某純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)嘯叫噪聲優(yōu)化

李彬 鄧建交 牛文博 李守魁 李有意

摘? 要：純電動(dòng)汽車(chē)在整車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)存在8階嘯叫噪聲，嚴(yán)重影響整車(chē)NVH性能品質(zhì)。通過(guò)整車(chē)試驗(yàn)、主觀評(píng)價(jià)及CAE仿真分析手段，驗(yàn)證出空氣傳播為車(chē)內(nèi)8階嘯叫噪聲大的主要路徑，鎖定驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆變器殼體共振及電機(jī)懸置支架振動(dòng)是造成8階嘯叫噪聲大的關(guān)鍵因素。為有效解決驅(qū)動(dòng)電機(jī)8階嘯叫噪聲問(wèn)題，實(shí)施電機(jī)逆變器殼體結(jié)構(gòu)優(yōu)化及電機(jī)懸置支架安裝動(dòng)力吸振器優(yōu)化措施，并搭載整車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，最終有效解決驅(qū)動(dòng)電機(jī)8階嘯叫噪聲問(wèn)題，提升了某純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)NVH性能品質(zhì)的同時(shí)，為后續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)NVH性能開(kāi)發(fā)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車(chē);驅(qū)動(dòng)電機(jī);8階嘯叫;噪聲

中圖分類(lèi)號(hào)：U464.9? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2020）03-0048-06

Abstract： During the vehicle NVH performance development process of a pure electric vehicle， the existing of 8th order whining noise of the motor has seriously affected the NVH performance quality of the vehicle. Through the vehicle test， subjective assessment and CAE simulation analysis of the motor structure， it is verified that the air propagation is the main path of the 8th order whining noise; it is also proven that the inverter shell resonance and the vibration of the motor suspension bracket are the key factors causing the 8th order whining noise of the motor. In order to effectively solve the 8th order whining noise problem of the motor， the measures of the motor inverter shell structure optimization and the motor suspension bracket installing a power absorber were implemented， and equipped with the vehicle for test verification， and finally the 8th order whining noise problem of the motor is effectively solved. While improving the performance quality of a pure electric vehicle NVH， it has accumulated valuable experience for the development of subsequent motor NVH performance.

引? ? 言

隨著新能源汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展及汽車(chē)消費(fèi)者對(duì)車(chē)輛舒適性能要求的日益提高，良好的NVH性能已成為各大主機(jī)廠的重要開(kāi)發(fā)指標(biāo)。純電動(dòng)汽車(chē)作為新能源領(lǐng)域的主流車(chē)型，由于沒(méi)有了傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)及進(jìn)排氣噪聲的掩蔽效應(yīng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)嘯叫噪聲變得尤為凸顯，成為影響純電動(dòng)汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲主觀感受的重要因素。因此，電機(jī)嘯叫噪聲優(yōu)化是提高純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)聲品質(zhì)的有效途徑。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)噪聲問(wèn)題進(jìn)行了分析與研究[1-5]。羅賢能[6]對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與減速器進(jìn)行了嘯叫噪聲優(yōu)化。康強(qiáng)[7]研究了電驅(qū)動(dòng)高頻嘯叫噪聲的評(píng)價(jià)方法。陳士剛[8]對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)不同階次嘯叫噪聲進(jìn)行了測(cè)試與分析。汪躍中[9]通過(guò)基于傳遞路徑分析，提出減速器嘯叫噪聲的改進(jìn)方案。Doo Young Gwak[10] 用電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的諧波來(lái)合成掩蔽聲場(chǎng)，從而提高車(chē)內(nèi)噪聲的聲品質(zhì)。

本文作者基于某純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)嘯叫噪聲表現(xiàn)，通過(guò)整車(chē)測(cè)試評(píng)價(jià)及電機(jī)本體CAE仿真分析的手段提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，優(yōu)化后電機(jī)嘯叫噪聲降低明顯，對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)嘯叫噪聲優(yōu)化提供了一定的依據(jù)及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

1? ? 電機(jī)8階嘯叫問(wèn)題

1.1? ?整車(chē)電機(jī)8階嘯叫噪聲

根據(jù)整車(chē)測(cè)試數(shù)據(jù)，加速工況車(chē)內(nèi)電機(jī)8階嘯叫噪聲凸顯，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。對(duì)應(yīng)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果為車(chē)速在60km/h～80km/h范圍，車(chē)內(nèi)存在明顯電機(jī)嘯叫噪聲，主觀評(píng)分6分。提取電機(jī)8階噪聲階次聲壓級(jí)曲線，峰值噪聲聲壓級(jí)在55dB（A）左右，對(duì)應(yīng)問(wèn)題轉(zhuǎn)速段為3000rpm～5000rpm。

