基于傳遞路徑的電驅總成的噪聲分析及優化

阮詩頌，王淵明，裴永生，徐瀟寒

(1.燕山大學車輛與能源學院，河北秦皇島066004;2.河北省特種運載裝備重點實驗室，河北秦皇島 066004;3. 秦皇島煙草機械有限責任公司，河北秦皇島 066004;4. 東風商用車有限公司，湖北武漢 430000)

0 引言

純電動車NVH性能主要由車身NVH性能、電驅總成NVH性能、底盤NVH性能以及電器件的NVH性能等一系列組成，作為純電動汽車的動力來源，由電機與減速器組成的電驅總成的NVH性能是評價純電動車NVH性能非常重要的指標。汽車NVH性能包括噪聲(Noise)、振動(Vibration)與聲品質(Harshness)三大方面[1]。相比于傳統的內燃機，人們往往認為純電動汽車的噪聲會有很大的改善，但是從NVH聲品質角度而言，高轉速、大扭矩的電機特性導致的高頻電磁嘯叫聲使動力總成的噪聲格外突出。

LI等[2]對純電動車驅動系統進行聲振特性試驗，對振動噪聲的貢獻部件和產生原因進行了分析，實驗結果表明: 減、差速器是產生振動噪聲的主要貢獻部件。嚴剛等人[3]對某純電動汽車車內噪聲進行試驗研究，識別了不同工況下的噪聲源，并進一步分析了引起噪聲的具體原因。OKOSHI等[4]對比分析了電動車與傳統車噪聲特性的差異，發現聲品質客觀評價參數更適用于分析電動車噪聲特性，而且電動車的聲場分布極不均勻。方源等人[5]通過對電動車動力總成進行模態試驗發現，在集中驅動式電動車中，電機與減差速器通過螺栓連接耦合在一起，兩者相互作用，單純的考慮電機或減速器都是不完整的[5]。

本文作者從噪聲點出發，針對非設計階段車型存在60 km/h以上電驅總成嘯叫聲比較嚴重，以及減速器在加速過程和滑行至50、30 km/h時左右有明顯的嘯叫聲，從源-路徑-接受者的角度著手，嘗試使用電機及減速器包裹的方式解決或者改善上述電驅總成嘯叫問題。

1 電驅總成的噪聲問題分析

1.1 傳遞路徑分析法

傳遞路徑分析法(Transfer Path Analysis，TPA)是汽車NVH性能分析常用的方法，也是最實用的方法。本文作者將電驅總成作為噪聲激勵來源，駕駛員作為噪聲的接受者，噪聲可通過空氣或者車身(結構)傳遞至駕駛員的耳朵，也即分析NVH噪聲問題經常提到的空氣聲與結構聲。在源-路徑-接受者這一分析路線上，3個因素中的任一因素的改變都會使接受者接受到的噪聲級別發生改變，所以理論上來說，可以從3個方面去思考或者去設計達到想要的結果，但是結合實際出發，作為一輛非設計階段的樣車，達到NVH性能設計與調校階段，去改變電機及減速器的結構或者去做優化不符合實際，另一方面駕駛員作為接受者對噪聲的感官，級別感受基本上是一致的，故從源(電驅總成)和接受者(駕駛員)去做設計優化是與實際不符的。從路徑出發，切斷或者減少由電驅總成傳遞至接受者的噪聲，這一點是切實可行的，所以對于電驅總成嘯叫噪聲問題的改善，文中從路徑這一方面作出相應的方案設計與分析。

1.2 電驅總成存在的噪聲問題

就動力總成而言，傳統車為發動機和變速箱，純電動汽車為電機與減速器，所以就激勵噪聲來源來說，純電動汽車與傳統燃油車有很大不同。就傳統燃油車而言，噪聲主要由燃燒噪聲、發動機機械噪聲、空氣動力噪聲組成，這一系列噪聲在低、中高頻噪聲的范圍內。對于純電動汽車來說，噪聲主要來源是加速、滑行時出現的高頻嘯叫聲音，而且由于電機工作時振動噪聲相對較小，高頻嘯叫聲越發顯得明顯，噪聲問題越發顯得突出。

