新能源車電機(jī)負(fù)載工況振動(dòng)噪聲試驗(yàn)研究

相龍洋，顧彥，何融

新能源車電機(jī)負(fù)載工況振動(dòng)噪聲試驗(yàn)研究

相龍洋，顧彥，何融

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心整車集成部，上海 201804）

新能源車驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為整車的主要振動(dòng)噪聲源之一，電機(jī)本身的振動(dòng)噪聲水平需要在整車開發(fā)前期基于臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估?；诎胂暿抑械碾姍C(jī)臺(tái)架，設(shè)計(jì)制定了電機(jī)在不同負(fù)載工況下聲功率級(jí)的測(cè)試方法,同時(shí)測(cè)試電機(jī)表面不同部位的振動(dòng)水平。然后分析了電機(jī)聲功率級(jí)隨轉(zhuǎn)速扭矩的分布關(guān)系。進(jìn)一步利用時(shí)頻分析和階次分析來識(shí)別不同噪聲成分的來源，對(duì)比了有無負(fù)載工況對(duì)電機(jī)噪聲特性的影響。研究表明，電機(jī)聲功率級(jí)整體隨轉(zhuǎn)速和扭矩的增大而增大。負(fù)載工況的電機(jī)主要階次的電磁噪聲是由電機(jī)端面輻射產(chǎn)生，低階次的噪聲是由控制器輻射產(chǎn)生。電機(jī)無負(fù)載時(shí)，控制器輻射的低階次噪聲為主要成分。文章的研究結(jié)論為電機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了指導(dǎo)方向。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)；聲功率級(jí)；噪聲源識(shí)別；負(fù)載影響

前言

電動(dòng)汽車作為一種國(guó)家大力提倡發(fā)展的新能源汽車，是節(jié)能環(huán)保型交通工具。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是電動(dòng)汽車最重要部件之一。但因?yàn)檐噧?nèi)空間小，離電機(jī)近的原因，其噪聲問題較一般工業(yè)電機(jī)更為突出。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的噪聲過大會(huì)極大影響整車駕乘的舒適性，對(duì)電動(dòng)汽車的整體品質(zhì)產(chǎn)生明顯影響。

目前電機(jī)振動(dòng)噪聲研究中多以仿真計(jì)算為主，其中電磁力的計(jì)算可以達(dá)到較為準(zhǔn)確的水平，但是到了實(shí)際工況振動(dòng)噪聲的計(jì)算，就很難達(dá)到較高的準(zhǔn)確度，僅可用于定性的分析[1]-[2]。目前關(guān)于試驗(yàn)方面的研究，大多是電機(jī)空載工況的振動(dòng)噪聲測(cè)試，有部分學(xué)者測(cè)試負(fù)載工況，但是沒有消聲環(huán)境，很難得到電機(jī)實(shí)際工況的聲功率級(jí)[3]。為了更深入的研究電機(jī)本體在各種工況下的振動(dòng)噪聲水平，需要在半消聲室中基于靜音臺(tái)架對(duì)電機(jī)進(jìn)行振動(dòng)噪聲測(cè)試。

本文對(duì)于新能源車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的振動(dòng)噪聲特性進(jìn)行深入研究。首先基于半消聲室的電機(jī)臺(tái)架，確定聲功率級(jí)測(cè)試方法，對(duì)于電機(jī)不同負(fù)載工況進(jìn)行測(cè)試，得到電機(jī)聲功率級(jí)與轉(zhuǎn)速扭矩的分布關(guān)系。然后對(duì)電機(jī)噪聲主要成分來源進(jìn)行識(shí)別分析，進(jìn)一步比較電機(jī)有無負(fù)載對(duì)電機(jī)噪聲特征的影響。為電機(jī)輻射噪聲的優(yōu)化提供指導(dǎo)方向。

1 電機(jī)聲功率級(jí)測(cè)試方法

對(duì)于新能源車驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其負(fù)載工況振動(dòng)噪聲特性對(duì)整車NVH水平有直接影響。為了研究電機(jī)負(fù)載工況噪聲，需要在試驗(yàn)室中進(jìn)行其聲功率測(cè)試及噪聲源分析。首先基于試驗(yàn)室條件，參考標(biāo)準(zhǔn)ISO 3744-2010設(shè)計(jì)試驗(yàn)室中根據(jù)聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)的方法。在試驗(yàn)室中，對(duì)于被測(cè)電機(jī)，安裝中心軸高度高于355mm，采用平行六面體法布置測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置位置如圖1所示。

圖1 電機(jī)的平行六面體法測(cè)點(diǎn)布置

圖1中，黑點(diǎn)為噪聲測(cè)點(diǎn)位置，B為被測(cè)電機(jī)的基準(zhǔn)體，l為基準(zhǔn)體長(zhǎng)度，l為基準(zhǔn)體寬度，l為基準(zhǔn)體高度，為測(cè)量面長(zhǎng)度，為測(cè)量面寬度，為測(cè)量面高度，為測(cè)量距離，一般為1m。據(jù)此可計(jì)算得到測(cè)量面的面積為：

