電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)的噪聲特性對(duì)比

秦勤，肖偉民，蔣從雙，張斌

（1.北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所，北京100054；2.國(guó)家環(huán)境保護(hù)城市噪聲與振動(dòng)控制工程技術(shù)中心，北京100054；3.環(huán)境噪聲與振動(dòng)控制北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100054）

電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)的噪聲特性對(duì)比

秦勤1，肖偉民2，蔣從雙3，張斌1

（1.北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所，北京100054；2.國(guó)家環(huán)境保護(hù)城市噪聲與振動(dòng)控制工程技術(shù)中心，北京100054；3.環(huán)境噪聲與振動(dòng)控制北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100054）

許多城市引入了電動(dòng)汽車(chē)作為出租車(chē)和公交車(chē)。以電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析比較小型電動(dòng)汽車(chē)、小型汽油車(chē)以及電動(dòng)公交車(chē)、柴油公交車(chē)在不同行駛速度下的最大A聲級(jí)及頻譜特性。為城市交通噪聲污染防治提供數(shù)據(jù)參考。

電動(dòng)汽車(chē)；噪聲；最大A聲級(jí)；頻譜

近年來(lái)電動(dòng)汽車(chē)以其新能源，低污染的特點(diǎn)越來(lái)越受到關(guān)注，北京、杭州、天津等許多城市引入了電動(dòng)汽車(chē)作為城市出租車(chē)或公交車(chē)。本項(xiàng)研究以小型5座電動(dòng)車(chē)和電動(dòng)公交車(chē)為對(duì)象，旨在取得兩類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)的噪聲特性，并與燃油車(chē)輛進(jìn)行對(duì)比。為城市交通噪聲污染防治提供數(shù)據(jù)參考。

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本項(xiàng)研究參照《汽車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲限值及測(cè)量方法》、《聲學(xué)機(jī)動(dòng)車(chē)輛定置噪聲測(cè)量方法》[1，2]標(biāo)準(zhǔn)要求，分別對(duì)4種車(chē)輛在勻速、加速不同狀態(tài)下的車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)最大A聲級(jí)及頻譜進(jìn)行測(cè)量。測(cè)點(diǎn)分布如圖1。測(cè)點(diǎn)布置在離地面高1.2 m，距行駛中心線(xiàn)7.5 m處，傳聲器應(yīng)垂直指向被測(cè)車(chē)輛，測(cè)量?jī)x器B&K 2250環(huán)境噪聲分析儀。測(cè)試路面為瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。被測(cè)量車(chē)輛主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖1 測(cè)量點(diǎn)位示意圖(單位：m)

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.1 最大A聲級(jí)值

小型車(chē)輛勻速、加速行駛經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)時(shí)最大A聲級(jí)隨速度變化關(guān)系。如圖2所示。

表1 測(cè)試車(chē)輛的主要基本參數(shù)

圖2 小型車(chē)最大A聲級(jí)

公交車(chē)勻速、加速行駛經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)時(shí)最大A聲級(jí)隨速度變化關(guān)系。如圖3所示。

圖3 公交車(chē)最大A聲級(jí)

2.2 頻譜特性

小型車(chē)勻速、加速行駛經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)時(shí)最大A聲級(jí)頻譜隨速度變化關(guān)系。如圖4—5所示。

公交車(chē)勻速、加速行駛經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)時(shí)最大A聲級(jí)頻譜隨速度變化關(guān)系。如圖6—7所示。

3 數(shù)據(jù)對(duì)比及原因分析

3.1 數(shù)據(jù)對(duì)比

通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出：

(1)在30 km/h、60 km/h、70 km/h勻速行駛狀態(tài)下，小型電動(dòng)車(chē)經(jīng)過(guò)測(cè)量點(diǎn)的最大A聲級(jí)數(shù)值比汽油車(chē)輛高1～5 dB；在40 km/h、50 km/h勻速行駛狀態(tài)下，小型電動(dòng)車(chē)經(jīng)過(guò)測(cè)量點(diǎn)的最大A聲級(jí)數(shù)值與汽油車(chē)輛接近變化不明顯；在加速行駛狀態(tài)下，小型電動(dòng)車(chē)經(jīng)過(guò)測(cè)量點(diǎn)的最大A聲級(jí)數(shù)值比汽油車(chē)輛高1～2 dB；

