電動汽車驅(qū)動總成噪聲測試分析

吳 剛

Wu Gang

（安徽江淮汽車技術(shù)中心 安徽 合肥 230601）

電動汽車驅(qū)動總成噪聲測試分析

吳 剛

Wu Gang

（安徽江淮汽車技術(shù)中心 安徽 合肥 230601）

文中從研究電動汽車驅(qū)動總成噪聲測試分析的必要性入手，介紹了電動汽車驅(qū)動總成噪聲測試臺架搭建及試驗方法，對其在恒速工況及加速工況下不含變速箱和含變速箱的噪聲性能進(jìn)行了對比分析，并給出了結(jié)論，對驅(qū)動總成的噪聲性能優(yōu)化和整車NVH品質(zhì)提升具有重要的指導(dǎo)意義。

電動汽車；驅(qū)動總成；噪聲；測試分析

0 引 言

電動汽車作為新能源汽車的一個重要發(fā)展方向，得到國內(nèi)外各大主機廠和研究機構(gòu)的廣泛研究。電動汽車驅(qū)動總成由驅(qū)動電機及變速箱組成，由于與傳統(tǒng)汽車存在著明顯的區(qū)別，對其噪聲測試分析，識別出不同工況下的噪聲源，對驅(qū)動總成的噪聲性能優(yōu)化和整車NVH品質(zhì)提升具有重要的指導(dǎo)意義。

1 試驗方法

為測試分析驅(qū)動總成中驅(qū)動電機本身及電機帶變速箱整體的噪聲性能差異，可如圖1及圖2所示，分別搭建電機噪聲測試臺架及電機帶變速箱驅(qū)動總成噪聲測試臺架，并且都選取被測電機的中部（P1點）、被測電機的后端部（P2點）以及被測電機的輸出軸連接處（P3點）3個點進(jìn)行測試。試驗工況如表1所示，設(shè)定了不同的負(fù)載，進(jìn)行恒速、加速工況試驗，分別在含變速箱和不含變速箱時進(jìn)行測試，并記錄相應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)。

表1 驅(qū)動總成噪聲測試工況表

續(xù)表1

2 試驗分析

2.1 恒速工況分析

分析加入變速箱前、后系統(tǒng)噪聲的變化，以恒速1工況為例進(jìn)行說明。

2.1.1 時域分析

信號平穩(wěn)階段，對其時域聲壓信號分析如圖3。

2.1.2 頻域分析

取信號的平穩(wěn)階段作頻譜分析，如圖4所示。

2.1.3 時頻分析

取噪聲信號利用短時傅里葉變換進(jìn)行時頻分析，如圖5所示。

由信號的頻譜圖和時頻圖可以看出：噪聲信號在231 Hz、9 936 Hz、19 825 Hz、20 149 Hz出現(xiàn)峰值，在測點P1處19 825 Hz、20 149 Hz出現(xiàn)較大峰值，表現(xiàn)為高頻尖叫噪聲；在P2、P3測點處噪聲表現(xiàn)為低頻噪聲。

2.1.4 影響因素分析

1）轉(zhuǎn)速對系統(tǒng)噪聲聲壓級水平的影響

在負(fù)載為30 N·m情況下，研究轉(zhuǎn)速對整體聲壓級的影響，如表2及圖6所示。

表2 有無變速箱在不同轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)噪聲水平

由圖6可知，隨轉(zhuǎn)速增加，聲壓級整體呈上升趨勢。但是加變速箱的系統(tǒng)，在3 500～4 600 r/min 段，聲壓級有降低的現(xiàn)象。加變速箱的系統(tǒng)噪聲水平總體高于不加變速箱系統(tǒng)。

2）加變速箱前、后系統(tǒng)的噪聲信號峰值頻率的變化對比加入變速箱的恒速工況1 150 r/min、30 N·m，分析加入變速箱對系統(tǒng)的影響。不加入變速箱與加入變速箱的系統(tǒng)噪聲信號峰值頻率如表3所示。

表3 加變速箱前、后系統(tǒng)噪聲信號峰值頻率

由于測試電機為8極48槽永磁同步電機，故電流頻率f0=pn/60=153.33 Hz；轉(zhuǎn)矩波動頻率fT= 6f0= 920 Hz。其中156.2 Hz、468.5 Hz、936.9 Hz 分別對應(yīng)于電流頻率基頻、3倍頻、6倍頻。可見，噪聲信號中出現(xiàn)的峰值頻率與電流頻率存在一定的對應(yīng)關(guān)系，且某些峰值頻率呈現(xiàn)倍頻關(guān)系。在加變速箱的系統(tǒng)中，噪聲信號中730 Hz左右分量的幅值最大，對系統(tǒng)的噪聲有較大影響。

