电动汽车车内高频噪声传递路径分析

宋鲁涛，董博文，王晖，王洋（华晨汽车工程研究院整车部NVH工程室，辽宁 沈阳 110141）

电动汽车车内高频噪声传递路径分析

宋鲁涛，董博文，王晖，王洋
（华晨汽车工程研究院整车部NVH工程室，辽宁 沈阳 110141）

针对电动汽车车内高频噪声问题，利用空气声传递路径分析方法，识别驾驶室内噪声问题的主要原因。以驱动电机系统 6辐射表面作为点声源，司机内耳噪声作为目标点，建立传递路径分析模型。采用逆矩阵法识别 6点声源的空气声载荷，得到各路径对驾驶室内噪声问题的贡献量，为问题的解决提供优化方向。研究表明，空气声传递路径分析能有效应用于电动汽车的车内高频噪声问题的分析。

电动汽车；高频噪声；传递路径分析；空气声载荷

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.028

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

引言

伴随着全球能源（特别是石油资源）危机、环境污染问题的日益严重，电动汽车的应用越来越广泛。与传统汽车进行比较，纯电动汽车没有了动力传动系统噪声，但由于存在“独特”的驱动电机噪声，如果设计或控制不当，将会产生比传统汽车还要差的噪声品质［1-2］。电动车的驱动电机高频噪声往往通过结构和辐射传递到目标位置。因此，对电动汽车噪声优化，提高其NVH性能水平，识别结构传递和声音传递的贡献量至关重要。通过传递路径分析（即 TPA ： Transfer Path Analysis），确定传递路径上对车内噪声影响最大的因素［3-4］，通过控制这些关键因素，如控制声源噪声，隔断噪声传递路径等，以使车内噪声降低到可控范围内。

电动汽车驱动电机噪声频率高，声品质差。利用传统的结构声传递路径分析无法有效捕捉高频范围的噪声特征。本文采用声辐射传递路径分析，将驱动电机作为立方体分解为6个面的点声源，分别识别出其空气声源载荷，通过各声源对车内噪声传递函数分析驱动电机系统对车内噪声的结构传递和声音噪声的贡献量，用于指导声学包装和结构隔振的优化设计。

1、空气声传递路径分析的基本原理

将电动汽车驱动电机假设为6个面的点声源，则6声源对车内噪声总的贡献量为P：

式中，

Pn——各点声源对车内噪声贡献声压；

Hn——点声源对车内噪声传递函数；

Qn——运行工况点声源空气声源载荷。

由式（1）可以看出，声源的空气声载荷和传递函数是TPA传递路径分析的输入量。

1.1空气声源载荷的测试方法

空气声源载荷常用的测试方法有声波辐射面逐点采集法、声强推导法和逆矩阵法[5]。由于声波辐射面逐点采集法主要应用于 2000Hz以下频段的噪声分析，声强推导法主要应用于平稳信号，均不适用于电动汽车高频声源的传递路径分析。

利用逆矩阵法求取空气声源载荷，将驱动电机作为立方体考虑，6个辐射表面划分为6个辐射点声源。如图1所示。

图1　声源表面及参考麦克风

测得运行工况下各声源表面参考麦克风处声压 p1, p2,…… pm，同时测得声源到近场麦克风处的传递函数[H＇]6ⅹm,则各声源处的空气声载荷可由逆矩阵求得：

式中，｛Qi｝——各声源空气声载荷；

｛pm｝——运行工况下，各参考点声压；

［H＇］6×m——各声源到参考麦克风的传递函数。

1.2传递路径测试方法

声源对车内噪声传递函数的测试，采用各声源位置体积声源激励，车内拾取声压信号的方法。

式中 P＇——体积声源激励工况车内声压；

Q＇n——体积声源激励表面体积加速度；

2、电动车高频噪声传递路径分析

依据前述车辆空气声传递路径分析方法可知，进行传递路径分析需要得到频率响应函数和空气声载荷等条件，实验过程如图2所示。

图2　空气声传递路径分析的实验流程

2.1激励点和参考点的定义

用逆矩阵法求取空气声源载荷，进行空气声传递路径分析，首先需要确定激励点和参考点。以电动车驱动电机系统而言，6个辐射表面上、下、左、右、前和后（面朝车辆前方）划分为6个辐射点声源，在每个辐射点声源附近选取2个参考点以提升计算的准确性。选择参考点原则是与激励点保持一定距离，且受其他激励影响较小。下方参考点位置如图3所示。

