型已经量产，并且优化电驱本体需做大量的验证试验，方案2无法满足整车量产节点要求。改进电驱总成的刚体模态，通过调节悬置胶料的硬度改变悬置的静刚度10，且不会增加成本，验证周期满足整车量产节点，因此选择方案3进行优化。表2 改进方案方案方案1方案2方案3结论改进声腔模态降低电驱总成7.9阶激励改进电驱总成刚体模态刚体模态的测试结果表明，与声腔模态耦合的刚体模态为Pitch模态。Pitch模态与后悬置的刚度相关性较大，可以通过提高或者降低后悬置的静刚度，调整刚体模态。目前后悬置的刚度已经达到现有结构橡胶硬度可调范围内的最大值，如需继续提高后悬置刚度，需要改进结构，将造成成本上涨和周期延长，无法满足开发要求。降低后悬置的刚度，除了考虑刚体模态与声腔模态解耦外，还需要兼顾悬置刚度降低带来的整车耐久性问题。后悬置橡胶硬度下调10%，降低后悬置的静刚度，可满足上述2点要求。将上述方案进行实车验证，实车测试动力总成的刚体模态频率如表3所示。改进后悬置刚度，动力总成Pitch模态从原状态76.3 Hz降低到66.5 Hz，实现与声腔模态避频。客观测试结果如图10所示，78 Hz峰值噪声较原状态降低了10 dB（A），实车评价后排轰鸣声已消除。改进的后悬置通过耐久性试验，满足量产要求。4结论针对纯电动轿车低速行驶后排轰鸣问题，采用多种NVH测试及分析相结合的方法对问题点进行综合排查。测试结果表明电驱总成的刚体模态与车内声腔模态耦合，电驱的阶次激励被刚体模态放大，与车内声腔模态耦合引发共振，导致车内轰鸣。基于测试结果提出并分析3种改进方案的可行性，选择降低后悬置静刚度，改进电驱总成刚体模态，实现电驱总成刚体模态与声腔模态解耦，消除车内轰鸣音。参考文献：1庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动：理论与应用 M.北京：北京理工大学出版社，2006.2祝丹晖，杨乐，Charles Zhang.基于某纯电动车的低频制动噪声优化研究 J.汽车工程，2021，43（9）：1411-1417.3程栏，兰靛靛，黄玉辉.传递路径分析方法在车内轰鸣声问题中的应用 J.厦门理工学院学报，2018，26（1）：14-18.4闫亮.某SUV车身轰鸣解决方案 J.汽车实用技术，2020，45（20）：51-53，60.5颜伏伍，郑灏，卢炽华，等.微型客车轰鸣噪声源的识别与控制 J.汽车工程，2015，37（4）：446-450.6李响，周鋐.动力吸振器在轿车低频轰鸣声控制中的应用 J.汽车技术，2015（1）：9-12.7王媛文，董大伟，鲁志文，等.传动系扭振引起的车内轰鸣声实验 J.振动 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