宋魯濤，董博文，王暉，王洋（華晨汽車工程研究院整車部NVH工程室，遼寧 沈陽 110141）

電動汽車車內高頻噪聲傳遞路徑分析

宋魯濤，董博文，王暉，王洋
（華晨汽車工程研究院整車部NVH工程室，遼寧 沈陽 110141）

針對電動汽車車內高頻噪聲問題，利用空氣聲傳遞路徑分析方法，識別駕駛室內噪聲問題的主要原因。以驅動電機系統(tǒng) 6輻射表面作為點聲源，司機內耳噪聲作為目標點，建立傳遞路徑分析模型。采用逆矩陣法識別 6點聲源的空氣聲載荷，得到各路徑對駕駛室內噪聲問題的貢獻量，為問題的解決提供優(yōu)化方向。研究表明，空氣聲傳遞路徑分析能有效應用于電動汽車的車內高頻噪聲問題的分析。

電動汽車；高頻噪聲；傳遞路徑分析；空氣聲載荷

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.028

CLC NO.: U469.7Document Code:AArticle ID: 1671-7988(2015)12-77-04

引言

伴隨著全球能源（特別是石油資源）危機、環(huán)境污染問題的日益嚴重，電動汽車的應用越來越廣泛。與傳統(tǒng)汽車進行比較，純電動汽車沒有了動力傳動系統(tǒng)噪聲，但由于存在“獨特”的驅動電機噪聲，如果設計或控制不當，將會產生比傳統(tǒng)汽車還要差的噪聲品質［1-2］。電動車的驅動電機高頻噪聲往往通過結構和輻射傳遞到目標位置。因此，對電動汽車噪聲優(yōu)化，提高其NVH性能水平，識別結構傳遞和聲音傳遞的貢獻量至關重要。通過傳遞路徑分析（即 TPA ： Transfer Path Analysis），確定傳遞路徑上對車內噪聲影響最大的因素［3-4］，通過控制這些關鍵因素，如控制聲源噪聲，隔斷噪聲傳遞路徑等，以使車內噪聲降低到可控范圍內。

電動汽車驅動電機噪聲頻率高，聲品質差。利用傳統(tǒng)的結構聲傳遞路徑分析無法有效捕捉高頻范圍的噪聲特征。本文采用聲輻射傳遞路徑分析，將驅動電機作為立方體分解為6個面的點聲源，分別識別出其空氣聲源載荷，通過各聲源對車內噪聲傳遞函數(shù)分析驅動電機系統(tǒng)對車內噪聲的結構傳遞和聲音噪聲的貢獻量，用于指導聲學包裝和結構隔振的優(yōu)化設計。

1、空氣聲傳遞路徑分析的基本原理

將電動汽車驅動電機假設為6個面的點聲源，則6聲源對車內噪聲總的貢獻量為P：

式中，

Pn——各點聲源對車內噪聲貢獻聲壓；

Hn——點聲源對車內噪聲傳遞函數(shù)；

Qn——運行工況點聲源空氣聲源載荷。

由式（1）可以看出，聲源的空氣聲載荷和傳遞函數(shù)是TPA傳遞路徑分析的輸入量。

1.1空氣聲源載荷的測試方法

空氣聲源載荷常用的測試方法有聲波輻射面逐點采集法、聲強推導法和逆矩陣法[5]。由于聲波輻射面逐點采集法主要應用于 2000Hz以下頻段的噪聲分析，聲強推導法主要應用于平穩(wěn)信號，均不適用于電動汽車高頻聲源的傳遞路徑分析。

利用逆矩陣法求取空氣聲源載荷，將驅動電機作為立方體考慮，6個輻射表面劃分為6個輻射點聲源。如圖1所示。

圖1　聲源表面及參考麥克風

測得運行工況下各聲源表面參考麥克風處聲壓 p1, p2,…… pm，同時測得聲源到近場麥克風處的傳遞函數(shù)[H＇]6ⅹm,則各聲源處的空氣聲載荷可由逆矩陣求得：

式中，｛Qi｝——各聲源空氣聲載荷；

｛pm｝——運行工況下，各參考點聲壓；

［H＇］6×m——各聲源到參考麥克風的傳遞函數(shù)。

1.2傳遞路徑測試方法

聲源對車內噪聲傳遞函數(shù)的測試，采用各聲源位置體積聲源激勵，車內拾取聲壓信號的方法。

式中 P＇——體積聲源激勵工況車內聲壓；

Q＇n——體積聲源激勵表面體積加速度；

2、電動車高頻噪聲傳遞路徑分析

依據(jù)前述車輛空氣聲傳遞路徑分析方法可知，進行傳遞路徑分析需要得到頻率響應函數(shù)和空氣聲載荷等條件，實驗過程如圖2所示。

圖2　空氣聲傳遞路徑分析的實驗流程

2.1激勵點和參考點的定義

用逆矩陣法求取空氣聲源載荷，進行空氣聲傳遞路徑分析，首先需要確定激勵點和參考點。以電動車驅動電機系統(tǒng)而言，6個輻射表面上、下、左、右、前和后（面朝車輛前方）劃分為6個輻射點聲源，在每個輻射點聲源附近選取2個參考點以提升計算的準確性。選擇參考點原則是與激勵點保持一定距離，且受其他激勵影響較小。下方參考點位置如圖3所示。

圖3　下表面參考麥克風布置

2.2運行工況測試

定義激勵點和參考點后，需要測量車輛實際工作狀態(tài)下的響應信號。測試地點為整車半消聲室轉轂，測試工況為全加速，測試信號為駕駛室內響應點聲音信號和12參考點聲音信號。車內麥克風位置如圖4所示。

