電驅(qū)動(dòng)總成的NVH目標(biāo)設(shè)定方法和建議

本文中對(duì)市場(chǎng)上一些不同品牌的純電動(dòng)車的車內(nèi)階次進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析，目的是分析主要階次噪聲的特征、最大聲壓級(jí)、頻率和TNR與主觀感受的關(guān)系，為電驅(qū)動(dòng)總成噪聲的目標(biāo)設(shè)定提供參考。

1 嘯叫聲的評(píng)價(jià)指標(biāo)TNR

TNR是用于分析單調(diào)噪聲的一個(gè)心理聲學(xué)指標(biāo)。它的定義為單調(diào)音的能量與單調(diào)音所處的臨界頻帶的其它噪聲能量的比值，其中后者是將臨界頻帶的能量減去單調(diào)噪聲的能量得到。在信息技術(shù)和通信設(shè)備行業(yè)的機(jī)電產(chǎn)品噪聲評(píng)價(jià)時(shí)，由于主要是單調(diào)噪聲，常采用TNR指標(biāo)，其定義為

式中

為單調(diào)音的能量

為單調(diào)音所處臨界頻帶的其它噪聲能量；P2total為臨界頻帶的噪聲能量；Δftotal為臨界頻帶的帶寬；Δftone為單調(diào)音的帶寬。

根據(jù)ECMA—74標(biāo)準(zhǔn)［5］：如果兩個(gè)音調(diào)很接近，那么將其中較弱者的能量加到較強(qiáng)者之上；如果兩個(gè)音調(diào)有顯著的距離，則將它們視為獨(dú)立的音調(diào)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也提供了評(píng)價(jià)一個(gè)單調(diào)噪聲是否顯著的判斷標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)于頻率高于1 000 Hz，TNR限值為8 dB；對(duì)于頻率低于1 000 Hz，TNR限值為8 dB＋8.33·log10（1000／ftone）dB；超過上述限值的單調(diào)音為顯著的，如圖1所示。

圖1 TNR的評(píng)價(jià)限值標(biāo)準(zhǔn)

2 測(cè)試說明

從圖8左圖看出：減速器輸入齒輪階次TNR最大值頻率位于0.700-1.8 kHz之間，幅值大小為0～7 dB；其中BOLT和LEAF最小，分別為0和1 dB；其次是Model X，Geely和DENZA，分別為2和3 dB；最大的是I3和QIN，分別為5和7 dB。

由于全負(fù)荷工況（WOT）時(shí)動(dòng)力總成噪聲最大，故均測(cè)試WOT工況下車內(nèi)駕駛員耳旁噪聲（由于Tesla加速太快，以部分負(fù)荷工況進(jìn)行測(cè)試，使0～100 km加速時(shí)間控制在8 s左右）。試驗(yàn)在光滑平直瀝青路面上進(jìn)行，從靜止全負(fù)荷加速到120 km／h，跟蹤電機(jī)轉(zhuǎn)速并記錄噪聲數(shù)據(jù)。試驗(yàn)采用LMS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)后處理采用5 Hz頻率分辨率。在實(shí)車評(píng)價(jià)時(shí)，專業(yè)評(píng)價(jià)人員采用整車主觀評(píng)價(jià)的10分制進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，采用聲音回放與濾波，對(duì)主要階次噪聲進(jìn)行主觀評(píng)分。

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 聲壓級(jí)與TNR云圖分析

圖2～圖4示出其中3臺(tái)車的車內(nèi)聲壓級(jí)和TNR云圖。

表1 測(cè)試的純電動(dòng)汽車參數(shù)描述

圖2 BMW I3 WOT工況下的車內(nèi)駕駛員耳旁聲壓級(jí)（左圖）和TNR（右圖）

圖3 Nissan LEAF WOT工況下的車內(nèi)駕駛員耳旁聲壓級(jí)（左圖）和TNR（右圖）

從聲壓級(jí)云圖可以看出，電動(dòng)車車內(nèi)主要表現(xiàn)為電驅(qū)動(dòng)總成的高頻階次噪聲。胎噪、路噪、風(fēng)噪等噪聲隨車速增大其幅值和頻率寬度也增大。車速達(dá)到100～120 km／h時(shí)，這些寬頻主要頻率最高約達(dá)4 000～5 000 Hz。

圖4 Chevrolet BOLT WOT工況下的車內(nèi)駕駛員耳旁聲壓級(jí)（左圖）和TNR（右圖）

選取了7臺(tái)近年來較暢銷的純電動(dòng)車型，如表1所示。這7臺(tái)車分別來自中國、日本、美國和德國，可認(rèn)為這些電動(dòng)車具有典型的全球代表性。表中列出了其電驅(qū)動(dòng)總成的主要性能參數(shù)，包括電機(jī)和減速器的主要階次。從表中可以看出，除Tesla采用感應(yīng)電機(jī)外，其它車型都采用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)。其電機(jī)主要階次分別為48，60和72階，等于電機(jī)的定子槽數(shù)。減速器輸入齒輪階次處于19～31階之間，減速器輸出齒輪階次處于7～10階之間。

圖5 3款車的車內(nèi)電機(jī)階次對(duì)比

3.2 TNR與主觀評(píng)分對(duì)比

考慮整個(gè)加速工況中聲音最顯著的時(shí)刻，將所有車型各階次最大的TNR列出，如圖6所示。由于TNR越大，表示單調(diào)噪聲越顯著；而主觀評(píng)價(jià)分值越小，表示噪聲越顯著。因此，將10-主觀評(píng)價(jià)分與TNR進(jìn)行對(duì)比。從圖中可以看出，各個(gè)階次的TNR的趨勢(shì)與主觀評(píng)分的趨勢(shì)基本一致。因此，可使用TNR指標(biāo)來評(píng)價(jià)電動(dòng)車高頻嘯叫噪聲。

