徐闯, 谭雁清

(1.天津市松正电动汽车技术股份有限公司研发中心, 天津 300100； 2.东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北秦皇岛 066004)

0 引言

对于传统的燃油客车，其整车噪声主要表现为3个方面：发动机工作引起的发动机噪声；车辆运行引起的行驶噪声；辅助行车系统运行引起的附加噪声，包括冷却系统、空调系统、转向系统及制动系统等。以上三者尤其以发动机噪声对整车噪声水平的影响最大。对于纯电动客车，由于电机驱动系统取代了燃油发动机，整车的噪声水平大幅降低。而车辆行驶噪声和附加噪声在整车噪声水平中所占的比重较燃油客车变大[1-4]。

对于车辆的转向系统，在现阶段，燃油客车和纯电动客车的转向系统均为液压动力转向系统。在车辆转向时，燃油客车发动机噪声足以淹没液压转向系统的噪声；而在纯电动客车上面，液压转向系统的噪声则表现得非常明显，这就降低了司乘人员的舒适感。

1 噪声的产生机制

噪声从根本上说，是零件受迫振动后产生激振力，此激振力沿零部件之间的刚性或弹性连接逐级传递，在传递到外表面零件后激起外表面零件的振动响应[5]。振动的外表面激发相邻的空气介质的质点振动，从而形成声波向外辐射，即产生了噪声，如图1所示。

图1 噪声的产生机制

2

纯电动客车转向噪声分析

纯电动客车的电动液压助力转向系统构成有：转向传动轴、液压动力转向器、电动转向油泵、储油罐及油路。将待分析车辆开至本底噪声值低的空旷场地，用声级计进行车辆转向工况下各部件的噪声值测试。

测试设备为丹麦Bruel & Kjaer品牌2240型手持式声级计，测量时声级计测量头距离被测部件150 mm。测试结果见表1。

表1 纯电动客车各转向部件噪声参数

通过对表1所示的噪声值进行分析可知：在车辆转向过程中，电动转向油泵的噪声值明显高于系统的其他部分。为此，进一步对电动转向油泵的噪声数据进行采集。

3 电动转向油泵噪声试验

3.1 噪声数据分析

在上述空旷场地进行车辆转向工况下电动转向油泵噪声数据采集。采集用声压传感器灵敏度为40 mV/Pa，频率响应范

围10 Hz～20 kHz。采集噪声数据时声压传感器测量头距离电动转向油泵150 mm。将采集到的音频数据进行频谱分析，结果如图2所示。

图2 电动转向油泵噪声频谱分析

依据频谱分析结果，在0～2 000 Hz范围内，噪声幅值较大的频率为319.8、640.1、799.8、1 000、1 120.1、1 276.4 Hz。

3.2 噪声成因分析

通过了解得知，此纯电动客车搭载的电动转向油泵在转向系统工作时电机转速为1 200 r/min。电机为8对极永磁同步电机，油泵为双作用式叶片泵，叶片数量为10片。在电动转向油泵工作时，电机会产生转矩脉动，叶片式油泵会产生液压油的压力脉动。由噪声的产生机制可知，噪声产生的根本原因是激振力的存在。在电动转向油泵这一特定的组件中，此激振力即为电机的转矩脉动和油泵的液压油压力脉动。

由电机工作转速1 200 r/min可以推出，电动转向油泵的电机转速基频为160 Hz，油泵的液压油压力脉动频率为200 Hz。对照转向噪声频谱分析结果(图2)，噪声幅值较大的频率中：319.8、640.1、799.8、1 120.1、1 276.4 Hz分别为电机转速基频的2倍频、4倍频、5倍频、7倍频和8倍频；799.8、1 000 Hz分别为液压油压力脉动基频的4倍频和5倍频。

据此可以得出如下结论：电机的转矩脉动及油泵的液压油压力脉动是电动转向油泵噪声的产生根由；其中，电机的转矩脉动产生的噪声在频率范围和幅值表现上均强于油泵的液压油压力脉动。

将同型号电动转向油泵的电机在消声室内加至对应载荷，电机的噪声值只有40～45 dB(A)。进一步分析可知，电机与油泵之间通过联轴节传递动力，电机的转矩脉动也通过联轴节传递至了油泵，并经由油泵结构进行了放大，最终加强了电动转向油泵的噪声水平。

4 降噪措施

4.1 抑制激振力

一方面对电动转向油泵的电机控制参数进行优化，降低电机的转矩脉动从而达到抑制激振力的目的，降低整车转向噪声。另外可优化叶片泵的吸压油腔的曲线参数，从而降低油泵的液压油压力脉动。

4.2 屏蔽结构响应

既然振动是由电机经联轴器传递至油泵，因此可对联轴器的弹性体硬度进行优化，在保证动力传递可靠的前提下尽量减小弹性体的硬度，最大限度地吸收电机的转矩脉动，从而屏蔽其向油泵传递。

为验证降噪措施是否有效，在将联轴器弹性体用减小硬度后的弹性体替换后，再次进行了手持式声级计的噪声值测试，测试结果见表2。测试结果表明：更换联轴器弹性体后，电动转向油泵的噪声值明显降低。

5 结论

纯电动客车由于取消了传统燃油客车中噪声最大的发动机，因而其余部件或系统的噪声表现将严重影响整车的噪声水平。通过纯电动客车转向部件转向工况下的噪声值测定，初步锁定噪声源；再对噪声源进行噪声频谱分析，进一步明确噪声的根源。利用噪声频谱分析技术，通过整改后的二次试验，有效降低了转向部件的噪声。研究证明了频谱分析在纯电动客车转向噪声诊断方面的实用性和有效性，为整车生产企业降低整车转向噪声提供了科学路径。

参考文献:

[1]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(2):63-65.

QIN Q,XIAO W M,JIANG C S,et al.Comparison of Noise Characteristics of Electric and Fuel Vehicles[J].Noise and Vibration Control,2014,34(2):63-65.

[2]熊建强,黄菊花,廖群.车辆噪声源识别理论与方法分析[J].噪声与振动控制,2011,31(4):97-101.

XIONG J Q,HUANG J H,LIAO Q.Review of Theories and Methods of Noise Source Identification of Vehicle[J].Noise and Vibration Control,2011,31(4):97-101.

[3]曹勇.电动汽车车内噪声的分析与控制[D].武汉:武汉理工大学,2011.

[4]魏沈平,王燕,范习民.某电动汽车噪声分析及优化[J].北京汽车,2012(1):42-44.

[5]庞剑,谌刚,何华.汽车噪声与振动[M].北京:北京理工大学出版社,2006.