非消聲室環(huán)境下驅(qū)動(dòng)電機(jī)噪聲評(píng)價(jià)等效代替方法可行性研究

羅 媚，韓 彥，黃建忠，黃薪槐，唐容輝

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西汽車新四化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 柳州 545007）

引言

隨著新能源汽車的高速發(fā)展以及市場日益增加的需求，駕駛舒適性成為了人民選擇購買車型的一個(gè)重要條件。而噪聲是其中一個(gè)不管在駕駛車輛還是現(xiàn)實(shí)生活中均會(huì)嚴(yán)重影響人員身心健康的一個(gè)聲音，不管是傳統(tǒng)油車，還是純電動(dòng)汽車，整車的NVH成為了駕駛員和乘客在車上一個(gè)直接直觀的感受，故NVH 性能成為了各大主機(jī)廠整車驗(yàn)收一個(gè)重要指標(biāo)。純電動(dòng)汽車上由于沒有了發(fā)動(dòng)機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的不同車速，且因?yàn)檐噧?nèi)空間小，離電機(jī)近的原因，電機(jī)噪聲成為了噪聲主要來源。純電動(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。故非常有必要在研發(fā)驗(yàn)證階段對(duì)電機(jī)的噪聲進(jìn)行測試，以評(píng)估其是否滿足要求。

1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)噪聲測試的現(xiàn)狀

目前驅(qū)動(dòng)電機(jī)開發(fā)過程開展ADV 試驗(yàn)時(shí)也考慮了電機(jī)的噪聲測試，但是測試方法比較簡單。由于受臺(tái)架資源和試驗(yàn)周期、試驗(yàn)費(fèi)用等原因的限制，DV測試僅僅測試了單電機(jī)的空載噪聲。如圖1 所示，把電機(jī)放置在地上進(jìn)行簡單的固定，上電使其進(jìn)行空轉(zhuǎn)，不對(duì)電機(jī)進(jìn)行搭載測試，此條件下電機(jī)本身振動(dòng)就很小也沒有負(fù)載，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，空載不能真正起到測試電機(jī)在車上運(yùn)行工況的噪聲，也就沒有達(dá)到噪聲測試的根本目的。電機(jī)的噪聲產(chǎn)生主要是電機(jī)運(yùn)行過程中隨著定子、轉(zhuǎn)子磁場的變化產(chǎn)生不同頻率的電磁力，這些激勵(lì)作用在電機(jī)定子上，從而使整個(gè)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，并向外輻射噪聲。需要監(jiān)控的是電機(jī)產(chǎn)生的高頻噪聲。

圖1 單電機(jī)空載噪聲測試

現(xiàn)狀是大部分電機(jī)供應(yīng)商沒有可以測試帶載的半消聲室臺(tái)架，若委外在第三方測試機(jī)構(gòu)的半消聲室進(jìn)行一次NVH 帶載測試，費(fèi)用約10 萬元左右，費(fèi)用消耗大。近年來，越來越多的主機(jī)廠、專家學(xué)者對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的NVH 性能進(jìn)行研究，文獻(xiàn)[1]純電動(dòng)汽車電機(jī)噪聲測試與分析方法研究，主要研究了電機(jī)噪聲在整車上面的測試和結(jié)果分析方法。測試電機(jī)性能的臺(tái)架，供應(yīng)商都有，且相關(guān)研究表明文獻(xiàn)[2]，負(fù)載工況的電機(jī)主要階次的電磁噪聲是由電機(jī)端面及殼體輻射產(chǎn)生，本文探討的是能不能用一種更加簡單的方法，在沒有消聲室的環(huán)境下，在性能臺(tái)架上通過使用測試電機(jī)殼體振動(dòng)幅值的方法來評(píng)估驅(qū)動(dòng)電機(jī)噪聲的優(yōu)劣的可行性。下面通過某款電機(jī)在整車上的NVH 測試結(jié)果與在性能臺(tái)架上的測試振動(dòng)噪聲的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，探討其可行性。

2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)整車及振動(dòng)測試方法和結(jié)果

2.1 測試準(zhǔn)備

2.1.1 測試環(huán)境和測量儀器

在整車上測試時(shí)對(duì)環(huán)境沒有特別要求，在臺(tái)架上若無特殊要求，所有試驗(yàn)應(yīng)在滿足如下要求的環(huán)境條件中進(jìn)行。

相對(duì)濕度：40%～80%；海拔：不超過1 000 m，若超過1 000 m 參照GB 755—2008 相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。背景噪聲，由于在無消聲室環(huán)境，對(duì)工作背景噪聲不做要求。

