純電動(dòng)車(chē)噪聲分析

1、純電動(dòng)車(chē)噪聲認(rèn)識(shí)與展望學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)：專(zhuān) 業(yè)：車(chē)輛工程重慶大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院二o一四年十月純電動(dòng)汽車(chē)噪聲認(rèn)識(shí)及展望伴隨著全球能源（特別是石油資源）危機(jī)、環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，世界各國(guó)各大汽車(chē)廠商、科研單位都將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到節(jié)能環(huán)保的純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)上。由于二氧化碳零排放、小型化、低噪聲等諸多特點(diǎn)，純電動(dòng)汽車(chē)也被人們譽(yù)為“未來(lái)的汽車(chē)”。與傳統(tǒng)汽車(chē)進(jìn)行比較，純電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，相應(yīng)的也沒(méi)有了進(jìn)排氣噪聲，它的車(chē)內(nèi)噪聲主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、空調(diào)風(fēng)扇、輔助控制器件、車(chē)身振動(dòng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等產(chǎn)生，此外還有風(fēng)噪聲、路面輪胎噪聲；盡管純電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)內(nèi)噪聲聲壓級(jí)相對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)有較大的降低，但由于存在“獨(dú)特”的驅(qū)動(dòng)電

2、機(jī)噪聲，所以如果設(shè)計(jì)或控制不當(dāng)，它將會(huì)產(chǎn)生比傳統(tǒng)汽車(chē)還要差的噪聲品質(zhì)。1. 純電動(dòng)車(chē)結(jié)構(gòu)分析純電動(dòng)汽車(chē)與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力汽車(chē)相比，整車(chē)結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化。主要包括： 1)動(dòng)力系統(tǒng)(1)動(dòng)力輸出裝置的電動(dòng)化，純電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)?yán)秒姍C(jī)驅(qū)動(dòng)。(2)新增電能儲(chǔ)存系統(tǒng)，純電動(dòng)汽車(chē)需要能量型的動(dòng)力蓄電池或者超級(jí)電容作為電能供應(yīng)系統(tǒng)；(3)傳動(dòng)裝置的改變。純電動(dòng)汽車(chē)?yán)秒姍C(jī)轉(zhuǎn)速范圍寬和調(diào)速方便的特點(diǎn)簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)，采用單一傳動(dòng)比的輪轂電機(jī)。2)輔助系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)的變化主要是指原來(lái)由內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力或者在內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)才能正常工作的系統(tǒng)，包括空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力泵系統(tǒng)、

3、制動(dòng)系統(tǒng)的真空助力系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)的泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。上述系統(tǒng)在純電動(dòng)汽車(chē)上改為電力驅(qū)動(dòng)，需要各種電動(dòng)壓縮機(jī)和電動(dòng)泵等才能保證各個(gè)系統(tǒng)的正常工作。 3)車(chē)身和底盤(pán)系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的改變導(dǎo)致整車(chē)總布置、載荷分布以及整車(chē)行駛動(dòng)力學(xué)性能的變化。2. 純電動(dòng)汽車(chē)與內(nèi)燃機(jī)車(chē)噪聲的不同特性根據(jù)對(duì)純電動(dòng)整車(chē)變化的分析，總結(jié)得出電動(dòng)汽車(chē)的噪聲特性與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比，具有以下重要特點(diǎn)： 1)由于整車(chē)內(nèi)外聲學(xué)環(huán)境的本底噪聲趨于減小，導(dǎo)致整車(chē)聲學(xué)特性的變化。原來(lái)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)對(duì)車(chē)內(nèi)外噪聲貢獻(xiàn)最大的發(fā)動(dòng)機(jī)以及進(jìn)排氣系統(tǒng)或者被完全取消，或者使用狀況發(fā)生很大的變化，而路面激勵(lì)引起的噪聲以及輪胎噪聲等保

4、留，車(chē)輛行駛和怠速時(shí)主要噪聲源的噪聲降低，這是電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)噪聲水平較低的根本原因所在。但是，噪聲水平的降低與特性的改變，將使電動(dòng)汽車(chē)各個(gè)噪聲源的貢獻(xiàn)比重發(fā)生重要的改變，從而對(duì)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)內(nèi)聲學(xué)品質(zhì)和車(chē)外噪聲等級(jí)產(chǎn)生重要影響。 2)噪聲源分布更加分散，且容易引發(fā)新的異常噪聲問(wèn)題。內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力汽車(chē)最主要的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和部件集中在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，以?xún)?nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的各種輔助系統(tǒng)也同樣集中在內(nèi)燃機(jī)體附近。電動(dòng)汽車(chē)的主要輔助系統(tǒng)也基本安裝在前艙內(nèi)，但是由于動(dòng)力蓄電池以及其他的大功率元件由于體積和重量的限制，或者由于特殊的技術(shù)要求，大都分散布置在車(chē)身底板下或者后備箱內(nèi)，其附加的冷卻、通風(fēng)等系統(tǒng)在整車(chē)上分散布置。

