徐小红　韦尚军　郭葵　郑伟光　施朝坤

【摘 要】针对某纯电动商用车怠速工况噪声大的问题，采用分部运转法，确定主要噪声源，并结合激励源特性，分析噪声源的频率特性，为低噪声设计提供理论及实验依据。针对空压机低频窄带噪声，分别设计谐振腔、扩张室消声器，降低进风口噪声;并通过增加进气引管，使声源远离驾驶室，进一步降低室内外噪声;设计冷却风扇四级调速，减少风扇启动的占空比，降低怠速噪声。测试结果显示，采用噪声优化方法及装置后，噪声明显降低，效果明显。

【关键词】纯电动商用车;怠速工况;空压机噪声;风扇噪声

【中图分类号】U463.46 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）07-0058-03

面对环境和资源的双重压力，具有清洁、能量转换高效等优点的电动汽车已成为汽车发展的重要组成部分[1，2]，同时大力发展电动汽车对促进我国从汽车大国转向汽车强国具有重要意义。随着国内经济的快速发展，商用车使用者对电动汽车性能提出了更多要求，其中噪声与振动性能越来越受到关注，成为评价电动汽车品牌的重要指标[3]。电动汽车的噪声问题并未随内燃机消失而消失，没有内燃机噪声的掩蔽效应，电动汽车各个噪声源对整车噪声贡献开始凸现，噪声的覆盖频带变宽，高频噪声也需要考虑[4，5]。基于以上现状，具有良好噪声性能的纯电动商用车应运而生。

本文针对国内某型纯电动商用车怠速工况下整车噪声过大的问题，通过试验分析与CAE仿真相结合的方法，找到目标电动商用车怠速工况下噪声过大的根本原因，提出并验证优化方案。结果表明仿真分析结果可靠、优化设计方案可行，达到预期的噪声优化目的。

1 声源分析

1.1 噪声测试方案

针对目标电动商用车在怠速工况下的噪声问题，以司机右耳处作为评价参考点，分析使用者最常用的两种工况：原地怠速关空调/开窗和原地怠速开空调/关窗，均为启动高压状态。监测点分别为驾驶员右耳、空压机进气口、空压机（空压机电机、空压机左侧与空压机前部）与风扇处（见表1）。为增加噪声试验的数据准确性，随机选取3辆同类型的电动商用车作为测试对象，试验结果取其平均值。

对于电动车整车噪声源诊断，可以采用分步运转测试方法判断各个噪声源在整车总体噪声中所占的比重，测试方案见表1。

若已知两个声源的总声压级为Lp和其中一个噪声源单独存在时的声压级为Lp1，则另外一个噪声源单独存在时的声压级Lp2可以通过如下公式算出：

1.2 噪声测试结果

通过上述分布运转法及声级叠加原理，可得表1的测试结果。由表1可知：关空调/开窗状态下，空压机是室内噪声的主要原因;空调在不同挡位下，驾驶室内噪声主要成分不同，1挡是冷却风扇噪声;2挡是空调出风口与冷却风扇噪声;3挡和4挡是空调出风口噪声。空调出风口的噪声随空调挡位增加。通过以上分析，确定影响车内噪声的主要声源是冷却风扇、空压机和空调出风口。

空压机噪声多由电机噪声与压缩机噪声组成[6]：①电机噪声由电磁噪声、机械噪声与空气动力学噪声组成;②压缩机噪声由旋转噪声和涡流噪声组成。压缩机工作时，叶轮周期性地挤压周围空气，气体分子相互撞击引起空气压力脉动后以声波形式向外辐射;气流流经风机叶片时，在它的表面形成很多气体涡流，当气体涡流在叶轮界面上分离时，引起叶片上压力的脉动，形成涡流噪声。