圖4 小型車(chē)50 km/h勻速行駛LAmax頻譜圖

圖5 小型車(chē)50 km/h加速行駛LAmax頻譜對(duì)比圖

圖6 公交車(chē)50 km/h勻速行駛LAmax頻譜對(duì)比圖

圖7 公交車(chē)20 km/h加速行駛LAmax頻譜對(duì)比圖

(2)在20 km/h、30 km/h勻速行駛狀態(tài)下，柴油公交車(chē)最大A聲級(jí)數(shù)值比電動(dòng)公交車(chē)高4～5 dB；在40 km/h、50 km/h勻速行駛狀態(tài)下，兩類(lèi)公交車(chē)最大A聲級(jí)數(shù)值接近變化不明顯；在20 km/h、30 km/h加速行駛狀態(tài)下，柴油公交車(chē)最大A聲級(jí)數(shù)值比電動(dòng)公交車(chē)高7～12 dB；在40 km/h、50 km/h加速行駛狀態(tài)下，柴油公交車(chē)最大A聲級(jí)數(shù)值比電動(dòng)公交車(chē)高2～3 dB；

(3)在勻速、加速行駛狀態(tài)下，小型電動(dòng)汽車(chē)、汽油車(chē)噪聲能量主要集中在500～4 000 Hz頻段范圍內(nèi)；汽油車(chē)輛在63 Hz左右存在明顯的峰值。

(4)在勻速、加速行駛狀態(tài)下，電動(dòng)公交車(chē)噪聲能量分布相對(duì)比較平均，主要集中在500～4 000 Hz的中高頻段，有2～3個(gè)明顯的峰值，例如車(chē)輛以50 km/h速度勻速行駛時(shí)在500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz處出現(xiàn)明顯峰值；柴油公交車(chē)噪聲主要集中在63～800 Hz中低頻段范圍內(nèi)，低頻段63～80 Hz左右存在一個(gè)最大峰值。

3.2 原因分析

汽車(chē)噪聲主要來(lái)源發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、輪胎噪聲、排氣噪聲等幾方面。汽車(chē)在低速行駛時(shí)主要噪聲源為發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，高速勻速行駛時(shí)主要噪聲源為輪胎噪聲。

電動(dòng)車(chē)和普通燃油車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理不同，電動(dòng)車(chē)電機(jī)噪聲主要有：電磁噪聲、機(jī)械噪聲與空氣動(dòng)力噪聲組成。

電磁噪聲是電動(dòng)汽車(chē)噪聲的主要噪聲源。電磁波使定子鐵心產(chǎn)生振動(dòng)變形的徑向分量是電磁噪聲的主要來(lái)源，使齒根部彎曲產(chǎn)生局部變形的切向分量是電磁噪聲的次要來(lái)源。當(dāng)徑向電磁力波與定子的固有頻率接近時(shí)，就會(huì)引起共振，使振動(dòng)與噪聲大大增強(qiáng)。電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，氣隙磁場(chǎng)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的力波，其產(chǎn)生的電磁力是交變的。氣隙磁場(chǎng)中除了主磁通外，還有很多次的諧波分量。它們的頻率往往與齒、槽數(shù)成倍數(shù)關(guān)系。因此電磁噪聲中有2倍于電源頻率的主磁通引起的噪聲外，主要是諧波磁通產(chǎn)生的頻率較高的噪聲。機(jī)械噪聲主要是指電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的軸承噪聲，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡力產(chǎn)生的振動(dòng)及噪聲。機(jī)械噪聲是任何運(yùn)動(dòng)件無(wú)法避免的噪聲，在汽車(chē)電機(jī)中，它與電磁噪聲緊密相關(guān)。因?yàn)橐坏┯薪Y(jié)構(gòu)振動(dòng)，就會(huì)影響電磁場(chǎng)；同時(shí)由于電磁力的存在也會(huì)改變結(jié)構(gòu)件的振動(dòng)頻率和幅值。機(jī)械噪聲一般隨轉(zhuǎn)速和負(fù)載電流的增大而增大,在高速情況下成為電機(jī)噪聲的主要部分，包括軸承、電刷和結(jié)構(gòu)共振引起的噪聲?？諝鈩?dòng)力噪聲是由隨軸旋轉(zhuǎn)的冷卻風(fēng)扇造成空氣流動(dòng)形成的噪聲[3]。

