電動汽車的振動和噪聲具有自身特點，目前處于研究的初始階段。按照系統(tǒng)工程的觀點，論文首先闡述電動汽車相對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車在動力系統(tǒng)方面的變化，以及由此引起的整車結(jié)構(gòu)和相關(guān)系統(tǒng)的變化。在此基礎(chǔ)上，從振動源、噪聲源和傳遞途徑的角度分析電動汽車振動和噪聲現(xiàn)象具有的特點，總結(jié)純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車的振動和噪聲控制需要面對的共性和特殊關(guān)鍵技術(shù)問題，以及利用電動汽車的特點解決振動和噪聲問題的工作方向。

1 引言

節(jié)能、環(huán)保和安全成為當(dāng)代汽車發(fā)展的主題。能源安全和環(huán)境保護(hù)的巨大挑戰(zhàn)使得汽車能源和動力轉(zhuǎn)型成為重要的發(fā)展趨勢。因此，電動汽車的發(fā)展受到全世界的重視，并日益成為技術(shù)競爭的焦點。目前，電動汽車研究開發(fā)的重點是動力系統(tǒng)的集成和控制，以及動力系統(tǒng)關(guān)鍵部件的開發(fā)，對于其振動和噪聲的研究尚未引起重視。因為通常人們認(rèn)為電動汽車具有明顯的振動和噪聲技術(shù)優(yōu)勢。但是，目前處于開發(fā)階段的電動汽車的噪聲水平與商業(yè)化的汽油車和柴油車相比并不具有優(yōu)勢。圖1所示為歷次必比登新能源汽車挑戰(zhàn)賽上參賽的各種動力型式汽車的車外PASSBY噪聲的測試對比結(jié)果充分證明了這一點。另外，噪聲水平低已經(jīng)不再是汽車噪聲控制的重點，重點是在降低噪聲水平的前提下改善聲學(xué)品質(zhì)。

由于汽車的振動和噪聲問題具有強烈的系統(tǒng)依賴性、時間依賴性以及耦合關(guān)聯(lián)性，如果能夠在設(shè)計開發(fā)的早期就進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計與控制，則能夠達(dá)到良好的聲振效果，才能避免成本更高、耗時更長而效果有限的生產(chǎn)后的整改。目前，有關(guān)電動汽車振動和噪聲研究的公開文獻(xiàn)很少。文獻(xiàn)【2】對混合動力汽車和燃料電池汽車的噪聲和振動問題進(jìn)行了非常簡要的闡述，這充分表明該領(lǐng)域的研究基本處于空白狀態(tài)，或者處于嚴(yán)格技術(shù)保密階段。

鑒于此，本文將按照系統(tǒng)工程的觀點，首先闡述電動汽車相對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車在動力系統(tǒng)方面的變化，以及由此引起的整車結(jié)構(gòu)和相關(guān)系統(tǒng)的變化。在此基礎(chǔ)上，從振動源、噪聲源和傳遞途徑的角度分析電動汽車振動和噪聲現(xiàn)象具有的特點，總結(jié)純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車的振動和噪聲控制需要面對的共性和特殊關(guān)鍵技術(shù)問題，最后進(jìn)一步提出了充分利用電動汽車的特點解決其振動和噪聲問題的工作方向。

2 電動汽車振動和噪聲現(xiàn)象的特點

電動汽車，無論是純電動汽車、混合動力汽車還是燃料電池汽車，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機動力汽車相比，整車結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化。主要包括：

（1）動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)的變化主要包括：（1）動力輸出裝置的電動化。純電動汽車和燃料電池汽車?yán)秒姍C驅(qū)動，混合動力汽車采用內(nèi)燃機和電機聯(lián)合驅(qū)動；（2）新增電能儲存系統(tǒng)或者電能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。燃料電池汽車通過燃料電池發(fā)動機的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，純電動汽車需要能量型的動力蓄電池或者超級電容作為電能供應(yīng)系統(tǒng)；（3）燃料儲存系統(tǒng)或者能量補充系統(tǒng)的改變。（4）傳動裝置的改變。純電動和燃料電池汽車?yán)秒姍C轉(zhuǎn)速范圍寬和調(diào)速方便的特點簡化傳動系統(tǒng)，采用單一傳動比的減速器；混合動力汽車要通過功率耦合和分離裝置實現(xiàn)動力耦合，傳動系統(tǒng)復(fù)雜化。

（2）輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)的變化主要是指原來由內(nèi)燃機提供動力或者在內(nèi)燃機工作時才能正常工作的系統(tǒng)，包括空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力泵系統(tǒng)、制動系統(tǒng)的真空助力系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)的泵驅(qū)動系統(tǒng)等。上述系統(tǒng)在電動汽車上改為電力驅(qū)動，需要各種電動壓縮機和電動泵等才能保證各個系統(tǒng)的正常工作。

（3）車身和底盤系統(tǒng)