2.2 加速工況分析

分析加入變速箱前、后系統(tǒng)在加速工況下噪聲的變化。

2.2.1 時域分析

噪聲信號時域圖如圖7所示。

2.2.2 時頻分析

噪聲信號時頻圖如圖8所示。

由P1點噪聲時頻圖可以看出：轉(zhuǎn)速比較低時，以低頻噪聲為主（4 000 Hz以內(nèi)），隨著轉(zhuǎn)速升高，高頻成分噪聲凸顯，頻帶變寬；可以看出從第4s往后，10 000 Hz和20 000 Hz成分噪聲比較大，在12～14 s和15～17 s區(qū)域噪聲比較大且噪聲頻帶比較寬；在0～7 000 Hz范圍內(nèi)出現(xiàn)一些明顯的階次曲線，這些曲線上噪聲幅值比較大。由P2點噪聲時頻圖可以看出：轉(zhuǎn)速比較低時，以低頻噪聲為主（3 000 Hz以內(nèi)），隨著轉(zhuǎn)速升高，高頻成分噪聲凸顯，頻帶變寬；在12～14 s和15～17 s區(qū)域噪聲比較大且噪聲頻帶比較寬；在0～6 000 Hz范圍內(nèi)出現(xiàn)一些明顯的階次曲線，在這些曲線上噪聲幅值比較大。由P3點噪聲時頻圖可以看出：轉(zhuǎn)速比較低時，以低頻噪聲為主（2 000 Hz以內(nèi)），隨著轉(zhuǎn)速升高，高頻成分噪聲凸顯，頻帶變寬；在12～14 s和15～17 s區(qū)域噪聲比較大且噪聲頻帶比較寬；在0～6 000 Hz范圍內(nèi)出現(xiàn)一些明顯的階次曲線，在這些曲線上噪聲幅值比較大。

2.2.3 影響因素分析

1）負(fù)載影響分析

系統(tǒng)在300～7 000 r/min加速工況下，負(fù)載對整體聲壓級的影響進(jìn)行分析，具體如表4及圖9所示。

表4 負(fù)載對噪聲的影響

由以上數(shù)據(jù)及曲線可知，噪聲水平基本隨著負(fù)載的增加而增大，P2點處的噪聲水平在140 N·m處略有下降。

2）變速箱的影響

如下表5為負(fù)載一定情況下變速箱對300-7 000 r/min加速工況下噪聲水平的影響。

由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)無變速箱時噪聲水平基本上是下降的。

3 總 結(jié)

通過以上對電動汽車驅(qū)動總成噪聲測試分析，可做以下總結(jié)：加入變速箱后，在加速、恒速工況下系統(tǒng)的噪聲更加明顯。無變速箱系統(tǒng)噪聲的峰值頻率與電流頻率及其倍頻有著很好的對應(yīng)關(guān)系，而加入變速箱后，噪聲信號的峰值頻率改變，并且峰值頻率對電流頻率的相關(guān)性變?nèi)?。加速工況下，始終存在10 000 Hz、20 000 Hz的高頻噪聲，影響系統(tǒng)的NVH性能，推測是由于系統(tǒng)固有特性導(dǎo)致的。加速工況下，可以看到信號存在明顯的階次關(guān)系，與電磁力激勵各階次相對應(yīng)。

[1]徐國凱，趙秀春，蘇航. 電動汽車的驅(qū)動與控制[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[2]A. Ruiz-Gonzalez，M. J.Meco-Gutierrez，F(xiàn). Perez-Hidalgo，et al,“Reducing acoustic noise radiated by inverter-fed induction motors controlled bya new PWM strategy，” IEEE Trans. Ind. Electron.，vol. 57，no. 1，pp. 228–236，Jan. 2010.

[3]K. K. Tse，H. S.-H.Chung，S. Y. R. Hui，et al, “Acomparative study of carrier-frequency modulation techniques for conducted EMI suppression in PWM converters，” IEEE Trans. Ind. Electron.，vol. 49，no. 3，pp. 618–627，Jun. 2002.

U469.72:U467.4+93

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2014-04-08

1002-4581（2014）04-0035-04