某純電動乘用車加速行駛車內(nèi)轟鳴問題的分析與優(yōu)化

高發(fā)華 汪躍中 譚雨點(diǎn) 丁潤江 朱亮

摘 要：針對某純電動乘用車全油門加速行駛車內(nèi)產(chǎn)生的轟鳴問題，經(jīng)主觀評價(jià)及試驗(yàn)診斷分析后，排查出電機(jī)轉(zhuǎn)速為6600rpm-7600rpm時(shí)車內(nèi)舒適性較差;通過駕駛室噪聲優(yōu)化控制方法及傳遞路徑分析排查出電機(jī)在高轉(zhuǎn)速下導(dǎo)致減速器內(nèi)部激勵(lì)與減速器殼體產(chǎn)生共振;結(jié)合開發(fā)車型設(shè)計(jì)情況，并在保證性能的情況下，提出減速器殼體重新優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案;通過試驗(yàn)驗(yàn)證表明，優(yōu)化方案解決駕駛室內(nèi)轟鳴問題，提高乘坐舒適性。

關(guān)鍵詞：純電動乘用車;加速;轟鳴噪聲

1 引言

隨著新能源汽車行業(yè)的快速崛起，人們對新能源汽車的要求不再僅僅局限其動力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面，對于新能源汽車的NVH特性要求也頗為嚴(yán)格。而轟鳴問題作為汽車噪聲突出問題的一種，極易引起駕駛員耳朵不適，甚至頭暈、身體難受，極大降低整車的乘坐舒適性，因此整車轟鳴問題的解決成為各新能源汽車企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問題。近年來，針對整車轟鳴問題已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。楊仕祥[1]通過階次分析法和模態(tài)分析法分析出由于發(fā)動機(jī)振動與駕駛室引起了共振，通過遺傳算法對懸置進(jìn)行優(yōu)化降低了轟鳴噪聲。還有一些主要的轟鳴問題由于發(fā)動機(jī)2階振動激勵(lì)，振動能量經(jīng)過懸置和傳動系統(tǒng)引起共振，最終在車內(nèi)行程轟鳴聲和壓耳感，然后通過優(yōu)化方案解決該問題[2-3]。目前對轟鳴問題的研究都是針對傳統(tǒng)汽油車內(nèi)噪聲的研究，純電動汽車轟鳴問題的研究較少。

本文以某自主品牌純電動汽車為研究對象，在整車全油門（WOT）加速工況過程中，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為6600rpm-7600rpm時(shí)，駕駛室內(nèi)會出現(xiàn)明顯的轟鳴問題，伴隨較強(qiáng)的壓耳感，引起車內(nèi)駕駛員明顯不適及煩躁感。因此，本文針對該問題展開分析研究。

2 車內(nèi)轟鳴噪聲主觀評價(jià)與分析

2.1 車內(nèi)噪聲主觀評價(jià)

以某品牌新開發(fā)的純電動乘用車為研究對象，整車采用電機(jī)、減速器前置，前輪驅(qū)動布置形式，動力總成懸置采用三點(diǎn)橡膠懸置。通過專業(yè)主觀評價(jià)師對駕駛室內(nèi)噪聲診斷表明，整車在WOT加速工況下，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速在6500rpm-8000rpm時(shí)，駕駛室內(nèi)出現(xiàn)明顯轟鳴現(xiàn)象，室內(nèi)乘員雙耳有明顯壓迫感，乘坐舒適性較差。因此本文中主要針對整車WOT加速工況下駕駛室內(nèi)轟鳴問題進(jìn)行分析和解決。

2.2 轟鳴噪聲問題的試驗(yàn)診斷

根據(jù)主觀評價(jià)結(jié)果，對駕駛室內(nèi)噪聲進(jìn)行實(shí)車測試和數(shù)據(jù)分析，以便于根據(jù)分析結(jié)果找到問題根源并提出轟鳴問題的解決方案。測試設(shè)備采用LMS測試系統(tǒng)，其主要設(shè)備參數(shù)如表1所示，參照噪聲測試標(biāo)準(zhǔn)，駕駛室噪聲測試結(jié)果如圖1所示，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速在6600rpm-7600rpm時(shí)，駕駛室內(nèi)出現(xiàn)轟鳴主要由3.58階噪聲引起，轟鳴聲頻率范圍出現(xiàn)在393.8-453.4Hz。

