電動汽車與燃油汽車的低速噪聲對比研究

陳凡

電動汽車與燃油汽車的低速噪聲對比研究

陳凡

（江門職業技術學院 機電技術系，廣東 江門 529030）

電動汽車具有使用維護費用低、噪聲小等特點，但其聲品質并不令人滿意。文章通過對電動汽車與燃油汽車在實際道路上低速行駛時的車內噪聲進行測量分析，發現電動汽車的聲壓級低于燃油汽車，但隨車速上升，這種差距會縮小。電動汽車的噪聲尖銳度比燃油汽車高。在低速行駛時的聲品質有待改進。

電動汽車；車內噪聲；尖銳度；聲壓級

前言

出于環保的需求，電動汽車的應用越來越廣泛。電動汽車以其使用維護費用低、噪聲小等優點獲得消費者的認可。電動汽車沒有發動機的噪聲，增加了驅動電機的噪聲，其噪聲特征與燃油汽車存在著很大差異。學者們對此開展了一系列工作，在消聲室環境下研究了電動汽車驅動電機的噪聲特征[1-2]，對電動汽車的車外噪聲進行了評價[3]，探討了中高車速下的電動汽車車內噪聲及聲品質[4-5]。這些研究表明，電動汽車在高速行駛時，聲壓級與燃油汽車并無顯著差異，但聲品質有待改善。汽車在高速行駛時，胎噪和風噪是主要的噪聲源[6]，會對動力系統的噪聲形成掩蔽效應。而低速行駛時，動力系統的噪聲影響則會凸顯出來。為了提升電動汽車的駕駛品質，有必要對實際道路上低速行駛時的車內噪聲進行測量和分析。

1 試驗方案

分別對一款純電動轎車和汽油轎車進行試驗，采用傳聲器和采集卡進行數據采集，傳聲器靈敏度為47.86 mV/Pa，采樣頻率為44 100 Hz，采樣時間為15 s。由于駕駛員耳旁聲音具有代表性，故選擇采集該處的噪聲信號用于分析研究，測點位置如圖1所示。試驗時分別采集兩款車以車速為0 km/h、5 km/h、10 km/h、15 km/h、20 km/h、25 km/h和30 km/h勻速行駛時駕駛員右耳處的噪聲信號。行駛道路為柏油路面，環境噪聲為33 dBA。

圖1 道路試驗過程

2 實驗數據對比分析

2.1 聲壓級

對采集到的噪聲信號進行A計權聲壓級計算，如圖2所示。在車速為0 km/h時，電動汽車的聲壓級很低，燃油汽車的噪聲為怠速噪聲。在10 km/h以下，隨著車速上升，電動汽車由于電機開始啟動，聲壓級開始迅速升高。燃油車的噪聲主要為發動機噪聲，聲壓級基本不變。在10 km/h以上，燃油車的胎噪影響開始出現，聲壓級上升，但總體較為緩慢。電動車的聲壓級繼續升高，但上升速率有所降低。在10 km/h到25 km/h區間內，電動汽車的聲壓級比燃油汽車低約5 dB。當車速達到30 km/h時，風噪的影響開始出現，風噪和胎噪成為汽車噪聲的主要因素，電動汽車和燃油汽車的聲壓級已經非常接近。

圖2 聲壓級的對比

2.2 頻譜分布特征

對兩臺車的A計權聲壓級進行1/3倍頻程分析，獲得各特征頻率帶的聲壓級數據，如圖3所示。車速為零時，電動汽車的車內噪聲主要為環境噪聲，在主要頻段分布較為平均，燃油車的發動機噪聲使得其頻譜主要分布在500 Hz以下的低頻段。當車速上升到10 km/h到20 km/h時，如圖4和圖5所示，在50 Hz到2 000 Hz區間內的各主要頻率上，電動汽車噪聲比燃油汽車噪聲低約5 dB，二者的頻率分布特征較為接近。如圖6所示，當車速到達30 km/h時，燃油汽車和電動汽車在250 Hz以下的聲壓級非常接近。在250 Hz以上，電動汽車的聲壓級仍低于燃油汽車。