5、由此形成“多聲源散布”的特點(diǎn)。而且，各種電動(dòng)化系統(tǒng)和部件的不同工作特性、不同安裝位置和不同工作時(shí)序，將會(huì)導(dǎo)致整車(chē)振動(dòng)和聲學(xué)特性具有更多“瞬態(tài)”特色，加上整車(chē)本底噪聲的降低，各個(gè)部件的工作振動(dòng)和噪聲容易被乘客注意，甚至被認(rèn)為是異常振動(dòng)和異響，產(chǎn)生非常不利的影響。3)高頻噪聲現(xiàn)象突出。主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、各種輔助系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)容易發(fā)生高頻的電磁噪聲，加上電動(dòng)汽車(chē)線(xiàn)束系統(tǒng)數(shù)量多，分布區(qū)域廣，需要大量的間隙或者空洞走線(xiàn)，這對(duì)于隔離高頻噪聲形成較大的難度。而且各種功率控制器件也會(huì)發(fā)生會(huì)更高頻率的噪聲，在人類(lèi)聽(tīng)閾上限附近或者更高的頻率范圍內(nèi)對(duì)人體產(chǎn)生影響。對(duì)于器件來(lái)說(shuō)是電磁兼容問(wèn)題，對(duì)于乘客和車(chē)外人員來(lái)說(shuō)就是如何

6、控制高頻電磁環(huán)境污染和傷害的問(wèn)題。 3.純電動(dòng)汽車(chē)噪聲分析與普通工業(yè)電機(jī)相比，純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩工作范圍更廣。在特定工作區(qū)域,特別是高負(fù)載和高轉(zhuǎn)速區(qū)，其噪聲尤為嚴(yán)重，對(duì)乘坐舒適性有較大影響。一般來(lái)說(shuō)，純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)系統(tǒng)噪聲主要由以下三部分組成：1)電磁噪聲電磁噪聲，是純電動(dòng)汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲的主要來(lái)源，也是電機(jī)噪聲的主要成分。電磁噪聲主要是由于電機(jī)氣隙磁波在定子鐵心齒上產(chǎn)生作用，從而產(chǎn)生了隨時(shí)空變化的徑向與切向磁力，致使電機(jī)機(jī)座和定子鐵心隨時(shí)間產(chǎn)生周期性變化的振動(dòng)和噪聲。此外，當(dāng)徑向電磁力波接近定子固有頻率時(shí)，由于共振的作用會(huì)使噪聲更大。此外，開(kāi)口槽的影響、鐵心飽和的影響、氣隙動(dòng)

7、態(tài)偏心、磁通振蕩噪聲等也是產(chǎn)生電機(jī)電磁噪聲的原因。通常，當(dāng)電機(jī)在中低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電磁噪聲是電機(jī)主要噪聲。目前有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，電動(dòng)機(jī)噪聲對(duì)提醒行人的安全較為有利，因此不必過(guò)于重視，這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，我們的觀點(diǎn)是電磁噪聲也是耗能的，并且有可能標(biāo)志著電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期帶病運(yùn)行和進(jìn)一步損壞，噪聲也會(huì)對(duì)繞組等部件的絕緣、散熱和機(jī)械性能逐漸產(chǎn)生很多細(xì)微的不利的系統(tǒng)性影響。有用戶(hù)甚至是技術(shù)人員認(rèn)為電磁干擾作為一種聽(tīng)不見(jiàn)的噪聲，會(huì)對(duì)乘客造成影響，其實(shí)如果采用很好的屏蔽和接地措施，并沒(méi)有想象的那樣嚴(yán)重。2)空氣動(dòng)力噪聲當(dāng)電機(jī)處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，空氣動(dòng)力噪聲是電機(jī)噪聲的主要部分?？諝鈩?dòng)力噪聲主要有兩種：渦流噪聲（由風(fēng)扇和轉(zhuǎn)

