電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)總成噪聲測(cè)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(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)總成噪聲測(cè)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(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)總成噪聲測(cè)試分析的必要性入手，介紹了電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)總成噪聲測(cè)試臺(tái)架搭建及試驗(yàn)方法，對(duì)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(duì)比分析，并給出了結(jié)論，對(duì)驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車；驅(qū)動(dòng)總成；噪聲；測(cè)試分析

0 引 言

電動(dòng)汽車作為新能源汽車的一個(gè)重要發(fā)展方向，得到國(guó)內(nèi)外各大主機(jī)廠和研究機(jī)構(gòu)的廣泛研究。電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)總成由驅(qū)動(dòng)電機(jī)及變速箱組成，由于與傳統(tǒng)汽車存在著明顯的區(qū)別，對(duì)其噪聲測(cè)試分析，識(shí)別出不同工況下的噪聲源，對(duì)驅(qū)動(dòng)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(yàn)方法

為測(cè)試分析驅(qū)動(dòng)總成中驅(qū)動(dòng)電機(jī)本身及電機(jī)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(jī)噪聲測(cè)試臺(tái)架及電機(jī)帶變速箱驅(qū)動(dòng)總成噪聲測(cè)試臺(tái)架，并且都選取被測(cè)電機(jī)的中部（P1點(diǎn)）、被測(cè)電機(jī)的后端部（P2點(diǎn)）以及被測(cè)電機(jī)的輸出軸連接處（P3點(diǎn)）3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)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(yàn)，分別在含變速箱和不含變速箱時(shí)進(jìn)行測(cè)試，并記錄相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 驅(qū)動(dòng)總成噪聲測(cè)試工況表

續(xù)表1

2 試驗(yàn)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(shí)域分析

信號(hào)平穩(wěn)階段，對(duì)其時(shí)域聲壓信號(hào)分析如圖3。

2.1.2 頻域分析

取信號(hào)的平穩(wěn)階段作頻譜分析，如圖4所示。

2.1.3 時(shí)頻分析

取噪聲信號(hào)利用短時(shí)傅里葉變換進(jìn)行時(shí)頻分析，如圖5所示。

由信號(hào)的頻譜圖和時(shí)頻圖可以看出：噪聲信號(hào)在231 Hz、9 936 Hz、19 825 Hz、20 149 Hz出現(xiàn)峰值，在測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)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(duì)系統(tǒng)噪聲聲壓級(jí)水平的影響

在負(fù)載為30 N·m情況下，研究轉(zhuǎn)速對(duì)整體聲壓級(jí)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(jí)整體呈上升趨勢(shì)。但是加變速箱的系統(tǒng)，在3 500～4 600 r/min 段，聲壓級(jí)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(hào)峰值頻率的變化對(duì)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(duì)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(hào)峰值頻率如表3所示。

表3 加變速箱前、后系統(tǒng)噪聲信號(hào)峰值頻率

由于測(cè)試電機(jī)為8極48槽永磁同步電機(jī)，故電流頻率f0=pn/60=153.33 Hz；轉(zhuǎn)矩波動(dòng)頻率fT= 6f0= 920 Hz。其中156.2 Hz、468.5 Hz、936.9 Hz 分別對(duì)應(yīng)于電流頻率基頻、3倍頻、6倍頻。可見，噪聲信號(hào)中出現(xiàn)的峰值頻率與電流頻率存在一定的對(duì)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(hào)中730 Hz左右分量的幅值最大，對(duì)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(shí)域分析

噪聲信號(hào)時(shí)域圖如圖7所示。

2.2.2 時(shí)頻分析

噪聲信號(hào)時(shí)頻圖如圖8所示。

由P1點(diǎn)噪聲時(shí)頻圖可以看出：轉(zhuǎn)速比較低時(shí)，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(diǎn)噪聲時(shí)頻圖可以看出：轉(zhuǎn)速比較低時(shí)，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(diǎn)噪聲時(shí)頻圖可以看出：轉(zhuǎn)速比較低時(shí)，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(duì)整體聲壓級(jí)的影響進(jìn)行分析，具體如表4及圖9所示。

表4 負(fù)載對(duì)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(diǎn)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(duì)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(shí)噪聲水平基本上是下降的。

3 總 結(jié)

通過以上對(duì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)總成噪聲測(cè)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(duì)應(yīng)關(guān)系，而加入變速箱后，噪聲信號(hào)的峰值頻率改變，并且峰值頻率對(duì)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(cè)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(hào)存在明顯的階次關(guān)系，與電磁力激勵(lì)各階次相對(duì)應(yīng)。

[1]徐國(guó)凱，趙秀春，蘇航. 電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)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

A

2014-04-08

1002-4581（2014）04-0035-04