1.2? ?電機(jī)8階激勵(lì)源分析

此車(chē)型選用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為轉(zhuǎn)子磁極數(shù)為8極，定子槽數(shù)為48槽的永磁同步電機(jī)，電機(jī)8階嘯叫噪聲來(lái)源主要為電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡量激勵(lì)導(dǎo)致的機(jī)械噪聲。

電機(jī)臺(tái)架測(cè)試結(jié)果如圖2所示。從測(cè)試結(jié)果中看，臺(tái)架近場(chǎng)1m噪聲colormap中，電機(jī)8階噪聲凸顯，特別是在電機(jī)高轉(zhuǎn)速段，這表明電機(jī)殼體向外輻射8階噪聲明顯;臺(tái)架殼體振動(dòng)colormap中，電機(jī)8階振動(dòng)全轉(zhuǎn)速段均很凸顯，存在電機(jī)8階振動(dòng)通過(guò)結(jié)構(gòu)傳遞的方式導(dǎo)致車(chē)內(nèi)8階噪聲大的可能性。

2? ? 電機(jī)8階噪聲傳遞路徑分析

電機(jī)8階嘯叫噪聲傳遞路徑主要為以電驅(qū)總成懸置隔振為主的結(jié)構(gòu)傳遞和穿透車(chē)身前圍隔吸聲措施的空氣傳遞兩種路徑，電機(jī)8階嘯叫噪聲傳遞過(guò)程如圖3所示：

2.1? ?電驅(qū)系統(tǒng)懸置隔振分析

通過(guò)整車(chē)測(cè)試，對(duì)電驅(qū)系統(tǒng)懸置隔振特性進(jìn)行分析，包括左、右、后懸置對(duì)電驅(qū)系統(tǒng)8階激勵(lì)的隔振性能，如圖4所示。在3000rpm～5000rpm問(wèn)題轉(zhuǎn)速段，電驅(qū)系統(tǒng)三個(gè)懸置對(duì)電機(jī)8階振動(dòng)激勵(lì)隔振效果較好，隔振率均在20dB左右。

2.2? ?電機(jī)8階噪聲空氣傳播驗(yàn)證

空氣傳遞一般是電驅(qū)高頻噪聲的主要傳遞路徑，本文為驗(yàn)證空氣傳遞路徑對(duì)電機(jī)8階嘯叫噪聲的影響，在整車(chē)狀態(tài)下對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行聲學(xué)包裹，包裹物分為4層，第1層為吸音棉、第2層為膠皮、第3層為吸音棉、第4層為鉛皮，4層包裹物疊加在一起，驅(qū)動(dòng)電機(jī)聲學(xué)包裹狀態(tài)如圖5：

驅(qū)動(dòng)電機(jī)聲學(xué)包裹前后進(jìn)行整車(chē)測(cè)試及評(píng)價(jià)，測(cè)試結(jié)果為包裹后車(chē)內(nèi)電機(jī)8階噪聲降低明顯，峰值處噪聲幅值降低9dB（A），主觀評(píng)價(jià)電機(jī)8階嘯叫噪聲不易感知，包裹前后對(duì)比如圖6所示。驅(qū)動(dòng)電機(jī)聲學(xué)包裹措施驗(yàn)證結(jié)論為空氣傳遞為車(chē)內(nèi)電機(jī)8階噪聲的主要傳遞路徑。

3? ? 電機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案及效果驗(yàn)證

電機(jī)聲學(xué)包裹措施可有效降低車(chē)內(nèi)電機(jī)8階噪聲，但受限于整車(chē)總布置空間，電機(jī)包裹方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)。并且，該車(chē)型車(chē)身前圍聲學(xué)包及氣密性狀態(tài)均已達(dá)標(biāo)，需從激勵(lì)源控制，即電機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方向?qū)?chē)內(nèi)8階噪聲進(jìn)行優(yōu)化。

3.1? ?整車(chē)狀態(tài)電機(jī)8階噪聲問(wèn)題定位

通過(guò)整車(chē)測(cè)試分析，電機(jī)逆變器殼體8階振動(dòng)曲線在490Hz存在明顯峰值，電機(jī)右懸置支架8階振動(dòng)曲線在580Hz存在明顯峰值，電機(jī)近場(chǎng)、車(chē)內(nèi)前排8階噪聲及逆變器殼體、右懸置支架8階振動(dòng)峰值對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖7所示。其中，電機(jī)近場(chǎng)8階噪聲在490Hz和580Hz存在兩處峰值，與電機(jī)逆變器殼體和右懸置支架振動(dòng)峰值對(duì)應(yīng)。

