純電動(dòng)汽車電機(jī)嘯叫噪聲優(yōu)化方案

作者：李彬，鄧建交丨中國(guó)第一汽車股份有限公司

摘 要：

純電動(dòng)汽車在整車NVH性能開發(fā)過程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)存在8階嘯叫噪聲，嚴(yán)重影響整車NVH性能品質(zhì)。通過整車試驗(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。

本文作者基于某純電動(dòng)汽車電機(jī)嘯叫噪聲表現(xiàn)，通過整車測(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階嘯叫問題

1.1 整車電機(jī)8階嘯叫噪聲

根據(jù)整車測(cè)試數(shù)據(jù)，加速工況車內(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)果為車速在60km/h～80km/h范圍，車內(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)問題轉(zhuǎn)速段為3000rpm～5000rpm。

圖1 車內(nèi)前排噪聲結(jié)果

1.2 電機(jī)8階激勵(lì)源分析

此車型選用的驅(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)通過結(jié)構(gòu)傳遞的方式導(dǎo)致車內(nèi)8階噪聲大的可能性。

圖2 電機(jī)臺(tái)架測(cè)試結(jié)果

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階嘯叫噪聲傳遞過程如圖3所示:

圖3 電機(jī)8階嘯叫噪聲傳遞路徑圖

2.1 電驅(qū)系統(tǒng)懸置隔振分析

通過整車測(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。

圖4 電驅(qū)系統(tǒng)懸置隔振率

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)行整車測(cè)試及評(píng)價(jià)，測(cè)試結(jié)果為包裹后車內(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)論為空氣傳遞為車內(nèi)電機(jī)8階噪聲的主要傳遞路徑。

圖6 電機(jī)包裹前后車內(nèi)8階噪聲對(duì)比

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內(nèi)電機(jī)8階噪聲，但受限于整車總布置空間，電機(jī)包裹方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)。并且，該車型車身前圍聲學(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)噧?nèi)8階噪聲進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 整車狀態(tài)電機(jī)8階噪聲問題定位

通過整車測(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)。

圖7 8階噪聲及逆變器殼體、右懸置支架8階振動(dòng)

3.2 電機(jī)逆變器殼體模態(tài)分析

通過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:

圖8 逆變器上殼體模態(tài)計(jì)算結(jié)果

3.3 電機(jī)懸置支架模態(tài)分析

通過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)問題。電機(jī)右懸置支架模態(tài)計(jì)算結(jié)果如圖9所示：

圖9 電機(jī)右懸置支架模態(tài)計(jì)算結(jié)果

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。

圖10 逆變器殼體結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案

對(duì)于右懸置支架580Hz強(qiáng)迫振動(dòng)問題，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向固有頻率滿足580Hz±5%Hz，質(zhì)量滿足200g±20g。

8階噪聲結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案總體如表1所示:

表1 電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

3.5 電機(jī)優(yōu)化方案效果驗(yàn)證

經(jīng)整車試驗(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：

圖12 車內(nèi)電機(jī)8階噪聲優(yōu)化前后對(duì)比

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：

表2 主觀評(píng)價(jià)基準(zhǔn)

4.2 主客觀對(duì)應(yīng)分析

本文中某純電動(dòng)汽車電機(jī)8階嘯叫噪聲優(yōu)化過程采用主觀評(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：

表3 電機(jī)8階噪聲主客觀對(duì)應(yīng)

5 結(jié)論

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

（2）通過整車試驗(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)用于整車狀態(tài)下電機(jī)噪聲的開發(fā)和驗(yàn)證工作。

審核編輯：湯梓紅