风扇噪声主要包括旋转噪声和涡流噪声[7，8]。旋转噪声是旋转叶片周期性扰动空气，引起空气的压力脉动而发出噪声;涡流噪声是风扇旋转时使周围空气产生涡流，并由黏滞力作用使之分裂成小涡流，涡流间分裂使空气发生扰动，形成压力波动，从而激发出噪声。涡流噪声通常为宽频带噪声，当其振动频率与叶片的固有频率接近时会产生共振，使得噪声增加。

该型式电动车冷却风扇稳定转速為4 100 r·min-1，对应1阶频率为68.3 Hz;空压机稳定工作转速为3 000 r·min-1，对应1阶频率为50 Hz。由表2风扇、空压机、室内噪声频谱图可得对应的频率，进一步验证了怠速时主要噪声源为冷却风扇与空压机噪声。

2 降噪设计

空压机噪声源具有激励频率低、呈窄带线谱特性[9]，基于经济性和可行性两个方面考虑，对空压机进气口进行低噪声设计。

2.1 低噪声设计

2.1.1 谐振腔设计

谐振腔又称为赫姆霍兹消音器，广泛应用于进排气系统，对于低频噪声有较好的抑制效果，其原理类似于结构中的动力吸震器，当激励频率与系统共振频率重合时可得到较大的传递损失，谐振腔示意图如图1（a）所示。

谐振腔的共振频率如下：

其中，f为消声频率;S为连接管截的面积;L为连接管的长度;V为谐振腔的容积;c为声速。针对目标频率f=100 Hz，设计谐振腔参数V=1 000 cm3，L=20.7 cm，S=7 cm2，c=340 m·s-1。

制作样件在进风口初增加谐振腔如图1（b）所示，通过测试对比，装谐振腔后，室内外噪声均降低3 dB左右[如图1（c）所示]，空滤进气口100 Hz降低22 dB，效果明显[如图1（d）所示]。

2.1.2 消声器设计

扩张室型消声器对低频宽带噪声有较好的抑制效果，依据如下公式：

其中，m为扩张比，L1为扩张室长度，λ为波长。设计消声器参数如下：进气口直径为15 mm，扩张室直径为75 mm，扩张室长度为200 mm。制作样件如图2（a）所示，其理论传递损失如图2（b）所示，图2（c）为进气口加装消声器实物图，图2（e）为加装消声器前后空滤进气口噪声对比。图2（d）为安装消音器后室内外噪声测试结果，可以看出，加装消声器后，室内外噪声均降低3 dB左右，空滤进气口处空压机旋转噪声明显降低，效果明显。

2.1.3 进气口设计

通过增加进气引管，使进气口远离驾驶室[如图3（a）所示]，可进一步降低车内外噪声[如图3（b）所示]，可以看出空滤进气口处的噪声对室内外噪声影响很大，能降低3～4 dB。图3（c）为增加进气引管后室内噪声对比，在100 Hz和150 Hz两处峰值处，噪声有明显的衰减。

2.2 冷却风扇噪声

针对冷却风扇，噪声与风扇转速相关，转速越高其风量、风压越高，噪声也相应越高。通过测试不同转速下风扇的噪声（见表3）可以看出，在低转速时，风扇噪声可以得到很好的控制。因此，可根据MCU和电机温度范围，设定相应的控制策略（见表3）。

3 结语

针对国内某型纯电动商用车怠速工况下室内外噪声过大的问题，对3辆同类型的电动商用车进行试验，采集噪声数据，进行频谱分析，进行噪聲源定位与频谱特性分析。根据噪声源特性，提出相应的优化设计方案并进行实车噪声试验对比设计效果。得到以下结论。

（1）对于室内噪声，关窗状态下，压缩机、风扇和空调口噪声是主要声源，开窗状态下，风扇噪声是主要原因;对于室外噪声，风扇噪声是主要声源，其次是空压机噪声。

（2）对于空压机进气噪声，通过加装谐振腔、消声器及进气引管，对室内外噪声改善效果明显，降低3～4 dB。

（3）通过设置冷却风扇四级调速，减少风扇启动的占空比，在怠速工况下，风扇运行转速为40%时，噪声可降低4.5 dB。

参 考 文 献

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