3.2? ?電機(jī)逆變器殼體模態(tài)分析

通過(guò)CAE模態(tài)仿真分析，計(jì)算出電機(jī)逆變器上殼體存在488Hz模態(tài)頻率，此模態(tài)頻率與整車(chē)測(cè)試逆變器殼體490Hz共振峰值對(duì)應(yīng)。逆變器上殼體模態(tài)計(jì)算結(jié)果如圖8所示：

3.3? ?電機(jī)懸置支架模態(tài)分析

通過(guò)CAE模態(tài)仿真分析，計(jì)算出電機(jī)右懸置支架模態(tài)頻率為718Hz，電機(jī)右懸置支架模態(tài)頻率明顯高于整車(chē)測(cè)試580Hz峰值結(jié)果，判斷電機(jī)右懸置支架580Hz峰值為強(qiáng)迫振動(dòng)問(wèn)題。電機(jī)右懸置支架模態(tài)計(jì)算結(jié)果如圖9所示：

3.4? ?電機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案

針對(duì)逆變器上殼體490Hz共振及電機(jī)右懸置支架580Hz強(qiáng)迫振動(dòng)問(wèn)題，分別制定結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。

對(duì)于逆變器殼體490Hz共振問(wèn)題，實(shí)施優(yōu)化措施如下：殼體厚度由原來(lái)的3mm增加至4mm、殼體背面增加加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、逆變器殼體上表面粘貼阻尼片，具體措施如圖10所示。優(yōu)化后，逆變器上殼體模態(tài)頻率由488Hz提升至613Hz。

對(duì)于右懸置支架580Hz強(qiáng)迫振動(dòng)問(wèn)題，實(shí)施優(yōu)化措施如下：綜合考慮布置空間和右懸置支架8階振動(dòng)情況，在右懸置支架上安裝固有頻率為580Hz的動(dòng)力吸振器，如圖11所示。該動(dòng)力吸振器關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)如下：Z向固有頻率滿(mǎn)足580Hz±5%Hz，質(zhì)量滿(mǎn)足200g±20g。

電機(jī)8階噪聲結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案總體如表1所示：

3.5? ?電機(jī)優(yōu)化方案效果驗(yàn)證

經(jīng)整車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證，體現(xiàn)電機(jī)逆變器殼體三個(gè)優(yōu)化方案及電機(jī)右懸置支架安裝動(dòng)力吸振器后，車(chē)內(nèi)電機(jī)8階噪聲在490Hz峰值較原狀態(tài)降低5dB（A），在580Hz峰值降低7dB（A），優(yōu)化效果明顯，且電機(jī)8階噪聲水平基本在50dB（A）以下，主觀評(píng)價(jià)7分。電機(jī)8階噪聲優(yōu)化效果如圖12所示：

4? ? 電機(jī)8階噪聲主客觀對(duì)應(yīng)分析

4.1? ?主觀評(píng)價(jià)方法

主觀評(píng)價(jià)是評(píng)判電機(jī)嘯叫噪聲水平的重要依據(jù)，主觀評(píng)價(jià)依據(jù)主觀評(píng)價(jià)表對(duì)電機(jī)嘯叫噪聲性能水平進(jìn)行等級(jí)劃分，主觀評(píng)價(jià)基準(zhǔn)如表2所示：

4.2? ?主客觀對(duì)應(yīng)分析

本文中某純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)8階嘯叫噪聲優(yōu)化過(guò)程采用主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)試相結(jié)合的方法，最終達(dá)成優(yōu)化目標(biāo)，主觀評(píng)價(jià)及客觀測(cè)試對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示：

5? ? 結(jié)論

（1）本文研究了某純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)8階嘯叫噪聲，通過(guò)激勵(lì)源與傳遞路徑分析，驗(yàn)證出空氣傳遞是車(chē)內(nèi)電機(jī)8階噪聲的主要路徑;

（2）通過(guò)整車(chē)試驗(yàn)和CAE仿真分析相結(jié)合，提出電機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，優(yōu)化效果明顯，電機(jī)8階噪聲水平由55dB（A）降為50dB（A）;

（3）進(jìn)行了電機(jī)8階嘯叫噪聲主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)試對(duì)應(yīng)分析。本文介紹的電機(jī)8階嘯叫噪聲優(yōu)化方法可應(yīng)用于整車(chē)狀態(tài)下電機(jī)噪聲的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證工作。

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