图3　下表面参考麦克风布置

2.2运行工况测试

定义激励点和参考点后，需要测量车辆实际工作状态下的响应信号。测试地点为整车半消声室转毂，测试工况为全加速，测试信号为驾驶室内响应点声音信号和12参考点声音信号。车内麦克风位置如图4所示。

图4　车内麦克风布置

图5　驾驶室内声音谱图

图6　驱动电机近场声音谱图

图5和图6分别为驾驶室内和驱动电机近场的声音信号。可以看出驾驶室内存在明显的40和48阶次的高频啸叫，与驱动电机系统噪声有明显的相关性。电动车主驱动电机和各种辅助系统的驱动电机引起驾驶室内高频电机啸叫。对于较高的电机啸叫噪声，频率区间处于人类敏感区域，其控制水平对电动汽车NVH性能的提升有非常重要的作用。

2.3频率响应函数测试

测试激励点-目标点，激励点-参考点的频响函数，用于空气声源载荷计算及各路径贡献量分析。频响函数测试是以体积声源在激励点进行激励，然后测试目标点和参考点的响应函数。6个激励源分别激励，共得到6组激励点-目标点频响函数和72组激励点-参考点频响函数。每组频响函数的相干性应保持在0.9以上。图7为下表面激励点对参考点的频响函数。

图7　下表面激励点-参考点频响曲线

3、试验数据的处理及分析

图8为驾驶室内司机位置噪声的阶次谱线，由图可以看出40阶和48阶次噪声较大，因其频率较高，处于人耳敏感区域，能够明显被驾驶室内人员感知，引起较大抱怨。

图8　驾驶室内噪声阶次图

对声辐射传递路径实验结果进行分析，判断驱动电机噪声的2问题阶次通过声音辐射还是结构传递引起驾驶室内问题。

图9　48阶次噪声辐射贡献

图10　40阶次噪声辐射贡献

图9和图10为辐射噪声总贡献量与驾驶室阶次噪声对比。可以看出驾驶室内48阶和40阶噪声主要由驱动电机的声音辐射引起。驱动电机及附属电机系统产生比较大的阶次噪声，经声学包装吸隔声后，传入驾驶室内。由此可断定，声源辐射噪声控制和声学包装性能提升是解决此问题的2条路径。在声源无法做较大改动的前提下，提升声学包装材料吸隔声性能至关重要，为下一步工作指明了方向。在此基础上，可进一步对测试结果进行分析，判定声源假定的6个激励点中，哪个位置辐射噪声贡献量最大，为声学包装优化提供参考。

图11　48阶次噪声后侧激励点贡献量

图12　40阶次噪声后侧激励点贡献量

图11和图12为48阶和40阶噪声后辐射表面贡献量曲线，可以看出，驾驶室内2问题阶次噪声，主要由驱动电机后方辐射传递。可以判断防火墙吸隔声水平对此问题贡献量最大，声学包装的优化工作可重点从此位置展开。

4、结论

电动车阶次啸叫问题频率较高，采用传递路径分析时，因设备的限制无法采用结构声传递路径实验。而声辐射传递路径分析，对声源定义、参考点选择、体积声源设置等要求较高，若要准确预估目标的响应，既需要熟悉理论基础，也需要相应的实验经验。本文讨论电动汽车高频阶次啸叫对驾驶室内贡献，工作要点可归纳为以下3点：

（1）提出电动汽车问题频率较高时，采用声辐射传递路径分析进行问题调查；

（2）定义驱动电机系统声源为6辐射表面激励，采用逆矩阵法识别空气载荷，分析辐射噪声对驾驶室内贡献量；

（3）识别出声源大小和声音辐射传递是引起驾驶室内问题的主要路径，并提出防火墙吸隔声优化是改善此问题的主要方法，为下一步优化指明方向。

[1] 严刚,夏顺礼,张欢欢,赵彬,吴刚.某纯电动汽车车内噪声试验分析与识别[J].合肥工业大学学报(自然科学版). 2011,34(09):1298-1301.

[2] 何志刚,赵明星,徐兴等.基于传递路径分析的电动汽车车内噪声研究[J].科学技术与工程,2014,14(21):156-161.

[3] 侯锁军,史文库,毛阳.应用传递路径分析方法对方向盘抖动贡献量的研究[J].西安交通大学学报,2013,47(03):132-136.

[4] 李未,王登峰;陈书明等.路面激励对汽车行驶平顺性影响的传递路径分析[J].吉林工业大学学报,2011,41(05):1193-1198.

[5] 郭荣,万钢,赵艳男,周江彬.车内噪声传递路径分析方法探讨 [J].振动、测试与诊断.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

宋鲁涛，就职于华晨汽车工程研究院。