2.1.2 測量儀器

傳聲器、記錄儀、線纜等聲學(xué)測試設(shè)備應(yīng)滿足GB/T 3785.1 中1 級(jí)的要求，濾波器應(yīng)滿足IEC 61260 中1 級(jí)的要求。聲校準(zhǔn)器應(yīng)滿足GB/T 15173規(guī)定的1 級(jí)儀器的要求。在每次測量前后，每個(gè)測量系統(tǒng)應(yīng)在測試頻率范圍內(nèi)一個(gè)或多個(gè)頻率上用聲校準(zhǔn)器進(jìn)行校準(zhǔn)，每次系列測量前后測量系統(tǒng)不做調(diào)整的校準(zhǔn)讀數(shù)的差值應(yīng)小于或等于0.3 dB，否則系列測量無效。

2.1.3 樣件準(zhǔn)備

整車、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電控等。對(duì)電機(jī)和電控進(jìn)行檢查，樣件應(yīng)結(jié)構(gòu)完整，空轉(zhuǎn)靈活且無異響、卡滯，緊固件完整且無損。表面應(yīng)無破損、變形、銹蝕等目測可見的異常。樣件各結(jié)合面和密封處應(yīng)密封良好，不應(yīng)有滲漏油液。其他應(yīng)滿足GB/T 18488.1 要求。

2.2 整車NVH 測試

電機(jī)及電控按照正確安裝方式安裝到整車上面，對(duì)駕駛員內(nèi)耳及電驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)場進(jìn)行布點(diǎn)后進(jìn)行測試，并詳細(xì)記錄結(jié)果。由于整車NVH 測試具有普遍性，不是本文闡述的重點(diǎn)，本文簡單帶過，不做詳細(xì)的描述。只記錄測試結(jié)果與振動(dòng)噪聲結(jié)果對(duì)比。

2.3 性能臺(tái)架振動(dòng)噪聲測試

2.3.1 臺(tái)架搭建和測試點(diǎn)布置

目前電機(jī)制造商均有自己的性能測試臺(tái)架，臺(tái)架搭建不存在困難點(diǎn)。如圖2 所示，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能測試臺(tái)架上按照正確的方式把電機(jī)連接在測功機(jī)上，并試跑可以正常測試。振動(dòng)傳感器布置在以下位置（面對(duì)測功機(jī)方向）：電機(jī)徑向的左右端、電機(jī)殼體的上下端以及電機(jī)端蓋中心，共5 個(gè)測試點(diǎn)，如圖3所示。

圖2 性能臺(tái)架搭建

圖3 振動(dòng)傳感器布點(diǎn)

2.3.2 振動(dòng)測試方法

按照要求的工況對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行加載，轉(zhuǎn)矩包含25%最大轉(zhuǎn)矩、50%最大轉(zhuǎn)矩、75%最大轉(zhuǎn)矩、100%最大轉(zhuǎn)矩等轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，加載過程中測試1 000～6 000 r/min轉(zhuǎn)速期間的振動(dòng)幅值，包含了整車常用的加速和滑行工況，對(duì)1 000～6 000 r/min加速和減速到規(guī)定扭矩的過程時(shí)間進(jìn)行規(guī)定，對(duì)振動(dòng)寬帶進(jìn)行規(guī)定，記錄整個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)各轉(zhuǎn)速點(diǎn)和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩工況下的振動(dòng)幅值（需轉(zhuǎn)換成dB，采樣間隔30 r/min，分辨率設(shè)置為1），盡可能全部考核電機(jī)各種工況下的振動(dòng)情況。整車上噪聲采集按照對(duì)應(yīng)的車速和油門開度行駛測試，以加強(qiáng)對(duì)比的可行性。

2.3.3 測試結(jié)果對(duì)比

本文討論的是方案的可行性，故數(shù)據(jù)處理過程不在文章里面詳細(xì)論述。通過對(duì)比臺(tái)架測試出來的結(jié)果和整車的噪聲測試結(jié)果，以全扭矩加載為例，得到測試結(jié)果為8 階和48 階臺(tái)架振動(dòng)測試得到的幅值dB 值和整車采集的噪聲dB 值對(duì)比，可見臺(tái)架振動(dòng)測試得到的dB 值和整車采集的噪聲dB 值表現(xiàn)基本一致。說明在無消聲室環(huán)境用測試振動(dòng)幅值的方法對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的噪聲表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)是可行的。雖然與在消聲室環(huán)境以及整車上面的測試結(jié)果存在差異，但通過測試振動(dòng)幅值可以評(píng)價(jià)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是否存在嘯叫的可能，是否需要優(yōu)化改進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是有指導(dǎo)意義的。且通過數(shù)據(jù)的積累是可以用該方法制定目標(biāo)值對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)的。

3 結(jié)語

通過測試方法和測試結(jié)果的比對(duì)可以發(fā)現(xiàn)，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)制造商沒有專門的帶半消聲室環(huán)境的臺(tái)架測試NVH 的情況下，是可以在電機(jī)性能臺(tái)架上通過測試殼體的振動(dòng)幅值的方法對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的噪聲表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)的，方案的可行性是存在的。解決了目前電機(jī)制造商的噪聲測試難題，為制造商提供一種簡單可操作的且存在考核意義的測試方法，從而驗(yàn)證和優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的噪聲是本文探討的意義所在。