動力系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的改變導(dǎo)致整車總布置、載荷分布以及整車行駛動力學(xué)性能的變化，因此必須對整車車身結(jié)構(gòu)和底盤系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計。

根據(jù)對電動整車變化的分析，結(jié)合研究開發(fā)團(tuán)隊在燃料電池汽車開發(fā)過程中遇到和解決的實際問題，總結(jié)電動汽車的振動和噪聲特性與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車相比，具有以下重要特點：

（1）整車結(jié)構(gòu)振動特性受大質(zhì)量部件的影響大。純電動和燃料電池汽車的動力蓄電池、燃料電池電堆以及支持系統(tǒng)都是質(zhì)量幾十甚至幾百公斤，通常采用剛性連接或者較硬的彈性連接與車身結(jié)構(gòu)相連。由于質(zhì)量較大以及固定位置的布置，對于整車模態(tài)特性具有重要影響。因此，需要提高整車車身剛度和連接剛度，否則會出現(xiàn)嚴(yán)重的“接觸面”摩擦異常噪聲問題。另外，為了保證整車軸荷分配滿足要求，較大的集中質(zhì)量在車體上沿車輛縱向方向分布布置，會導(dǎo)致整車俯仰、側(cè)傾和橫擺轉(zhuǎn)動慣量的增加，影響操縱穩(wěn)定的瞬態(tài)響應(yīng)特性。

（2）由于整車內(nèi)外聲學(xué)環(huán)境的本底噪聲趨于減小，導(dǎo)致整車聲學(xué)特性的變化。原來內(nèi)燃機汽車對車內(nèi)外噪聲貢獻(xiàn)最大的發(fā)動機以及進(jìn)排氣系統(tǒng)或者被完全取消，或者使用狀況發(fā)生很大的變化（混合動力汽車存在純電動模式或者混合模式），而路面激勵引起的噪聲以及輪胎噪聲等保留，將會車輛行駛和怠速時主要噪聲源營造的本底噪聲降低，這是電動汽車整車噪聲水平較低的根本原因所在。但是，本底噪聲水平的降低與特性的改變，將使電動汽車各個噪聲源的貢獻(xiàn)比重發(fā)生重要的改變，從而對電動汽車車內(nèi)聲學(xué)品質(zhì)和車外噪聲等級產(chǎn)生重要影響。

（3）振源和噪聲源分布更加分散，且容易引發(fā)新的異常噪聲問題。內(nèi)燃機動力汽車最主要的運動系統(tǒng)和部件集中在發(fā)動機艙內(nèi)，以內(nèi)燃機為動力的各種輔助系統(tǒng)也同樣集中在內(nèi)燃機體附近。電動汽車的主要輔助系統(tǒng)也基本安裝在前艙內(nèi)，但是燃料電池發(fā)動機和動力蓄電池以及其他的大功率元件由于體積和重量的限制，或者由于特殊的技術(shù)要求分散布置在車身底板下或者后備箱內(nèi)，其附加的冷卻、通風(fēng)等系統(tǒng)在整車上分散布置。如圖2所示為某燃料電池汽車的整車總布置。

由此形成“多聲源散布”的特點。而且，各種電動化系統(tǒng)和部件的不同工作特性、不同安裝位置和不同工作時序，將會導(dǎo)致整車振動和聲學(xué)特性具有更多“瞬態(tài)”特色，加上整車本底噪聲的降低，各個部件的工作振動和噪聲容易被乘客注意，甚至被認(rèn)為是“異常振動和異響”，產(chǎn)生非常不利的影響。

（4）固體和空氣傳遞途徑要求提高。電動汽車振動源和噪聲源分散布置的特點導(dǎo)致對車身結(jié)構(gòu)的局部阻抗特性要求，以及固體振動傳遞控制的懸置和支承提出新的要求，并且不利于向內(nèi)燃機汽車那樣采用帶有副車架的二級隔振系統(tǒng)解決整個動力和輔助裝置的寬帶振動和噪聲問題。另外，主驅(qū)動電機、各種輔助系統(tǒng)的驅(qū)動電機容易發(fā)生高頻的電磁噪聲，加上電動汽車線束系統(tǒng)數(shù)量多，分布區(qū)域廣，需要大量的間隙或者空洞走線，這對于隔離高頻噪聲形成較大的難度。

（5）瞬態(tài)沖擊振動和高頻噪聲現(xiàn)象突出。電動汽車的驅(qū)動電機運行轉(zhuǎn)矩波動小，但啟動速度快，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)斜率大，電機的懸置系統(tǒng)必須具有較強的抗瞬態(tài)沖擊能力?；旌蟿恿ζ嚨陌l(fā)動機啟停頻率相對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車大大增加，發(fā)動機動態(tài)過程轉(zhuǎn)矩波動以及傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動乃至整車的縱向振動問題突出。各種輔助系統(tǒng)的電機系統(tǒng)同樣會頻繁啟停，瞬態(tài)振動和噪聲問題需要引起重視。主驅(qū)動電機和各種輔助系統(tǒng)的驅(qū)動電機發(fā)生的高頻的電磁噪聲，以及各種功率控制器件也會發(fā)生會更高頻率的噪聲，在人類聽閾上限附近或者更高的頻率范圍內(nèi)對人體產(chǎn)生影響，對于器件是電磁兼容問題，對于乘客和車外人員就是如何控制高頻電磁環(huán)境污染和傷害的問題。