3.3 最大的TNR和聲壓級(jí)及頻率分布

TNR的限值與頻率相關(guān)。為確定電動(dòng)車嘯叫噪聲TNR指標(biāo)的一般要求，將所有車型最大的TNR與對(duì)應(yīng)的頻率和最大的聲壓級(jí)與對(duì)應(yīng)的頻率列出，如圖7～圖9所示。

圖6 各車型主要階次TNR與主觀評(píng)分對(duì)比

從圖7左圖看出：電機(jī)階次TNR最大值頻率位于2-8 kHz之間，幅值大小為0～5 dB。其中BOLT和DENZA幅值最小，為0；其次是Geely，LEAF和Model X，分別為2和3 dB；最大的是QIN和I3，幅值為5 dB。從圖7右圖看出，聲壓級(jí)所反映的規(guī)律與TNR完全不同：LEAF和Model X的聲壓級(jí)是最大的，超過30 dB（A）。因此，目標(biāo)設(shè)定時(shí)不能簡單地要求電機(jī)階次噪聲小于30 dB（A）。應(yīng)該首先設(shè)定TNR的目標(biāo)，再計(jì)算背景噪聲下對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)。

從圖9左圖看出：減速器輸出齒輪階次TNR最大值頻率位于500-700 Hz之間，幅值大小為0～9 dB；其中LEAF和Geely最小，分別為0和2 dB；其次是Model X，I3和DENZA，分別為4，6和7 dB；最大的是QIN和BOLT，分別為8和9 dB。

研究主要圍繞企業(yè)特定范圍內(nèi)影響協(xié)調(diào)合作的共同要素展開，沒有結(jié)合具體企業(yè)的協(xié)調(diào)合作特征，而實(shí)踐活動(dòng)中合作關(guān)系受多維因素綜合影響，在影響因素的提取方面可能存在一定的局限性。同時(shí)沒有考慮到不同行業(yè)不同規(guī)模企業(yè)之間在不同合作階段都會(huì)受到不同因素的影響，研究結(jié)果也可能會(huì)存在差異。因此，未來研究應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大樣本調(diào)查范圍，結(jié)合企業(yè)合作特定階段特征，深入探討與分析更多潛在因素及其對(duì)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)的作用路徑與影響程度。

圖7 各車型電機(jī)階次最大的TNR（左圖）和聲壓級(jí)（右圖）對(duì)比

圖8 各車型減速器輸入齒輪階次最大的TNR（左圖）和聲壓級(jí)（右圖）對(duì)比

圖9 各車型減速器輸出齒輪階次最大的TNR（左圖）和聲壓級(jí)（右圖）對(duì)比

圖8和圖9右圖聲壓級(jí)規(guī)律與左圖的TNR完全不同。可以看出：減速器齒輪噪聲聲壓級(jí)幅值較分散：輸入齒輪階次在42～49 dB（A）之間均有分布；輸出齒輪階次則分布在50～60 dB（A）之間。在設(shè)定齒輪階次目標(biāo)時(shí)也不能簡單要求齒輪階次噪聲小于某一數(shù)值。

4 電動(dòng)車電驅(qū)動(dòng)嘯叫聲目標(biāo)設(shè)定方法

根據(jù)上述分析，可歸納出電動(dòng)車車內(nèi)嘯叫聲的一般評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如圖10所示。電驅(qū)動(dòng)總成的主要階次可按照它們所處的頻率范圍設(shè)定相應(yīng)的TNR目標(biāo)。如要達(dá)到完全無嘯叫，則要求TNR≤1 dB（f＞1 kHz）和TNR≤2 dB（f＜1 kHz）。

圖10 電動(dòng)車嘯叫噪聲TNR一般評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

確定各嘯叫階次的TNR目標(biāo)后，再參考原型車或樣車估計(jì)車輛的路噪、胎噪和風(fēng)噪頻譜，即可確定各嘯叫階次的聲壓級(jí)目標(biāo)。最后可根據(jù)空氣聲傳播函數(shù)和結(jié)構(gòu)聲傳播函數(shù)確定電驅(qū)動(dòng)總成的單體NVH目標(biāo)。其設(shè)計(jì)思路如圖11所示。

圖11 電驅(qū)動(dòng)總成NVH目標(biāo)設(shè)定方法

根據(jù)以上的分析，建議減速器輸入和輸出軸主動(dòng)齒輪齒數(shù)盡可能選小一些，以便齒輪嘯叫聲頻率靠近路噪、胎噪和風(fēng)噪頻率，從而能被有效遮蔽。

5 結(jié)論

本文中選取了7款市場(chǎng)上流行的純電動(dòng)汽車，針對(duì)車內(nèi)電驅(qū)動(dòng)嘯叫進(jìn)行了測(cè)試評(píng)價(jià)和分析。對(duì)全負(fù)荷工況下的車內(nèi)聲壓級(jí)、TNR和主觀評(píng)分進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明TNR與主觀感受是一致的，而聲壓級(jí)的大小并不能直接用來評(píng)價(jià)嘯叫的顯著度。根據(jù)電驅(qū)動(dòng)總成3個(gè)主要階次的TNR分布，得出對(duì)應(yīng)于電動(dòng)汽車嘯叫顯著度的TNR數(shù)值范圍。最后總結(jié)了電驅(qū)動(dòng)總成的NVH目標(biāo)設(shè)定方法和建議。

審核編輯：郭婷