根據(jù)圖1測(cè)點(diǎn)處的麥克風(fēng)測(cè)量電機(jī)在不同工況下的聲壓級(jí)。在測(cè)試工況下的電機(jī)聲功率級(jí)（單位dB）用式（2）計(jì)算：

背景噪聲修正值1用式（5）計(jì)算

其中：

環(huán)境修正2由式（7）計(jì)算

式中，

A為房間的吸聲量，單位為平方米（m2）。

S為測(cè)量面的面積，單位為平方米（m2）。

式中：

為半消聲室墻面吸聲系數(shù)；

R為半消聲室長(zhǎng)度；

R為半消聲室寬度；

R為半消聲室高度。

2 電機(jī)負(fù)載工況聲功率級(jí)臺(tái)架測(cè)試

基于半消聲室中的臺(tái)架，對(duì)電機(jī)振動(dòng)噪聲進(jìn)行測(cè)試，被測(cè)電機(jī)是4對(duì)極72槽永磁電機(jī)?；趫D1所示的平行六面體法測(cè)聲功率的電機(jī)測(cè)試臺(tái)架實(shí)物及測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)包括電機(jī)殼體側(cè)面，電機(jī)端面，電機(jī)控制器表面等位置。電機(jī)測(cè)試工況涵蓋電動(dòng)車上常用工況的扭矩和轉(zhuǎn)速，扭矩范圍為0-200Nm，轉(zhuǎn)速范圍為1000-8000rpm。

基于電機(jī)臺(tái)架測(cè)得不同扭矩不同轉(zhuǎn)速下的電機(jī)噪聲，根據(jù)式（2）計(jì)算出各個(gè)工況下的聲功率級(jí)。電機(jī)聲功率級(jí)隨轉(zhuǎn)速和扭矩的關(guān)系如圖3所示。整體上，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，負(fù)載扭矩越大，聲功率級(jí)越高。其中高轉(zhuǎn)速高扭矩下的部分工況聲功率級(jí)較低，是因?yàn)殡姍C(jī)在高轉(zhuǎn)速下，無法達(dá)到最大扭矩，實(shí)際扭矩比目標(biāo)扭矩偏小，所以聲功率級(jí)有所降低。

圖2 電機(jī)聲功率測(cè)試臺(tái)架及測(cè)點(diǎn)布置

圖3 電機(jī)聲功率級(jí)與轉(zhuǎn)速扭矩分布圖

3 電機(jī)負(fù)載工況噪聲源分析

基于電機(jī)加速負(fù)載工況的測(cè)試結(jié)果深入分析電機(jī)的振動(dòng)噪聲特性。該工況下噪聲頻譜和階次譜如圖4所示。

（a）電機(jī)負(fù)載工況噪聲頻譜圖

（b）電機(jī)負(fù)載工況噪聲階次譜

圖4 電機(jī)負(fù)載工況噪聲特征

由頻譜圖可知，電機(jī)噪聲中包含明顯的控制器開關(guān)頻率及其邊頻噪聲，在階次噪聲中電機(jī)極對(duì)數(shù)（4對(duì)極）的6k(k= 1,2,3) 階噪聲最為突出，尤其是72階噪聲最為突出，原因是徑向電磁力中的72階激勵(lì)成分與72槽的定子結(jié)構(gòu)共同引起。另外還有明顯的低頻成分，由階次譜可知這是小于15階的低階次噪聲。

為了識(shí)別噪聲主要成分的來源，進(jìn)一步對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析。提取上述工況的電機(jī)控制器、電機(jī)側(cè)面及電機(jī)端面處的振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行階次譜分析，如圖5所示。由圖可知，電機(jī)最為突出的72階成分主要由電機(jī)端面振動(dòng)輻射產(chǎn)生。而低階次噪聲是主要由電機(jī)控制器表面輻射產(chǎn)生。雖然控制器表面振動(dòng)量級(jí)不大，但其殼體平板表面積較大，所以對(duì)總體噪聲有明顯貢獻(xiàn)。進(jìn)一步對(duì)控制器低頻振動(dòng)分析如圖6，可知在各轉(zhuǎn)速下，低階次成分激起了控制器的結(jié)構(gòu)模態(tài)，所以產(chǎn)生較大振動(dòng)進(jìn)而輻射噪聲。若要優(yōu)化電機(jī)輻射噪聲，可以從電機(jī)端面和控制器結(jié)構(gòu)入手[4]。

結(jié)果表明，經(jīng)過真空低溫烹飪(SV 60+Roast、SV 70+Roast、SV 80+Roast)的雞翅的感官評(píng)價(jià)總體得分顯著高于直接燒烤組(Roast)(p<0.05)，剪切力顯著低于直接燒烤組(p<0.05)。且SV 70+Roast組烹飪的雞翅感官總體得分最高、水分含量最高、剪切力最小。

