电动汽车行驶噪声波束形成声源识别测试研究

王佳良， 沈林邦， 叶 磊， 张 鑫， 叶方标

(1.工业和信息化部装备工业发展中心， 北京 100846； 2.招商局检测车辆技术研究院有限公司， 电动汽车安全评价重庆市工业和信息化重点实验室， 重庆 401329)

汽车的振动噪声是衡量其乘坐舒适性的一项重要指标。电动汽车由于其配置特性导致其振动噪声特性与传统燃油车有明显的区别。虽然电动汽车的总体噪声低于传统燃油车，但由于没有发动机的“掩蔽效应”，电动汽车在行驶过程中产生的风噪、路噪、车身附件噪声及电机带来的高频纯音等更加凸显。因此，为进一步对电动汽车行驶噪声进行声学优化，需要对其进行噪声源准确识别。

近年来，基于延迟求和(DAS)的波束形成声源识别技术凭借一次测量即可全面记录声场、声源识别结果直观可视化等独特优势，在汽车行驶噪声源识别领域的应用日渐增多。本文在按照GB 1495—2002通过噪声测试系统的基础上，增加一个30通道麦克风阵列，构建针对运动声源的车外通过噪声波束形成声源识别测试系统，并利用该系统在重庆机动车强检试验场进行电动汽车车外行驶噪声声源识别试验。

1 测试系统及原理

该测试系统由地面数采、直径3 m的30通道半圆形麦克风阵列、车载设备以及触发光栅组成。其中，地面数采和麦克风阵列采集声音信号，触发光栅采集车辆进线和出线触发信号，车载设备采集车速和转速信号。该系统通过车内无线发送装置和地面接收装置进行车速和转速信号传输，麦克风阵列布置于距离试验道路中心线位置7.5 m处。图1为汽车通过噪声声源识别试验现场设备布置示意图。

该测试系统通过触发光栅采集车辆进线时刻，对车速信号开始进行积分运算，直至车辆触发出线光栅信号为止，即可获得测试对象在行驶过程中的位置信息；然后再采用基于平面波或球面波假设的运动声源识别软件，对阵列麦克风采集的声音信号进行延迟、加权、求和等运算，对特定方向上的有用信号进行增强，形成主瓣，相应衰减其他方向上的干扰信号，形成旁瓣，实现声源定位并得出声源成像平面随测试对象位置的变化关系，从而准确识别噪声源。波束形成声源识别结果示意图如图2所示。

图1 汽车通过噪声声源识别设备布置示意图

图2 波束形成声源识别结果示意图

2 汽车行驶噪声声源识别

利用上述测试系统，对某长5.9 m、宽2.3 m、高3.9 m的N类电动货车进行通过噪声声源识别试验，试验条件满足标准要求。为了确定该车上各点坐标位置及车辆行驶坐标位置，定义以车头最前端为0坐标点位置，车尾为5.9 m坐标点位置。车辆入线′为-10 m行驶坐标点位置，中线′点为0坐标点位置，出线′为10 m行驶坐标点位置。测试工况分别为40 km/h、60 km/h的匀速行驶和初速度为30 km/h的加速行驶。

2.1 40 km/h匀速行驶通过噪声声源识别结果

图3为40 km/h匀速行驶通过噪声波束形成声源识别过程及结果，其中：

图3(a)为整个测试过程中波束形成声源位置随着车辆行驶位置的变化情况，横坐标为测试区域，从-10 m到10 m；纵坐标为车长。从图中可以看出，最大声源总强度为65.79 dB，出现在横坐标-6.25 m、纵坐标为3 m的位置，即当测试车辆行驶至-6.25 m时，距离车头3 m的车身位置的声源强度最大。

图3(b)为整个运动过程中，麦克风阵列采集到的出现最大声源时刻的波束形成声源识别结果。为了避免旁瓣的干扰，图中已通过设置显示动态范围，只显示主瓣，不显示旁瓣。此时最大声源出现的位置为车身下部与地面中间位置(该位置为车辆电机控制器所在位置)。该声源由于车身的遮挡，无法直接向外发散，而是通过车身与地面之间的空隙进行传播。

图3(c)为不同行驶位置波束形成声源的强度及频率情况，可以看到，该最大声源的峰值强度为62.95 dB，对应频率为1 088 Hz。多次匀速试验过程中，该最大声源的峰值强度及对应频率稳定。

(a) 波束形成声源位置与行驶位置关系云图

(b) 波束形成最大声源识别结果

(c) 行驶过程中频率成分分析云图

2.2 60 km/h匀速行驶通过噪声声源识别结果

图4为60 km/h匀速行驶通过噪声波束形成声源识别过程及结果。从图4(a)中可以看出，车辆行驶至1.75 m时，距离车头5 m的车身位置出现最大声源，最大声源总强度为77.93 dB；从图4(b)可以看出，此时的最大声源出现在后轮位置附近，可能是由行驶过程中的后桥驱动器或轮胎噪声所产生；从图4(c)可以看到，该最大声源的峰值强度为74.53 dB，对应频率为256 Hz。

(a) 波束形成声源位置与行驶位置关系云图

(b) 波束形成最大声源识别结果

(c) 行驶过程中频率成分分析云图

2.3 加速通过噪声声源识别结果

进行初速度为30 km/h加速通过噪声的波束声源识别试验。入线速度为30.21 km/h，到达中线′点速度为33.56 km/h，出线速度为38.07 km/h，加速过程中平均加速度为0.86 m/s。车辆行驶至7.25 m位置时，距离车头5 m的车身位置出现最大声源总强度，其值为68.46 dB。其对应位置也为后驱动桥及后车轮部位。该最大声源的峰值强度为64.47 dB，对应频率为512 Hz。

3 结束语

对某电动汽车进行40 km/h、60 km/h的匀速和初速度为30 km/h的加速工况的通过噪声波束形成声源识别试验，通过分析确定不同速度下最大声源强度的位置及频率特性，为后续研究提供依据。