圖4　車內麥克風布置

圖5　駕駛室內聲音譜圖

圖6　驅動電機近場聲音譜圖

圖5和圖6分別為駕駛室內和驅動電機近場的聲音信號?？梢钥闯鲴{駛室內存在明顯的40和48階次的高頻嘯叫，與驅動電機系統(tǒng)噪聲有明顯的相關性。電動車主驅動電機和各種輔助系統(tǒng)的驅動電機引起駕駛室內高頻電機嘯叫。對于較高的電機嘯叫噪聲，頻率區(qū)間處于人類敏感區(qū)域，其控制水平對電動汽車NVH性能的提升有非常重要的作用。

2.3頻率響應函數(shù)測試

測試激勵點-目標點，激勵點-參考點的頻響函數(shù)，用于空氣聲源載荷計算及各路徑貢獻量分析。頻響函數(shù)測試是以體積聲源在激勵點進行激勵，然后測試目標點和參考點的響應函數(shù)。6個激勵源分別激勵，共得到6組激勵點-目標點頻響函數(shù)和72組激勵點-參考點頻響函數(shù)。每組頻響函數(shù)的相干性應保持在0.9以上。圖7為下表面激勵點對參考點的頻響函數(shù)。

圖7　下表面激勵點-參考點頻響曲線

3、試驗數(shù)據(jù)的處理及分析

圖8為駕駛室內司機位置噪聲的階次譜線，由圖可以看出40階和48階次噪聲較大，因其頻率較高，處于人耳敏感區(qū)域，能夠明顯被駕駛室內人員感知，引起較大抱怨。

圖8　駕駛室內噪聲階次圖

對聲輻射傳遞路徑實驗結果進行分析，判斷驅動電機噪聲的2問題階次通過聲音輻射還是結構傳遞引起駕駛室內問題。

圖9　48階次噪聲輻射貢獻

圖10　40階次噪聲輻射貢獻

圖9和圖10為輻射噪聲總貢獻量與駕駛室階次噪聲對比?？梢钥闯鲴{駛室內48階和40階噪聲主要由驅動電機的聲音輻射引起。驅動電機及附屬電機系統(tǒng)產生比較大的階次噪聲，經聲學包裝吸隔聲后，傳入駕駛室內。由此可斷定，聲源輻射噪聲控制和聲學包裝性能提升是解決此問題的2條路徑。在聲源無法做較大改動的前提下，提升聲學包裝材料吸隔聲性能至關重要，為下一步工作指明了方向。在此基礎上，可進一步對測試結果進行分析，判定聲源假定的6個激勵點中，哪個位置輻射噪聲貢獻量最大，為聲學包裝優(yōu)化提供參考。

圖11　48階次噪聲后側激勵點貢獻量

圖12　40階次噪聲后側激勵點貢獻量

圖11和圖12為48階和40階噪聲后輻射表面貢獻量曲線，可以看出，駕駛室內2問題階次噪聲，主要由驅動電機后方輻射傳遞?？梢耘袛喾阑饓ξ袈曀綄Υ藛栴}貢獻量最大，聲學包裝的優(yōu)化工作可重點從此位置展開。

4、結論

電動車階次嘯叫問題頻率較高，采用傳遞路徑分析時，因設備的限制無法采用結構聲傳遞路徑實驗。而聲輻射傳遞路徑分析，對聲源定義、參考點選擇、體積聲源設置等要求較高，若要準確預估目標的響應，既需要熟悉理論基礎，也需要相應的實驗經驗。本文討論電動汽車高頻階次嘯叫對駕駛室內貢獻，工作要點可歸納為以下3點：

（1）提出電動汽車問題頻率較高時，采用聲輻射傳遞路徑分析進行問題調查；

（2）定義驅動電機系統(tǒng)聲源為6輻射表面激勵，采用逆矩陣法識別空氣載荷，分析輻射噪聲對駕駛室內貢獻量；

（3）識別出聲源大小和聲音輻射傳遞是引起駕駛室內問題的主要路徑，并提出防火墻吸隔聲優(yōu)化是改善此問題的主要方法，為下一步優(yōu)化指明方向。

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

[2] 何志剛,趙明星,徐興等.基于傳遞路徑分析的電動汽車車內噪聲研究[J].科學技術與工程,2014,14(21):156-161.

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[4] 李未,王登峰;陳書明等.路面激勵對汽車行駛平順性影響的傳遞路徑分析[J].吉林工業(yè)大學學報,2011,41(05):1193-1198.

[5] 郭榮,萬鋼,趙艷男,周江彬.車內噪聲傳遞路徑分析方法探討 [J].振動、測試與診斷.2007(03):22-26.

Transfer Path Analysis of High Frequency Noise on Electric Vehicle

Song Lutao, Dong Bowen, Wang Hui, Wang Yang
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

According to high frequency problem of electric vehicle interior noise, the airborne transfer path analysis method is researched to identify the main reason for the interior noise problem. Six radiating surfaces of the driving motor system are supposed to point sources, and the driver inner ear noise is the target point，then the analysis model is established. The air sound loads of 6 points are identified with inverse matrix method, and the contribution of every path is obtained, which provides optimization direction for the solution of the problem. The research shows that the airborne transfer path analysis can be effectively applied to high frequency noise of electric cars analysis.

Vehicle interior noise; Sound quality; Psycho-acoustic parameters; Subjective and objective evaluation

U469.7

A

1671-7988（2015）12-77-04

宋魯濤，就職于華晨汽車工程研究院。