2.3 轟鳴噪聲影響因素分析

目前車內(nèi)噪聲問題常采用“源—路徑—響應(yīng)”的分析模型，得到如圖2所示噪聲傳遞路徑圖。該純電動乘用車在加速行駛過程中的激勵(lì)源為電機(jī)與減速器，由分析模型可知，轟鳴問題產(chǎn)生原因有兩種：一是通過動力總成內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)共振產(chǎn)生的噪聲通過車身鈑金輻射到駕駛室內(nèi);二是由于動力總成懸置系統(tǒng)減震作用不滿足性能要求，傳遞過程中引起車身零部件振動較大產(chǎn)生噪聲。

2.4 駕駛室噪聲優(yōu)化控制方法

針對排查駕駛室內(nèi)轟鳴問題，假設(shè)有i個(gè)激勵(lì)源作用，對應(yīng)的每個(gè)激勵(lì)作用車身的激勵(lì)力為Fi，對應(yīng)的第i個(gè)激勵(lì)力有j條傳遞路徑傳遞到車內(nèi)輻射空氣噪聲。

3 轟鳴噪聲原因排查

3.1 轟鳴問題噪聲源分析

為了排查噪聲源和主要傳遞路徑，在電機(jī)及減速器近場上方布置傳聲器，按照上述的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相同工況的整車WOT加速試驗(yàn)，電機(jī)及減速器近場噪聲測試結(jié)果如圖3、圖4和圖5所示。由圖3和圖4可知，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到6600rpm-7600rpm時(shí)，出現(xiàn)電機(jī)與減速器近場均出現(xiàn)明顯3.58階激振階次，激勵(lì)頻率在393.8-453.4Hz范圍內(nèi)，與駕駛室轟鳴噪聲完全對應(yīng)，也與符合主觀評價(jià)結(jié)果相吻合。由圖5可知，通過對比電機(jī)與減速器近總聲壓級基本一致，但3.58階激振階次減速器近場整個(gè)過程高于電機(jī)近場，因此，駕駛室轟鳴噪聲主要激勵(lì)能量來自于減速器內(nèi)部的激勵(lì)，經(jīng)過減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)排查，最終確定為減速器輸出軸軸承導(dǎo)致3.58階激振階次。

考慮該純電動車型開發(fā)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，振動激勵(lì)能量一方面是經(jīng)過動力總成系統(tǒng)經(jīng)過懸置系統(tǒng)，再經(jīng)過前艙框梁傳遞到駕駛室，在傳遞過程中引起零部件振動產(chǎn)生噪聲;另一方面可能是減速器內(nèi)部激勵(lì)與殼體產(chǎn)生共振產(chǎn)生的輻射噪聲引起駕駛室內(nèi)轟鳴。因此，需要排查懸置系統(tǒng)減震效果，分別在減速器殼體、動力總成懸置的主動端和被動端布置1個(gè)PCB三軸向加速度傳感器，測試結(jié)果如6和圖7所示。如圖6所示，在整車坐標(biāo)系下，減速器殼體三個(gè)方向出現(xiàn)的主要激勵(lì)均為3.58階激勵(lì)，且在轉(zhuǎn)速6600rpm-7600rpm時(shí)振動貢獻(xiàn)量較為突出，且在X方向的峰值加速度為2.20g，殼體出現(xiàn)異常振動，轟鳴噪聲相應(yīng)在393.8-453.4Hz范圍內(nèi)有明顯峰值，因此轟鳴產(chǎn)生的原因可初步判定為減速器輸出軸軸承激勵(lì)可能與減速器殼體模態(tài)出現(xiàn)共振，從而導(dǎo)致輻射噪聲。