電動(dòng)車(chē)電機(jī)主要噪聲頻段隨著轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩改變而不同，在低速低轉(zhuǎn)矩（800 r/min，200 N·m）時(shí)620 Hz、2 500 Hz、4 900 Hz、9 450 Hz、9 900 Hz、15 000 Hz，在低速高轉(zhuǎn)矩(800 r/min，8 500 N·m)主要頻段為635 Hz、2 450 Hz、5 000 Hz、9 300 Hz～10 500 Hz、10 000 Hz、15 000 Hz，在額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)矩(2 000 r/min，477 N·m)時(shí)為1 100 Hz～1 500 Hz、2 600 Hz，在高速低轉(zhuǎn)矩(4 000 r/min,50 N·m)時(shí)為2 250 Hz～3000Hz、4500 Hz，在高速高轉(zhuǎn)矩(4 000 r/ min，220 N·m)為1 800 Hz～3 000 Hz、7 500 Hz[4]。小型汽車(chē)輪胎噪聲主要集中在500～2 000 Hz，與電動(dòng)車(chē)電機(jī)主要噪聲頻段重合，這是小型電動(dòng)車(chē)在低速、高速勻速行駛狀態(tài)及加速行駛狀態(tài)最大A聲級(jí)值比小型汽油車(chē)略高的主要原因之一。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲約占重型車(chē)通過(guò)噪聲的60%左右[5]。本次實(shí)驗(yàn)被測(cè)柴油公交車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)基頻噪聲在30 km/h勻速行駛狀態(tài)最大A聲級(jí)達(dá)93 dB (80 Hz)，電動(dòng)公交車(chē)最大A聲級(jí)值為66 dB(1250 Hz)；20 km/h加速行駛狀態(tài)下柴油公交車(chē)的最大A聲級(jí)達(dá)104 dB(100 Hz)，電動(dòng)公交車(chē)最大A聲級(jí)值為70 dB(2 000 Hz)，柴油公交車(chē)主要噪聲頻段集中且峰值高，而電動(dòng)公交車(chē)噪聲分布相對(duì)平均，峰值多而低。導(dǎo)致電動(dòng)公交車(chē)在低速勻速行駛狀態(tài)及加速行駛狀態(tài)的最大A聲級(jí)比柴油公交車(chē)低。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

電動(dòng)汽車(chē)與普通燃油汽車(chē)相比具有無(wú)排氣噪聲，無(wú)定置噪聲污染的優(yōu)點(diǎn)。本次實(shí)驗(yàn)中小型電動(dòng)車(chē)與汽油車(chē)噪聲污染水平相當(dāng)；電動(dòng)公交車(chē)比柴油公交車(chē)噪聲污染水平低4～12 dB。

目前我國(guó)很多城市道路交通擁堵情況日益嚴(yán)重，道路平均車(chē)速低、燃油公交車(chē)噪聲級(jí)大以及公交車(chē)頻繁停站—起步的行駛特性，導(dǎo)致燃油公交車(chē)噪聲污染問(wèn)題非常嚴(yán)重。與柴油公交車(chē)相比電動(dòng)公交車(chē)具有噪聲級(jí)低且具有中高頻特性的優(yōu)點(diǎn)，而且在低速行駛及加速行駛狀態(tài)下電動(dòng)公交優(yōu)勢(shì)更加突出，如若全部使用電動(dòng)公交車(chē)將大大降低公交車(chē)噪聲污染水平，有利于改善道路周邊區(qū)域的聲環(huán)境質(zhì)量。

[1]GB1495-2002，汽車(chē)加速行駛車(chē)外噪聲限值及測(cè)量方法[S].

[2]GB T 14365-1993，聲學(xué)機(jī)動(dòng)車(chē)輛定置噪聲測(cè)量方法[S].

[3]王再宙，等.電動(dòng)汽車(chē)用電機(jī)噪聲分析和降噪方法初探[J].微電機(jī)，2006，39(7)：62-63.

[4]張春香，等.純電動(dòng)汽車(chē)用電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)噪聲頻譜特性實(shí)驗(yàn)研究[J].微電機(jī)，2009，42(4)：73-74.

[5]運(yùn)偉國(guó).重型卡車(chē)重要噪聲源分析與降噪方法研究[J].汽車(chē)科技，2011，7：52-55.

Comparison of Noise Characteristics of Electric and Fuel Vehicles

QINQin1,XIAO Wei-min2,JIANG Cong-shuang3，ZHANGBin1

(1.Beijing Municipal Institute of Labor Protection,Beijing 100054,China; 2.State Environmental Protection Engineering Center for City Noise&Vibration Control, Beijing 100054,China 3.Beijing Key Laboratory of Environmental Noise and Vibration Control,Beijing 100054,China)

Electric vehicles have been serving as taxis and public buses in many cities.In this paper,the electric and fuel vehicles are studied.Analysis and comparison of the maximum A-weighted sound level and spectrum of the electric and fuel cars and buses at different speeds are provided.This work offers some references for the prevention of urban transport noise.

acoustics;electric vehicles;noise;maximumA-weighted sound level;spectrum

X839

ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1335.2014.02.014

1006-1355(2014)02-0063-03

2013-04-10

北京市科學(xué)技術(shù)研究萌芽項(xiàng)目“電動(dòng)汽車(chē)噪聲特性研究”和創(chuàng)新工程項(xiàng)目

秦勤（1980-），女，滿(mǎn)族，內(nèi)蒙古赤峰市，碩士，目前從事環(huán)境噪聲研究。

E-mail:qin-qinchrissy@hotmail.com