某電動(dòng)汽車路噪優(yōu)化分析

摘要：對(duì)于電動(dòng)車型，在加速工況下，路噪、風(fēng)噪、電機(jī)嘯叫為主要噪聲源。其中，路噪是用戶感知度較高的一種噪聲。因此，降低路噪對(duì)降低汽車行駛車外噪聲起到非常重要的作用。對(duì)于低頻路噪通過結(jié)構(gòu)傳遞，可通過車身及底盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化改善。而高頻路噪通過空氣傳遞，需要通過密封和聲學(xué)包解決。本文講述電池包設(shè)計(jì)對(duì)某電動(dòng)車型路噪的優(yōu)化分析。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車;電池包;路噪

中圖分類號(hào)：U469.72

文章標(biāo)識(shí)碼：A

0前言

電池包殼體作為新能源汽車電池模塊的承載體，對(duì)電池模塊的安全工作和防護(hù)起著關(guān)鍵作用，同時(shí)電池包殼體的剛度和加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)方式對(duì)NVH有較大影響。某純電動(dòng)車型，車輛行駛中路噪和輪胎胎噪均較大，導(dǎo)致車內(nèi)聲壓級(jí)高于競(jìng)品車，通過車身密封、底盤調(diào)校及聲學(xué)包優(yōu)化，大部分頻段與競(jìng)品車相當(dāng)[1]，但在1250～1600Hz噪聲仍然高于競(jìng)品車。通過排查分析，電池包對(duì)電動(dòng)車路噪具有負(fù)貢獻(xiàn)。本文講述電池包殼體對(duì)路噪的影響，為以后電動(dòng)車型的電池包殼體設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1某EV車型路噪研究1.1路噪原因分析

2019年，霍俊焱等通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于燃油車型，EV車下體安裝有電池包，電池包上殼體的剛度往往設(shè)計(jì)不足，易產(chǎn)生較大的輻射噪聲[2]。聲學(xué)傳遞函數(shù)是響應(yīng)點(diǎn)的聲壓與聲源處的體積加速度的比值，用ATF來表示。ATF曲線值越小，表明聲源對(duì)車內(nèi)的傳遞減小，即隔聲越好。針對(duì)問題頻率，車內(nèi)進(jìn)行了聲學(xué)包優(yōu)化，高頻噪聲基本達(dá)到競(jìng)品車水平，但通過ATF測(cè)試，某EV車型在前排座椅底部區(qū)域1250Hz～1600Hz頻率帶內(nèi)ATF水平仍明顯高于競(jìng)品車，且無法通過車內(nèi)聲學(xué)包解決（圖1）。為尋找整車隔聲能力薄弱區(qū)域，使用聲強(qiáng)探頭對(duì)整車地板進(jìn)行掃描排查，發(fā)現(xiàn)聲強(qiáng)能量主要集中在前排座椅底部區(qū)域，此區(qū)域恰為電池包所在的車身區(qū)域，進(jìn)而判斷此頻帶噪聲高可能為電池包影響。

1.2拆除電池包

電動(dòng)車的電池包位于車身底部，遮擋路面激勵(lì)，所以電池包的增加應(yīng)該會(huì)降低路噪，但實(shí)際并不是這樣的。為確定問題方向，首先進(jìn)行極端處理，拆除電池包，此時(shí)地板ATF數(shù)據(jù)4000Hz以下頻帶降低5dB左右，作用明顯（圖2）。說明是電池包導(dǎo)致此頻段噪聲增大，故懷疑與結(jié)構(gòu)聲輻射相關(guān)。

1.3電池包殼體增加阻尼

阻尼是消耗系統(tǒng)振動(dòng)能量的能力，將系統(tǒng)的振動(dòng)能或者聲能轉(zhuǎn)變成熱能或者其他形式的能量而耗散掉，從而抑制了系統(tǒng)的振動(dòng)并降低輻射噪聲。在強(qiáng)迫振動(dòng)中，阻尼消散了激勵(lì)力所做的一部分功而使振動(dòng)幅值降低。

試驗(yàn)中，對(duì)電池包殼體表面增加阻尼，測(cè)試電池包殼體的頻響函數(shù)，測(cè)試結(jié)果顯示FRF振動(dòng)幅值降低明顯。說明該電動(dòng)車型的電池包護(hù)板本體結(jié)構(gòu)薄弱，受到噪聲源激勵(lì)時(shí)，向車內(nèi)輻射噪聲大，增加阻尼后，自身消耗振動(dòng)能量并消耗的能力增加，本體振動(dòng)幅值降低，減小了電池包殼體的振動(dòng)和聲輻射。對(duì)電池包殼體聲輻射進(jìn)行評(píng)估，采用互易法進(jìn)行，在施加阻尼材料前后，關(guān)注測(cè)點(diǎn)的聲振傳遞特性均有明顯改善（圖3）。