文中涉及的是某款純電動車型，在行駛過程中,發現電機及減速器本體存在嘯叫噪聲的問題。針對該問題，測取原狀態(非包裹狀態)電驅總成在20～120 km/h全加速工況時電驅總成和接受者處的噪聲Colormap圖以及Overall總級曲線，以在駕駛員座椅距車廂地面80 cm的右耳處布置麥克風作為駕駛員在相同工況下的噪聲感受，如圖1所示。在電驅總成10 cm處布置麥克風測取電驅總成本體噪聲，如圖2所示。

圖2 電驅總成本體噪聲測點

在試驗測試過程中，主觀感受到車內的高頻嘯叫聲明顯，對20～120 km/h全加速工況下駕駛員右耳處測取到的噪聲進行濾波分析得到的Colormap圖，如圖3所示?？梢钥吹揭粭l高亮的高階次線，基于嘯叫聲的高頻特性，確定該60階次線即為車內高頻嘯叫聲的主要影響階次。在20～120 km/h全加速同工況下，設計目標中車內電機嘯叫聲的主要影響階次出現在62階，將該62階作為背景階次與該工況下駕駛員右耳噪聲問題階次60階對比，如圖4所示，可以看出，在4 200～7 800 r/min主噪聲階次(60階)與背景階次(62階)相差8～20 dB(A)左右，遠超出目標差值[<6 dB(A)]要求。

圖3 20～120 km/h加速工況駕駛員右耳噪聲Colormap圖

圖4 20～120 km/h加速工況駕駛員右耳階次噪聲對比

2 基于傳遞路徑分析的電驅總成噪聲優化

針對上述發現的60階高頻嘯叫噪聲問題，基于傳遞路徑分析的思想，采用聲學包裹的方式,在電驅總成上包裹EVA樹脂+雙組分吸音棉，在路徑上切斷或者改善從電驅總成傳遞至車內的60階高頻嘯叫聲，EVA耐水性、耐腐蝕性、韌性、隔熱性能優良、無毒[6], 雙組分吸音棉屬于纖維狀多孔吸聲材料，具有立體網狀的連續多孔結構。該結構對聲音在其中的傳播產生更多阻礙，使雙組分吸音棉吸音能力更好。雙組分吸音棉和傳統吸音材料吸聲系數的比較如圖5所示?？梢钥闯?，雙組分吸音棉有較高的吸聲系數，在1 000～5 000 Hz最為明顯[7]。

圖5 雙組分吸音棉和傳統吸音材料吸聲系數的比較

里層包裹吸音棉，外層再包裹上EVA樹脂，在電驅總成表面形成一道包裹面，如圖6所示。測取電驅總成包裹狀態下20～120 km/h全加速工況電驅總成本體和駕駛員右耳處的噪聲。

圖6 電驅總成聲學包裹效果圖

將該包裹測試工況下得到的噪聲數據與無包裹的噪聲數據對比分析，得出兩種工況下電驅總成近場噪聲總級Overall曲線對比如圖7所示，電驅總成近場60階噪聲曲線對比如圖8所示。由圖7可知，電驅總成聲學包裹后，電機近場總級噪聲在整個轉速段降低2～3 dB(A)。由圖8可知，電驅總成聲學包裹后，電機60階噪聲在4 200～7 800 r/min轉速段降低明顯。

圖8 電驅總成近場60階噪聲對比

兩種工況下駕駛員右耳處噪聲總級Overall曲線如圖9所示，駕駛員右耳處60階噪聲曲線如圖10所示。由圖9可知，電驅總成聲學包裹后，駕駛員右耳噪聲在整個轉速段降低1 dB(A)左右。由圖10可知，電驅總成聲學包裹后，駕駛員右耳60階噪聲在5 400～7 800 r/min轉速段降低5～10 dB(A)左右。車內主觀感受有明顯的改善。

圖9 駕駛員右耳處噪聲總級(Overall)對比

由原狀態與EVA+吸音棉包裹電驅總成狀態測取的試驗結果可以得知：電驅總成聲學包裹后，車內駕駛員右耳處的噪聲總級改善不明顯，只降低1 dB左右，60階高頻噪聲在5 400～7 800 r/min轉速段降低5～10 dB(A)左右，車內高頻嘯叫聲明顯降低。

3 結論

基于傳遞路徑分析的電驅總成聲學包裹對改善車內高頻嘯叫聲有明顯效果，駕駛員右耳60階噪聲在5 400～7 800 r/min轉速段降低了5～10 dB(A)左右，所以該EVA樹脂+雙組分吸音棉聲學包裹可以作為一種在傳遞路徑上解決高頻噪聲的參考方法。