圖5 電機(jī)不同部位振動(dòng)對(duì)比

圖6 電機(jī)控制器振動(dòng)時(shí)頻圖

4 電機(jī)空載噪聲特征分析

上述為帶負(fù)載工況電機(jī)的噪聲特征。更進(jìn)一步的，為了研究有無負(fù)載對(duì)電機(jī)噪聲的影響，測(cè)試電機(jī)負(fù)載為0時(shí)的噪聲，提取其加速工況的階次譜，如圖7所示。

圖7 電機(jī)無負(fù)載工況噪聲

通過圖7和圖4的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)電機(jī)無負(fù)載時(shí)，其噪聲特征比較簡(jiǎn)單，僅有低階次噪聲和72階噪聲，其他階次噪聲不明顯。其中低階次噪聲是由控制器的結(jié)構(gòu)模態(tài)引起。而與負(fù)載工況噪聲不同的是，無負(fù)載時(shí)電機(jī)72階噪聲成分比低階次成分更小，原因是無負(fù)載時(shí)，72階電磁力較小，僅僅由72槽的定子結(jié)構(gòu)引起72階噪聲，所以幅值較小。

5 結(jié)論

本文首先參考標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制定了基于半消聲室中電機(jī)臺(tái)架的電機(jī)聲功率級(jí)測(cè)試方法。測(cè)試表明電機(jī)聲功率級(jí)整體隨轉(zhuǎn)速和扭矩的增大而增大。通過噪聲源分析表明，負(fù)載工況的電機(jī)主要階次的電磁噪聲主要由電機(jī)端面輻射產(chǎn)生，低階次的噪聲主要由控制器輻射產(chǎn)生。電機(jī)無負(fù)載時(shí)，控制器輻射的低階次噪聲為主要成分。若采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法來改善電機(jī)輻射噪聲，可以對(duì)電機(jī)端面結(jié)構(gòu)和控制器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化。

由于布置擋板會(huì)導(dǎo)致風(fēng)室局部阻力增大，相應(yīng)增加風(fēng)機(jī)負(fù)荷，造成風(fēng)機(jī)功率降低，增加電耗。因此在研究爐排橫向配風(fēng)不均勻時(shí)需要考慮風(fēng)室的阻力及阻力造成的電耗損失。模擬結(jié)果如圖9、圖10所示。

2.3.1 防治CINV用藥存在問題 DXM的問題集中在給藥劑量不合理和療程不足。應(yīng)用5-HT3RA存在給藥療程不合理，占總例數(shù)的71.17%。104例（93.69%）存在H2RA/PPI無指征用藥的情況。見表5。

（3）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下企業(yè)財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)管理的特征體現(xiàn)在虛擬化主體上，這是和傳統(tǒng)的財(cái)務(wù)管理主體有著不同之處。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下游諸多虛擬公司，對(duì)于市場(chǎng)環(huán)境變化所作出的反應(yīng)也比較及時(shí)。在財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)管理的組織結(jié)構(gòu)以及管理的方式也發(fā)生了變化，如組織方式向著扁平化轉(zhuǎn)變，擴(kuò)大了企業(yè)財(cái)務(wù)管理范圍。

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Experimental Study of Noise and Vibration of Electric Motor under WorkingConditions with Different Loads

Xiang Longyang, GuYan, He Rong

( Vehicle Integration Department, Technical Center of SAIC Motor, Shanghai 201804 )

Abstract:Drive motor is one of the main noise sources of clean energy vehicle. The noise and vibration of drive motor needs to be measured and evaluated before the vehicle is developed. This paper designed the method to measure the sound power levels of motor under different working conditions based on the motor bench in the hemi-anechoic chamber. At the same time, the vibration levels of different components of the motor are measured. Then the relation of motor sound power levels with rotational speed and torque is analyzed. After that the time-frequency analysis and order analysis are used to identify the noise sources, and the motor noise behaviors with and without loads are compared.The study reveals some conclusions. Generally the motor sound power level increase with the rotational speed and torque. Under working conditions with loads, the main order noise of the motor is radiated from the motor end surface and the low order noise is radiated from the motor controller surface. While under working conditions without loads, the low order noise from motor controller surface is dominant. The study in this paper provides useful instruction for the optimization of motor structure.

Keywords:drive motor;sound power level;noise source identification; load influence

CLC NO.: U467.4+93

Document Code: A

Article ID: 1671-7988(2019)14-24-04

中圖分類號(hào)：U467.4+93

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2019)14-24-04

作者簡(jiǎn)介：相龍洋（1988-），男，博士，工程師，就職于上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心整車集成部，主要研究汽車振動(dòng)與噪聲控制。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.008