[摘要]針對純電動汽車電機(jī)噪聲在整車上的聲學(xué)特征，介紹了在整車上測量電機(jī)噪聲的測點布置及測量工況，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識別并驗證電機(jī)噪聲成分。分析比較了不同測試工況下的電機(jī)階次噪聲，選取具有代表意義的急加速工況進(jìn)行電機(jī)噪聲分析，給出了電機(jī)階次噪聲的主客觀評價方法。文中介紹的電機(jī)噪聲測試和分析方法具有重要的工程應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞
：電動汽車、電機(jī)、噪聲
由于能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益突出,不少國家已經(jīng)公布了停售傳統(tǒng)燃油汽車的時間表，各大汽車廠商正在開發(fā)越來越多的電動汽車，消費者在選購電動汽車時，對乘坐舒適性的要求也越來越高。電動汽車的電機(jī)噪聲是影響乘坐舒適性的關(guān)鍵性能指標(biāo)。相對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速高、力矩波動大的特點，而其引發(fā)的振動和噪聲具有中高頻成份占比大的特點。由于缺少了發(fā)動機(jī)噪聲的掩蓋，電機(jī)噪聲尤為突出。
近年來，國內(nèi)外學(xué)者對電動汽車電機(jī)噪聲進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[1]研究了某電動車急加速過程中電機(jī)噪聲，文獻(xiàn)[2]研究了電動車勻速工況時車內(nèi)噪聲的聲品質(zhì)，文獻(xiàn)[3]采用電機(jī)轉(zhuǎn)速信號的諧波來合成掩蔽聲場，從而提高車內(nèi)噪聲的聲品質(zhì)。本文系統(tǒng)介紹了電動汽車電機(jī)噪聲的測試及分析方法。
測點需要包含電機(jī)艙和乘員艙電機(jī)噪聲，電機(jī)總成支撐的振動以及傳動軸轉(zhuǎn)速，如圖1所示。
表1列出了各個測點的所測量的信號種類、位置及名稱。
1到6號麥克風(fēng)用來測量乘員艙的電機(jī)噪聲，為客觀反映人耳在車內(nèi)聽到的聲音，當(dāng)副駕駛和后排沒有乘客時，需要在座椅上增加人工頭用來模擬人的頭部，麥克風(fēng)分別布置在人工頭的左右兩側(cè)。人工頭在整車上的安裝情況如下圖2所示：
7號麥克風(fēng)用來測量電機(jī)近場噪聲，在后期數(shù)據(jù)分析時也需要通過近場噪聲來識別來自電機(jī)的噪聲成分。8到13號加速度傳感器用來分析電機(jī)總成懸置系統(tǒng)的三個支撐對電機(jī)振動的隔振效果，同時可以分析乘員艙電機(jī)噪聲是來自固體聲還是空氣聲。14 號光電傳感器用來測量傳動軸的轉(zhuǎn)速，然后通過傳動比換算到電機(jī)轉(zhuǎn)速，光電傳感器的布置如圖3所示：
根據(jù)用戶的駕駛習(xí)慣，測量工況通常包含下面四個工況。
電機(jī)噪聲主要來源于轉(zhuǎn)子不平衡及軸承振動引起的機(jī)械噪聲，散熱風(fēng)扇引起的空氣動力噪聲以及電磁力引起的電磁噪聲，其中電磁噪聲是電機(jī)噪聲的主要成分，根據(jù)實際的工程案例分析，發(fā)現(xiàn)定子齒槽引起的齒諧波噪聲是電磁噪聲的主要成分，齒諧波噪聲的頻率：
式中，i為諧波次數(shù)，Q為齒槽數(shù)，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。
從公式可知，如果知道了電機(jī)定子齒槽數(shù)，就可以通過公式計算哪些頻率成分是來自電機(jī)，但對于競爭車型的電機(jī)，通常是無法獲取電機(jī)定子齒槽數(shù)，這就需要通過測試數(shù)據(jù)的分析來識別。