1.4電池包增加密封和聲學(xué)包

電池包與車身之間增加密封，并在內(nèi)部增加吸音棉吸聲處理后，地板到駕駛員的ATF在大多頻帶上均有明顯改善，其中前地板最高降低6dB，后地板最高降低4dB。電池包本體與車身形成混響場(chǎng)，噪聲在內(nèi)部空間被不斷反射，路噪在此處被放大，通過地板輻射至車內(nèi)導(dǎo)致車內(nèi)噪聲增大。在電池包與車身之間增加密封處理后，路噪被隔絕在外，混響場(chǎng)消失，多了電池包的遮擋，地板整體隔聲能力增加，車內(nèi)噪聲降低（圖4）。

2仿真分析結(jié)果

動(dòng)剛度是指計(jì)算結(jié)構(gòu)在周期振蕩載荷作用下對(duì)每一個(gè)計(jì)算頻率的動(dòng)響應(yīng)，也稱為頻率響應(yīng)。動(dòng)剛度值過低，路面噪聲會(huì)通過電池包殼體結(jié)構(gòu)輻射噪聲到車內(nèi)。仿真分析該車型電池包整體一階模態(tài)為37.1Hz，不滿足目標(biāo)要求。電池包上殼體動(dòng)剛度59N/mm，不滿足目標(biāo)要求。電池包殼體薄弱，輻射噪聲大，路噪被電池包殼體放大，主觀感受路噪大（圖5）。

3優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)和仿真分析結(jié)果，首先，更改電池包殼體結(jié)構(gòu)，增加加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)，提高了電池包殼體動(dòng)剛度，降低輻射噪聲。然后，電池包殼體與車身之間增加密封和吸音材料，消除與車身之間的混響場(chǎng)，并吸收路面噪聲。如圖6所示，將改善后的電池包殼體安裝在車身后，對(duì)車內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)試，排右側(cè)乘客左耳噪聲在200Hz以下低頻有一定改善，60～100Hz頻帶和160～200Hz頻帶噪聲有較明顯降低，630～8000Hz頻帶降低1～2dB（A）。說明電池包殼體增強(qiáng)和密封對(duì)路噪具有較大影響，以后電動(dòng)車項(xiàng)目要重視電池包殼體設(shè)計(jì)。

4結(jié)語

本文分析了路噪的產(chǎn)生機(jī)理，并從結(jié)構(gòu)上分析路噪控制原則，整車路噪包括低頻結(jié)構(gòu)噪聲及高頻胎噪兩種;電動(dòng)車路噪相比于燃油車會(huì)更加凸顯，電動(dòng)車路噪控制更加艱難和重要;重點(diǎn)介紹了電池包殼體對(duì)某電動(dòng)車型的路噪影響。

車型電池包殼體設(shè)計(jì)對(duì)低頻及高頻路噪均有較大影響[3]，電池包殼體設(shè)計(jì)不當(dāng)造成路噪大的原因有以下幾種。首先。電池包殼體本體結(jié)構(gòu)薄弱，輻射噪聲大。其次，電池包殼體與車身間無聲學(xué)處理，形成混響場(chǎng)。第三，當(dāng)前電動(dòng)汽車電池包在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮與車身地板間做密封處理，以提升地板隔聲性能。

本文通過電池包殼體分析。對(duì)路噪聲優(yōu)化案例，對(duì)電池包殼體本體動(dòng)剛度提出定義;對(duì)電池包殼體模態(tài)分布進(jìn)行前期規(guī)劃;也對(duì)電池包殼體的結(jié)構(gòu)和材料及與車身密封提出要求。上述分析結(jié)果，為解決路噪問題在項(xiàng)目開發(fā)前期目標(biāo)設(shè)定提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動(dòng)—理論與應(yīng)用[M].第1版，北京理工大學(xué)出版社，2006：234.

[2]霍俊焱，魏博雄，胡海歐，等.純電動(dòng)汽車（EV）設(shè)計(jì)階段NVH開發(fā)綜述[J].中國(guó)汽車，2019，27（3）：27-29.

[3]王玉雷，路志堯，徐炳樺，等.某小型電動(dòng)汽車路噪性能分析及車身優(yōu)化[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2019，32（04）：86-89.

作者簡(jiǎn)介：

劉秀影，碩士，研究方向?yàn)镹VH聲學(xué)開發(fā)。