振動能量由動力總成經(jīng)過懸置系統(tǒng)傳遞到前艙框梁，然后通過車身傳遞到駕駛室內(nèi)。如果懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致傳遞過程中產(chǎn)生異常振動，因此，對懸置系統(tǒng)隔振率進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)上述在懸置系統(tǒng)傳遞主、被動安裝傳感器進(jìn)行試驗(yàn)，其測試結(jié)果如圖7所示，在轉(zhuǎn)速6600rpm-7600rpm范圍內(nèi)，動力總成懸置系統(tǒng)三個(gè)方向隔振效果較好，振動傳遞率均小于10%，滿足設(shè)計(jì)要求。因此，可排除動力總成懸置系統(tǒng)隔振效果不好引起的駕駛室轟鳴噪聲。

3.2 減速器殼體模態(tài)分析

為了驗(yàn)證是否由減速器殼體共振引起的轟鳴噪聲，對減速器殼體進(jìn)行模態(tài)分析，通過給減速器殼體施加集中質(zhì)量代替原有動力總成結(jié)構(gòu)，其模態(tài)分析結(jié)果如圖8所示。減速器殼體第7-10階自由模態(tài)如表2所示。根據(jù)前文分析可知，駕駛室轟鳴噪聲在393.8-453.4Hz頻率范圍內(nèi)與減速器1階自由模態(tài)重疊。由共振原理可知，駕駛室轟鳴噪聲來源由于減速器輸出軸軸承轉(zhuǎn)動激勵(lì)頻率與減速器殼體產(chǎn)生共振。

4 轟鳴問題方案優(yōu)化與驗(yàn)證

根據(jù)上述分析可知，駕駛室轟鳴問題是由于減速器內(nèi)部軸承的激勵(lì)頻率與減速器殼體低階固有模態(tài)頻率重疊產(chǎn)生的共振產(chǎn)生了輻射噪聲。電機(jī)的輸出激勵(lì)頻率已經(jīng)固定，因此需要改變減速器殼體結(jié)構(gòu)，在滿足強(qiáng)度及其它性能要求下，改變其固有頻率避開激勵(lì)頻率。

4.1 減速器殼體優(yōu)化

根據(jù)排查結(jié)果給減速器廠家，供應(yīng)商對減速器殼體端面進(jìn)行重新開發(fā)及優(yōu)化后對其進(jìn)行模態(tài)分析，其分析結(jié)果如圖9所示，第7到19階模態(tài)如表3所示。

由分析結(jié)果可得，對減速器殼體進(jìn)行優(yōu)化后，移頻效果顯著。改進(jìn)后殼體一階模態(tài)為707.9Hz，根據(jù)共振理論，避開了激勵(lì)頻率393.8-453.4Hz，避免共振產(chǎn)生。

4.2 駕駛室轟鳴問題改善效果驗(yàn)證

將改進(jìn)后的減速器進(jìn)行裝車測試，對比原狀態(tài)下，整車WOT加速過程中駕駛室右耳噪聲瀑布圖如圖10所示。對比圖10圖1的駕駛室右耳可知，改進(jìn)后的駕駛室在393.8-453.4Hz頻率范圍無3.58階次噪聲。駕駛室內(nèi)總聲壓級如圖11所示，在電機(jī)轉(zhuǎn)速6600rpm-7600rpm范圍內(nèi)，駕駛室右耳總聲壓級出現(xiàn)明顯降低，駕駛室聲壓級峰值最大降低4.05dB。同時(shí)，主觀評價(jià)也表明，改進(jìn)后駕駛室無轟鳴噪聲，不適感也基本消失，極大提高了駕駛舒適性。

5 結(jié)論

本文結(jié)合實(shí)際新開發(fā)的純電動車型案例，通過仿真及試驗(yàn)相結(jié)合，詳細(xì)分析整車加速過程中駕駛室轟鳴噪聲的產(chǎn)生原因，并對其進(jìn)行解決，極大提高駕駛員乘坐舒適性。

參考文獻(xiàn)：

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