电动汽车与燃油汽车的低速噪声对比研究

陈凡

电动汽车与燃油汽车的低速噪声对比研究

陈凡

（江门职业技术学院 机电技术系，广东 江门 529030）

电动汽车具有使用维护费用低、噪声小等特点，但其声品质并不令人满意。文章通过对电动汽车与燃油汽车在实际道路上低速行驶时的车内噪声进行测量分析，发现电动汽车的声压级低于燃油汽车，但随车速上升，这种差距会缩小。电动汽车的噪声尖锐度比燃油汽车高。在低速行驶时的声品质有待改进。

电动汽车；车内噪声；尖锐度；声压级

前言

出于环保的需求，电动汽车的应用越来越广泛。电动汽车以其使用维护费用低、噪声小等优点获得消费者的认可。电动汽车没有发动机的噪声，增加了驱动电机的噪声，其噪声特征与燃油汽车存在着很大差异。学者们对此开展了一系列工作，在消声室环境下研究了电动汽车驱动电机的噪声特征[1-2]，对电动汽车的车外噪声进行了评价[3]，探讨了中高车速下的电动汽车车内噪声及声品质[4-5]。这些研究表明，电动汽车在高速行驶时，声压级与燃油汽车并无显著差异，但声品质有待改善。汽车在高速行驶时，胎噪和风噪是主要的噪声源[6]，会对动力系统的噪声形成掩蔽效应。而低速行驶时，动力系统的噪声影响则会凸显出来。为了提升电动汽车的驾驶品质，有必要对实际道路上低速行驶时的车内噪声进行测量和分析。

1 试验方案

分别对一款纯电动轿车和汽油轿车进行试验，采用传声器和采集卡进行数据采集，传声器灵敏度为47.86 mV/Pa，采样频率为44 100 Hz，采样时间为15 s。由于驾驶员耳旁声音具有代表性，故选择采集该处的噪声信号用于分析研究，测点位置如图1所示。试验时分别采集两款车以车速为0 km/h、5 km/h、10 km/h、15 km/h、20 km/h、25 km/h和30 km/h匀速行驶时驾驶员右耳处的噪声信号。行驶道路为柏油路面，环境噪声为33 dBA。

图1 道路试验过程

2 实验数据对比分析

2.1 声压级

对采集到的噪声信号进行A计权声压级计算，如图2所示。在车速为0 km/h时，电动汽车的声压级很低，燃油汽车的噪声为怠速噪声。在10 km/h以下，随着车速上升，电动汽车由于电机开始启动，声压级开始迅速升高。燃油车的噪声主要为发动机噪声，声压级基本不变。在10 km/h以上，燃油车的胎噪影响开始出现，声压级上升，但总体较为缓慢。电动车的声压级继续升高，但上升速率有所降低。在10 km/h到25 km/h区间内，电动汽车的声压级比燃油汽车低约5 dB。当车速达到30 km/h时，风噪的影响开始出现，风噪和胎噪成为汽车噪声的主要因素，电动汽车和燃油汽车的声压级已经非常接近。

图2 声压级的对比

2.2 频谱分布特征

对两台车的A计权声压级进行1/3倍频程分析，获得各特征频率带的声压级数据，如图3所示。车速为零时，电动汽车的车内噪声主要为环境噪声，在主要频段分布较为平均，燃油车的发动机噪声使得其频谱主要分布在500 Hz以下的低频段。当车速上升到10 km/h到20 km/h时，如图4和图5所示，在50 Hz到2 000 Hz区间内的各主要频率上，电动汽车噪声比燃油汽车噪声低约5 dB，二者的频率分布特征较为接近。如图6所示，当车速到达30 km/h时，燃油汽车和电动汽车在250 Hz以下的声压级非常接近。在250 Hz以上，电动汽车的声压级仍低于燃油汽车。

图3 0 km/h时的频谱对比

图4 10 km/h时的频谱对比

图5 20 km/h时的频谱对比

图6 30 km/h时的频谱对比

2.3 声品质

除了声音的大小会影响人的主观感觉，声音的频率分布特征也会造成影响。为此，学者们基于心理声学，提出了很多评价指标，如尖锐度、粗糙度、波动度等[7]。其中尖锐度是一个衡量声音尖锐或沉闷程度的心理声学参数。尖锐度反映了声音品质评价中的音色特征，通常来说，声音越刺耳，则尖锐度越高，声品质也越差。Aures尖锐度计算公式如下：

式中：为尖锐度；为总响度；为加权系数；为特征频带率，Bark；为特征响度，Sone/Bark。

如图7所示，燃油汽车的尖锐度随着车速上升而缓慢下降。电动汽车的尖锐度则随着车速上升而迅速下降，下降速率快于燃油汽车。这主要是由于电动汽车的驱动装置为电动机，其电磁噪声集中于高频段，在低速时尤为明显。虽然电机噪声随着转速上升，但随着车速上升后，胎噪和风噪的比例增大，电机噪声被逐渐掩蔽，尖锐度反而有所下降。

图7 基于Aures尖锐度的声品质对比

3 结论

在低速行驶时，电动汽车的总体声压级低于燃油汽车，但随着车速上升，这种差距会逐渐减小。电动汽车在实际道路上的车内噪声频谱总体分布特征类似于燃油汽车。电动汽车低速行驶时的声品质低于燃油汽车，电动汽车的声品质仍有待改善。

[1] 相龙洋,顾彦,何融.新能源车电机负载工况振动噪声试验研究[J].汽车实用技术,2019(14):24-27.

[2] 吴刚.电动汽车驱动总成噪声测试分析[J].北京汽车,2014(04):35- 38.

[3] 秦勤,肖伟民,蒋从双,等.电动汽车和燃油汽车的噪声特性对比[J].噪声与振动控制,2014,34(02):63-65.

[4] 王永超,顾灿松,陈达亮.纯电动汽车声品质评价及电磁噪声分析[J].汽车实用技术,2018(04):3-6.

[5] 严刚,夏顺礼,张欢欢,等.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+1384.

[6] 车勇,刘浩,夏祖国,等.纯电动汽车车内结构路噪识别[J].噪声与振动控制,2014,34(05):74-77+144.

[7] 贺岩松,涂梨娥,徐中明,等.汽车声品质研究综述[J].汽车工程学报, 2014,4(06):391-401.

Comparative Research on Noise of Electric Vehicle and Fuel Vehicle at Low Speed

CHEN Fan

( Department of Mechanical and Electrical Technology, Jiangmen Vocational and Technical College,Guangdong Jiangmen 529030 )

Electric vehicles have the merits of low maintenance cost and low noise, but their sound quality is not satisfactory. The interior noise of the electric vehicle and the fuel vehicle at low speed is measured and analyzed. It is found that the sound pressure level of the electric vehicle is lower than that of the fuel vehicle. But the gap will narrow with the increase of the driving speed. Electric vehicles have higher noise sharpness than fuel vehicles. The sound quality of electric vehicles at low speed should be improved.

Electric vehicle;Interior noise;Sharpness;Sound quality

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.003

U469.72

A

1671-7988(2021)21-12-03

U469.72

A

1671-7988(2021)21-12-03

陈凡，男，硕士，副教授，就职于江门职业技术学院机电技术系，主要研究方向为汽车振动与噪声的检测与诊断。

江门市科技计划项目（编号：2020030100340005352）。