汽車(chē)振動(dòng)噪聲控制對(duì)提高駕乘體驗(yàn)尤為重要。電動(dòng)汽車(chē)以電驅(qū)總成代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱，其引發(fā)的振動(dòng)噪聲特性完全不同于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)。近 年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的振動(dòng)噪聲問(wèn)題作了 不少研究。嚴(yán)剛等通過(guò)某電動(dòng)汽車(chē)車(chē)內(nèi)振動(dòng)噪聲試 驗(yàn)識(shí)別不同工況下整車(chē)噪聲源，并分析了引起車(chē)內(nèi) 噪聲的原因。DongL.等分析了感應(yīng)電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻 電機(jī)和永磁同步電機(jī)的振動(dòng)噪聲特性，提出電機(jī)振 動(dòng)噪聲研究中需充分考慮電機(jī)控制方式的影響。但 目前對(duì)電動(dòng)汽車(chē)振動(dòng)噪聲的研究大都集中在振動(dòng)噪 聲產(chǎn)生源頭和機(jī)理等方面，很少?gòu)膫鬟f路徑方面對(duì) 電動(dòng)汽車(chē)振動(dòng)噪聲問(wèn)題進(jìn)行研究。

相關(guān)研究表明，復(fù)合材料具有突出的振動(dòng)噪聲 抑制性能，當(dāng)前在家電和船舶等行業(yè)已有大量研究 與應(yīng)用。李濤等對(duì)減振板材的減振降噪機(jī)理進(jìn)行了 深入研究，并將減振板材成功應(yīng)用于船舶的減振降噪，取得了不錯(cuò)的效果。熊志遠(yuǎn)等對(duì)隔音降噪壁板 的微觀力學(xué)性能進(jìn)行了研究，并將其應(yīng)用于汽車(chē)車(chē) 身的降噪，取得了顯著效果。目前，工程上在電動(dòng)汽 車(chē)減振降噪領(lǐng)域還未見(jiàn)減振降噪材料的公開(kāi)研究及批量應(yīng)用。該文分析電驅(qū)總成振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理及傳遞 路徑，研究某阻尼復(fù)合材料的減振降噪機(jī)理，并將其應(yīng)用于某電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)總成上蓋板，分析其減振降噪效果。

1、噪聲產(chǎn)生及傳遞機(jī)理

電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)總成主要由電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器組成，其噪聲是電動(dòng)汽車(chē)振動(dòng)噪聲的主要來(lái)源。電驅(qū)總成的振動(dòng)噪聲主要由電機(jī)產(chǎn)生的電磁振動(dòng)噪聲、減速器產(chǎn)生的齒輪嚙合機(jī)械噪聲、電機(jī)控制器開(kāi) 關(guān)器件引入的開(kāi)關(guān)頻率電磁噪聲三部分組成。其傳遞途徑主要有２條：一條是通過(guò)電驅(qū)總成連接支架 經(jīng)整車(chē)懸置及車(chē)身結(jié)構(gòu)件傳遞到車(chē)內(nèi)；另一條是振動(dòng)能量通過(guò)電驅(qū)總成殼體向外輻射能量，最終通過(guò) 空氣傳遞到車(chē)內(nèi)。電驅(qū)總成電機(jī)控制器蓋板通常是電驅(qū)總成殼體最薄弱的部件，其模態(tài)頻率低，是電驅(qū)總成對(duì)外輻射 振動(dòng)噪聲能量的主要部件。通常電機(jī)控制器蓋板采 用ADC12材料，其價(jià)格低廉，但能量傳遞衰減小， 減振降噪效果差。隨著對(duì)電驅(qū)總成振動(dòng)噪聲及功率 密度要求的提高，傳統(tǒng)的ADC12材料越來(lái)越難以 滿足要求，急需開(kāi)發(fā)既重量輕又具有良好減振降噪效果的材料。

2、復(fù)合材料蓋板

選用某約束阻尼復(fù)合材料制作電驅(qū)總成控制器 蓋板（見(jiàn)圖１）。阻尼復(fù)合結(jié)構(gòu)板材通過(guò)阻尼材料與金屬材料構(gòu)成復(fù)合結(jié)構(gòu)來(lái)提高整體阻尼，一般分為 自由阻尼結(jié)構(gòu)和約束性阻尼結(jié)構(gòu)。在振動(dòng)結(jié)構(gòu)表面 直接附加一層損耗模量較大的阻尼材料稱為自由阻尼結(jié)構(gòu)，在自由阻尼結(jié)構(gòu)外面再加一層模量高的材料如鋼板或鋁板即構(gòu)成約束阻尼結(jié)構(gòu)。阻尼復(fù)合結(jié) 構(gòu)板材見(jiàn)圖２

圖片來(lái)源：《公路與汽運(yùn)》期刊

振動(dòng)物體發(fā)生彎曲振動(dòng)時(shí)，其能量迅速傳遞給緊密貼涂在其表面的阻尼材料，引起基體和阻尼材料之間相互摩擦和錯(cuò)動(dòng)，阻尼材料時(shí)而被拉伸時(shí)而被壓縮。由于阻尼材料的內(nèi)損耗大，基體有相當(dāng)一 部分振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能釋放，從而減弱板材的彎 曲振動(dòng)。同時(shí)，約束阻尼結(jié)構(gòu)在受到振動(dòng)時(shí)，約束層和阻尼層會(huì)伸長(zhǎng)，但約束層的伸長(zhǎng)遠(yuǎn)小于阻尼層的伸長(zhǎng)，因而約束層會(huì)阻止阻尼層的伸長(zhǎng)，當(dāng)阻尼層壓 縮時(shí)，約束層又會(huì)阻止阻尼層的壓縮變形，從而形成除拉伸壓縮變形之外的剪切變形，增大振動(dòng)能量的耗散，達(dá)到減振效果。同等條件下，約束阻尼復(fù)合結(jié)構(gòu)的減振降噪效果比傳統(tǒng)金屬材料更好

