摘要
電動汽車行業的迅猛發展,為消費者提供了更加多樣的選擇,作為最直觀的駕駛體驗,電動汽車的NVH(即Noise噪聲、Vibration振動和Harshness聲振粗糙度,通俗來講即為不平順性)仍然是許多消費者購買的評價指標之一。電驅系統中的電機轉速波動與轉矩波動均會給電機本體與車內帶來明顯的NVH問題,車聲、電池包等於傳統車型不同的部件也會對整車NVH帶來不同程度的影響。 本文簡述了這些不同的影響並加以總結。
前言
NVH是噪聲(Noise)、振動(Vibration)與聲振粗糙度(Harshness)的英文縮寫。噪聲,是令人感到厭煩的聲音,而人的聽覺範圍主要在20Hz–20000Hz之間,在此區間的噪聲對乘坐和駕駛體驗影響較壞。噪聲主要由頻率、幅值和聲音品質決定,車輛運行過程中諸多部件都會產生噪聲。振動,是人身體感受到的物體運動,我們感知到較敏感的振動範圍集中在0.5Hz–50Hz,它主要是由頻率、幅值和方向決定。當頻率較高時,相同的振動能量下,振幅就會變小,人們感受也不明顯。聲振粗糙度,是粗糙、刺耳、不協調的感受,是噪聲和振動的混合效果,主要與發動機及路面激勵力相關。
電動汽車行業的迅猛發展,為消費者提供了更加多樣的選擇,作為最直觀的駕駛體驗,電動汽車的NVH仍然是許多消費者購買的評價指標之一,而作為電車驅動的核心之永磁同步電機(PMSM)因具有高轉矩、高慣性比、結構可靠、控制性能優良及運轉效率高效等優點,從而廣泛應用於電動車領域等許多工業領域,同時永磁同步電機由於轉速、轉矩的不正常脈動是產生電磁噪聲與振動的主要原因,較為高頻的電磁噪聲,在行駛過程中易使人產生不適感,同時電機的轉速、轉矩的脈動,還會使電機內部損耗加劇,從而縮短電機的使用壽命。
電動機
電動汽車用電機取代內燃機,電機沒有發動機點火階次激勵和不平衡慣性力激勵,但是高頻電磁噪聲比較明顯。可通過對電機本體優化減小電磁噪聲。用減速器取代多檔位變速箱。由於空套齒輪的減少以及扭矩輸出相對平穩,減速器敲擊並不明顯,嘯叫成為減速器主要NVH問題,可參照傳統變速箱嘯叫開發方法進行電動汽車減速器嘯叫開發。電動汽車懸置系統設計與傳統燃油車存在一定差異,電動汽車電機和變速箱組成的動力總成沒有點火階次激勵和慣性力激勵,但是仍然存在減速器嘯叫、電磁激勵、轉子不平衡激勵等,最好的設計方式是將動力總成布置於副車架,副車架再與車身通過襯套連接,形成2級隔振系統,這樣可以最大程度衰減動力總成的激勵。
電池包帶來的影響
相對於內燃機汽車型,電動汽車下車體安裝有電池包,電池包上殼體剛度設計往往不足,易產生較大的輻射噪聲。優化電池包上殼體起筋方式可使60Km/h粗糙路面車內噪聲降低1dB(A),在設計階段就需要對電池包上殼體使用材料、起筋方式進行優化。
底盤氣動構型變化的影響
相對於內燃機汽車型,電動汽車需給電池包留出安裝空間,故其下車體一般比較平坦,前地板沒有像內燃機汽車型一樣具有足夠加強梁支撐,導致其模態與內燃機汽車型相比偏低。可以通過前地板起筋方式優化、阻尼黏貼位置、厚度和材料優化的手段避免前地板產生較大的輻射噪聲。
氣動構型是高速工況下風噪的主要決定因素之一
缺少發動機導致隔音吸震弱
電動汽車型缺少了發動機的遮掩效應後驅動系統噪音、電器件噪音、風噪、路噪都比較突出,聲品質較差,故對車身吸隔聲性能提出了更高的要求,吸隔聲性能可以從車身氣密性和聲學包方面進行開發。在設計階段需要對車身點焊密封膠、塗裝膠、老鼠洞、空腔隔斷、過孔密封等進行檢查確保其氣密性,樣車階段進行氣密性試驗驗證。同樣在設計階段需要對聲學包裝材料、安裝位置、厚度、覆蓋面積進行檢查確認,並通過統計能量的手段預測車外聲源到人耳的PBNR(聲能衰減)。儘早對供應商提供的平板樣件和成型樣件做吸聲及隔聲試驗,確認其吸隔聲性能是否滿足要求。
車架輕量化的影響
續航裡程是電動汽車一項關鍵性能指標,在其它因素不變情況下,整車越輕續航裡程高,故電動汽車對輕量化要求非常苛刻。車身骨架的輕量化會對車身的整體剛度產生影響進而影響模態,覆蓋件的減薄會降低質量和剛度進而影響隔聲性能,多重因素疊加後會對整車NVH性能產生影響。在設計階段可以使用多學科綜合優化方法對車身NVH性能、車身剛度、碰撞性能綜合優化尋優,找到平衡重量和各性能的最優方案。
內飾吸音對噪聲的控制
缺少了發動機遮掩效應,乘員艙內的異響將會比內燃機汽車型更加凸顯出來,所以設計階段針對內飾系統異響的開發非常有必要。車內異響一般指敲擊異響和摩擦異響,敲擊異響可以通過內飾件振動分析進行預測,通過增加連接剛度、增加安裝點等手段避免內飾板之間相互接觸敲擊;摩擦異響主要是相互接觸的部件材料不匹配造成的,設計階段可以對可能存在接觸的位置進行材料匹配試驗確定是否有摩擦異響風險,可以通過變更材料、加大間隙等方法避免摩擦異響。
底盤剛度降低的影響
電動汽車增加電池包後質量相對於內燃機汽車型會增加10%左右,為支撐更重的車身,往往會增加底盤襯套剛度,襯套剛度的增加會導致底盤向車身傳遞載荷變大。為了解決此類問題,電動汽車底盤安裝點動剛度及NTF目標設定應該相對於內燃機汽車型更加嚴格,另外需對襯套動剛度進行優化,得到最優的襯套剛度。
比亞迪刀片電池據說可以帶來車身剛度的提升