圖3 0 km/h時的頻譜對比

圖4 10 km/h時的頻譜對比

圖5 20 km/h時的頻譜對比

圖6 30 km/h時的頻譜對比

2.3 聲品質

除了聲音的大小會影響人的主觀感覺，聲音的頻率分布特征也會造成影響。為此，學者們基于心理聲學，提出了很多評價指標，如尖銳度、粗糙度、波動度等[7]。其中尖銳度是一個衡量聲音尖銳或沉悶程度的心理聲學參數。尖銳度反映了聲音品質評價中的音色特征，通常來說，聲音越刺耳，則尖銳度越高，聲品質也越差。Aures尖銳度計算公式如下：

式中：為尖銳度；為總響度；為加權系數；為特征頻帶率，Bark；為特征響度，Sone/Bark。

如圖7所示，燃油汽車的尖銳度隨著車速上升而緩慢下降。電動汽車的尖銳度則隨著車速上升而迅速下降，下降速率快于燃油汽車。這主要是由于電動汽車的驅動裝置為電動機，其電磁噪聲集中于高頻段，在低速時尤為明顯。雖然電機噪聲隨著轉速上升，但隨著車速上升后，胎噪和風噪的比例增大，電機噪聲被逐漸掩蔽，尖銳度反而有所下降。

圖7 基于Aures尖銳度的聲品質對比

3 結論

在低速行駛時，電動汽車的總體聲壓級低于燃油汽車，但隨著車速上升，這種差距會逐漸減小。電動汽車在實際道路上的車內噪聲頻譜總體分布特征類似于燃油汽車。電動汽車低速行駛時的聲品質低于燃油汽車，電動汽車的聲品質仍有待改善。

[1] 相龍洋,顧彥,何融.新能源車電機負載工況振動噪聲試驗研究[J].汽車實用技術,2019(14):24-27.

[2] 吳剛.電動汽車驅動總成噪聲測試分析[J].北京汽車,2014(04):35- 38.

[3] 秦勤,肖偉民,蔣從雙,等.電動汽車和燃油汽車的噪聲特性對比[J].噪聲與振動控制,2014,34(02):63-65.

[4] 王永超,顧燦松,陳達亮.純電動汽車聲品質評價及電磁噪聲分析[J].汽車實用技術,2018(04):3-6.

[5] 嚴剛,夏順禮,張歡歡,等.某純電動汽車車內噪聲試驗分析與識別[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2011,34(09):1298-1301+1384.

[6] 車勇,劉浩,夏祖國,等.純電動汽車車內結構路噪識別[J].噪聲與振動控制,2014,34(05):74-77+144.

[7] 賀巖松,涂梨娥,徐中明,等.汽車聲品質研究綜述[J].汽車工程學報, 2014,4(06):391-401.

Comparative Research on Noise of Electric Vehicle and Fuel Vehicle at Low Speed

CHEN Fan

( Department of Mechanical and Electrical Technology, Jiangmen Vocational and Technical College,Guangdong Jiangmen 529030 )

Electric vehicles have the merits of low maintenance cost and low noise, but their sound quality is not satisfactory. The interior noise of the electric vehicle and the fuel vehicle at low speed is measured and analyzed. It is found that the sound pressure level of the electric vehicle is lower than that of the fuel vehicle. But the gap will narrow with the increase of the driving speed. Electric vehicles have higher noise sharpness than fuel vehicles. The sound quality of electric vehicles at low speed should be improved.

Electric vehicle;Interior noise;Sharpness;Sound quality

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.003

U469.72

A

1671-7988(2021)21-12-03

U469.72

A

1671-7988(2021)21-12-03

陳凡，男，碩士，副教授，就職于江門職業技術學院機電技術系，主要研究方向為汽車振動與噪聲的檢測與診斷。

江門市科技計劃項目（編號：2020030100340005352）。