3、試驗(yàn)研究

選取一款正在研究開(kāi)發(fā)中的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)總成作為研究對(duì)象，該電機(jī)總成最大功率為120kw，采 用８極48槽永磁同步電機(jī)。把該電機(jī)總成安裝在 測(cè)功機(jī)上，在總成控制器蓋板上安裝三向振動(dòng)加速 度傳感器采集振動(dòng)信號(hào)，在總成控制器蓋板前方安 裝麥克風(fēng)采集總成對(duì)外輻射的聲音信號(hào)。電機(jī)總成 臺(tái)架安裝見(jiàn)圖３

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采用臺(tái)架上測(cè)試極端工況中滿扭矩升速工況模 擬整車(chē)全油門(mén)加速工況，分別測(cè)試采用原蓋板和新 蓋板的電機(jī)總成各３組數(shù)據(jù)，選取外界干擾較小的測(cè)試數(shù)據(jù)各１組進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)電機(jī)總成的NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）性能。原蓋板、新 蓋板臺(tái)架測(cè)試噪聲頻譜分別見(jiàn)圖４、圖５

圖片來(lái)源：《公路與汽運(yùn)》期刊

從圖４可看出：采用原蓋板時(shí)，在640\1600Hz 頻率附近存在２個(gè)明顯的共振帶。電機(jī)總成２４階噪 聲量級(jí)在中速段3500~6000r/min較大，對(duì)應(yīng)頻率 為1400~2400Hz；電機(jī)總成48階噪聲量級(jí)在低速 段1750~3000r/min較大，對(duì)應(yīng)頻率為1400~2400Hz；電機(jī)總成４８階噪聲量級(jí)在高速段6000~10000r/min較大，對(duì)應(yīng)頻率為4800~8000Hz。 

從圖５可看出：采用新蓋板時(shí)，640、1600Hz 附近共振帶消失。電機(jī)總成24階噪聲量級(jí)在中速 段3500~6000r/min較原蓋板有所改善；電機(jī)總成48階噪聲量級(jí)在低速段1750~3000r/min較原蓋板明顯改善；電機(jī)總成48階噪聲量級(jí)在高速段6000~10000r/min依然較大，無(wú)明顯改善。 

為更直觀地比較采用不同蓋板時(shí)電機(jī)總成的NVH性能，將２種蓋板頻譜圖中電機(jī)總成24階、 48階噪聲作階次切片進(jìn)行比較（見(jiàn)圖６、圖７）。

從圖６可看出：采用原蓋板時(shí)電機(jī)總成對(duì)外輻 射的24階噪聲在3500~6000r/min轉(zhuǎn)速段的信 噪比犚犕犛達(dá)到83dB（A），采用新蓋板時(shí)為72dB（A），比采用原蓋板時(shí)減少11dB（A），降噪效果 明顯。但采用新蓋板時(shí)24階噪聲在6000r/min上轉(zhuǎn)速段較采用原蓋板時(shí)無(wú)明顯改善。新蓋板24階噪聲在１６４０r/min轉(zhuǎn)速時(shí)的犚犕犛值為58dB（A），較原蓋板的81dB（A）減少23dB（A）。這 主要是因?yàn)殡姍C(jī)24階1640r/min對(duì)應(yīng)的頻率為 656Hz，換新蓋板后，640Hz附近的共振帶消失，振 動(dòng)減弱，進(jìn)而對(duì)外輻射噪聲減小。

從圖７可看出：采用原蓋板時(shí)電機(jī)總成對(duì)外輻 射的48階噪聲在1750~3000r/min轉(zhuǎn)速段的 犚犕犛值為80dB（A），采用新蓋板時(shí)為68dB（A）， 較原蓋板減少12dB（A），降噪明顯。但采用新蓋板 時(shí)電機(jī)總成48階噪聲在3000r/min以上轉(zhuǎn)速段較 原蓋板無(wú)明顯改善。新蓋板48階噪聲在８２０r/min轉(zhuǎn)速時(shí)的噪聲為51dB（A），較原蓋板的85dB（A）減少３34dB（A）。這主要是因?yàn)殡姍C(jī)48階噪聲在820r/min轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率為656Hz，換新蓋板 后，640Hz附近的共振帶消失，振動(dòng)減弱，進(jìn)而對(duì)外 輻射噪聲減小。 綜上，新蓋板對(duì)電機(jī)總成有較好的減振降噪效 果，其有效減振降噪作用頻率為中低頻段1400~2400Hz。

4、結(jié)論

針對(duì)一款研發(fā)中電機(jī)總成的NVH問(wèn)題，從降 低噪聲輻射傳遞的角度，選用一款新型阻尼復(fù)合材料蓋板代替原鋁蓋板。試驗(yàn)研究結(jié)果表明：新蓋板在中低頻段對(duì)降低電機(jī)噪聲輻射效果顯著，24階噪聲在該頻段降低11dB（A），48階噪聲在該頻段降低12dB（A），且由于蓋板模態(tài)的改變，原蓋板640Hz附近的共振帶消失，進(jìn)而使640Hz附近的噪聲明顯減小。采用該復(fù)合材料能顯著降低電機(jī)總成的 振動(dòng)噪聲，該研究可為電機(jī)總成的振動(dòng)噪聲改善提供一種新思路。

作者：高龍，毛鴻鋒，劉偉良，肖偉強(qiáng)，吳佐來(lái)，羅磊