3 電動汽車振動和噪聲控制的關(guān)鍵技術(shù)問題

3．1 共性技術(shù)問題

純電動汽車、混合動力汽車以及燃料電池汽車的振動和噪聲問題研究共性問題：

（1）整車

a) 電動汽車產(chǎn)品開發(fā)之振動和噪聲設(shè)計流程、開發(fā)環(huán)境和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；

b) 電動汽車縱向、側(cè)向和垂向以及耦合低頻振動分析和優(yōu)化；

c) 電動汽車振源/噪聲源—傳遞途徑—接受體綜合分析；

d) 電動汽車整車結(jié)構(gòu)模態(tài)分析與頻率規(guī)劃；

e) 電動汽車高頻噪聲對人體生理和心理影響；

f)  電動汽車車內(nèi)和車外噪聲客觀和主觀評價，尤其是電動汽車的聲學(xué)品質(zhì)。

（2）動力系統(tǒng)

a) 動力傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)以及彎扭耦合振動特性分析；

b) 動力傳動系統(tǒng)瞬態(tài)振動和沖擊分析、預(yù)測和控制技術(shù)；

c) 主驅(qū)動電機及減速裝置懸置系統(tǒng)匹配設(shè)計方法。

（3）關(guān)鍵部件

a) 電機高轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩波動和電磁噪聲控制技術(shù)；

b) 各個輔助系統(tǒng)的振動和噪聲特性、機理和控制，形成數(shù)據(jù)庫。

3．2 特殊技術(shù)問題

（1）純電動汽車

a) 電機高轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩波動和電磁噪聲控制技術(shù)；

b) 各個輔助系統(tǒng)的振動和噪聲特性、機理和控制方法，形成數(shù)據(jù)庫。

（2）混合動力汽車

a) 發(fā)動機啟停時瞬態(tài)振動分析和控制技術(shù)；

b) 動力耦合動態(tài)過程分析和控制技術(shù)；

c) 動力模式切換過程中的振動和噪聲保持連續(xù)性技術(shù)

d) 大功率帶傳動技術(shù)（主要針對BSG）。

（3）燃料電池汽車

a) 燃料電池發(fā)動機輔助系統(tǒng)振動和噪聲問題；

b) 燃料電池發(fā)動機排氣消聲問題；

c) 電電混合燃料電池汽車的加速噪聲測試方法。

4 利用電動汽車特點進(jìn)行振動和噪聲控制的方法

電動汽車總體上是具有明顯的振動水平低、噪聲強度小的優(yōu)勢，而且特殊的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式也給解決振動和噪聲問題提供新的思路和新的手段。以下幾個方面值得關(guān)注：

（1）電機以及與減速器的集成體的懸置系統(tǒng)是否采用沒有副車架的單級減振結(jié)構(gòu)，以利輕量化；

（2）利用混合動力汽車動力系統(tǒng)中的電機進(jìn)行發(fā)動機轉(zhuǎn)矩波動乃至動力傳動系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動的主動控制【3】；

（3）利用輪轂電機的轉(zhuǎn)矩控制能力和響應(yīng)速度進(jìn)行制動器制動抖動的主動控制【4】；

（4）利用輪轂電機的電磁噪聲進(jìn)行輪胎花紋噪聲的混合主動消聲控制【5】。

5 結(jié)束語

根據(jù)目前電動汽車領(lǐng)域的研究開發(fā)現(xiàn)狀，綜合的提出了有關(guān)電動汽車振動和噪聲問題研究的方向，提出了需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題和值得關(guān)注的幾個電動汽車振動和噪聲控制的方面。希望本文的綜合闡述對解決電動汽車的振動和噪聲問題發(fā)揮一定的指導(dǎo)性作用。

參考文獻(xiàn)

【1】必比登新能源汽車挑戰(zhàn)賽技術(shù)測試結(jié)果，

【2】龐劍，諶剛和何華 編著.汽車噪聲與振動——理論與應(yīng)用，北京：北京理工大學(xué)出版社，2006年6月，445－446

【3】Hyeoun-Dong Lee and Seung-Ki Sul. Diesel engine ripple torque minimization for parallel type hybrid electric vehicle, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, New Orleans, Louisiana, October 5-9, 1997

【4】尹東曉.汽車制動抖動發(fā)生機理研究，同濟(jì)大學(xué)博士學(xué)位論文，2006年3月

【5】于增信，譚惠豐，杜星文.輪胎花紋溝噪聲研究進(jìn)展, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，第34卷第2期，2002

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