以某一車型的電機(jī)噪聲為案例進(jìn)行分析，圖4是勻加速的工況時乘員艙左前外耳處噪聲的坎貝爾圖，橫坐標(biāo)是傳動軸的轉(zhuǎn)速，通過回放得到抱怨的噪聲是541.5階的階次噪聲，首先和電機(jī)近場噪聲比較，如圖5所示，可以看出電機(jī)近場的541.5階次噪聲明顯，初步判斷此階次噪聲來自電機(jī)。
同時變速箱的傳動比通常為8到10 之間，如橫坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為電機(jī)驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速，則圖中的階次噪聲為54 階次到 68 階次，目前主流電機(jī)的齒槽數(shù)為48,60 和72，可判斷此階次噪聲來自60 齒槽的電機(jī)。后期證實電機(jī)定子齒槽為60 齒，驗證了電機(jī)噪聲識別方法的有效性。
圖6到圖9為某一車型四個工況乘員艙左前外耳麥克風(fēng)的測試數(shù)據(jù)，通過對比可知，急加速時工況最惡劣，對應(yīng)的電機(jī)階次噪聲最大。同時，相對于30S勻加速，急加速測試工況的加速過程更容易控制，能保證測試數(shù)據(jù)的一致性。所以選取具有代表意義的急加速作為評價工況。
采用客觀評價和主觀評價相結(jié)合的方法對電機(jī)階次噪聲評價，客觀評價包含階次噪聲的相對值評價和絕對值評價，相對值評價是通過比較電機(jī)階次噪聲的聲壓級和總聲壓級來判斷階次噪聲在總聲壓級中是否明顯，其中總聲壓級包含電機(jī)階次噪聲和背景噪聲。當(dāng)電機(jī)階次噪聲的聲壓級比總聲壓級小5dB時，則說明電機(jī)噪聲相對于總聲壓級不明顯，反之則需要優(yōu)化。
以某一車型的電機(jī)噪聲為例，傳動軸為參考軸時，電機(jī)階次噪聲為582階，在整個加速過程中獲得582階的聲壓級，電機(jī)階次噪聲的階次寬度為階次的2%，包含電機(jī)階次噪聲和背景噪聲的總聲壓級階次寬度為階次的26%，得到的聲壓級比較如圖3所示，當(dāng)傳動軸轉(zhuǎn)速在760RPM時，電機(jī)階次噪聲的聲壓級僅比總聲壓級低3.4dB，目標(biāo)是比總聲壓級低5dB，所以 此轉(zhuǎn)速下電機(jī)噪聲是潛在的抱怨點。
絕對值評價方法是將待評價的車型電機(jī)階次噪聲和其他車型的電機(jī)階次噪聲比較，判斷該車型相對于其他車型是否有競爭優(yōu)勢。如圖11 所示，得到四個車型的電機(jī)階次噪聲，以待評價的車型A為例，相對于其他三個競爭車型，明顯比車型B和車型C有聲學(xué)優(yōu)勢，比車型D相比略有聲學(xué)優(yōu)勢。總體來看，該電機(jī)階次噪聲是同類型車型中最具競爭力的。
主觀評價是電機(jī)階次噪聲客觀評價方法的依據(jù)，也是最終的接受標(biāo)準(zhǔn)，打分標(biāo)準(zhǔn)見表1。
按照表3的打分標(biāo)準(zhǔn)對圖11 涉及到的四種車型進(jìn)行主觀評價并打分，得到表4的主觀評價結(jié)果，結(jié)果和圖11 的客觀測量數(shù)據(jù)吻合。
4 結(jié)語
基于純電動汽車電機(jī)噪聲在整車上的聲學(xué)特征，首先介紹了電動汽車電機(jī)噪聲的測試方法，包含測點布置和測試工況然后介紹了電機(jī)噪聲的分析方法，包含電機(jī)噪聲的識別，電機(jī)噪聲的客觀評價和主觀評價方法。本文介紹的電機(jī)噪聲的測試和分析方法可應(yīng)用于電機(jī)的開發(fā)和驗證工作。
作者：嚴(yán)小俊，趙要珍，曹誠，馬扎根
作者單位：上汽大眾汽車有限公司
來源：2018汽車NVH控制技術(shù)國際研討會論文集