8、子旋轉(zhuǎn)形成的氣體渦流引起）和笛鳴噪聲（通過(guò)壓縮空氣或者空氣在障礙物上擦過(guò)而產(chǎn)生，主要由徑向通風(fēng)溝引起）。通常，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲是很難避免的,它和轉(zhuǎn)子的圓周速度、風(fēng)扇空氣動(dòng)力特性及轉(zhuǎn)子表面形狀等有關(guān)。空氣動(dòng)力噪聲常分為離散噪聲與寬頻噪聲。3)機(jī)械噪聲機(jī)械噪聲，主要是由于電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡力而引起的振動(dòng)和噪聲，以及電機(jī)的軸承噪聲。機(jī)械噪聲主要隨電機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載電流的升高而增大，在高速狀態(tài)下是電機(jī)噪聲的主要部分。電機(jī)的機(jī)械噪聲還和電磁噪聲有緊密的聯(lián)系，兩者相互作用。機(jī)械噪聲產(chǎn)生的最主要原因是轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不好。4.控制噪聲的方法通常用于控制電動(dòng)車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲的方法主要有三種：降低噪聲源的強(qiáng)度、隔絕

9、噪聲的傳播路徑以及消聲處理。1) 降低車(chē)內(nèi)噪聲源的強(qiáng)度如前面分析，在本文中車(chē)內(nèi)噪聲主要來(lái)源于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因而研究降低電機(jī)噪聲的措施。因?yàn)殡姍C(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生的噪聲較小，而在高轉(zhuǎn)速時(shí)空氣動(dòng)力噪聲與電磁噪聲是電機(jī)噪聲的主要來(lái)源。針對(duì)這種情況，可以在整車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)采用合理的風(fēng)扇風(fēng)路結(jié)構(gòu)和幾何尺寸來(lái)降低空氣動(dòng)力噪聲，通過(guò)合理選擇齒和槽的配合降低磁密度從而減小電磁噪聲。2) 隔絕噪聲傳播路徑通常用于隔絕噪聲傳播路徑的方法有：密封、隔聲和隔振。主要采用后兩種方法對(duì)純電動(dòng)車(chē)電機(jī)進(jìn)行處理從而達(dá)到降噪控制。我們選用散熱效果較好且耐用的屏蔽罩對(duì)試驗(yàn)車(chē)電機(jī)進(jìn)行包裝，以此來(lái)切斷它空氣動(dòng)力噪聲的傳播路徑，達(dá)到隔聲的作用；此

10、外，還可以對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行懸置處理，并在車(chē)身壁板上涂加阻尼板，從而實(shí)現(xiàn)隔振的作用。3) 吸聲處理我們通過(guò)在純電動(dòng)車(chē)車(chē)內(nèi)頂棚、車(chē)門(mén)壁板等結(jié)構(gòu)上安裝吸音材料（麻面吸音棉），以此來(lái)降低車(chē)內(nèi)噪聲。5.對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)噪聲問(wèn)題的展望在對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的噪聲控制到很好的水平后，汽車(chē)雖然沒(méi)有了讓人煩惱的噪聲，但新的問(wèn)題隨之而來(lái)，相比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，純電動(dòng)汽車(chē)行駛起來(lái)確實(shí)太安靜了，以至于當(dāng)它試過(guò)行人身邊時(shí)，很難被行人發(fā)現(xiàn)而做出及時(shí)有效的避讓?zhuān)摇巴蝗怀霈F(xiàn)”的汽車(chē)還有可能對(duì)行人造成驚嚇。于是，純電動(dòng)汽車(chē)行駛安靜的優(yōu)點(diǎn)一瞬間變?yōu)榱税踩[患。因此，令純電動(dòng)車(chē)發(fā)出傳統(tǒng)汽車(chē)一般的噪音是比較合理、可行的辦法。新興的電子聲音合成技術(shù)能夠解決上述的問(wèn)題，它可以發(fā)出模擬的發(fā)動(dòng)機(jī)噪音，同時(shí)給車(chē)內(nèi)的駕駛者和車(chē)外的行人以提示信息。這種技術(shù)還可以與汽車(chē)的can數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行信息共享，獲得更多車(chē)輛的行駛狀態(tài)信息。在發(fā)現(xiàn)行人靠近的時(shí)候，位于車(chē)外的揚(yáng)聲器會(huì)令電動(dòng)車(chē)發(fā)出類(lèi)似于傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音，在感應(yīng)器探測(cè)車(chē)輛安全超越行人后，車(chē)子則恢復(fù)安靜。定向揚(yáng)聲器意味著噪音只會(huì)在需要的時(shí)候向預(yù)定的方向傳播，這對(duì)環(huán)境的噪聲污染非常有限。現(xiàn)在的很多駕駛者都希望自己的愛(ài)車(chē)擁有一個(gè)好臺(tái)型和一