陳凡

電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)的低速噪聲對(duì)比研究

陳凡

（江門(mén)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電技術(shù)系，廣東 江門(mén) 529030）

電動(dòng)汽車(chē)具有使用維護(hù)費(fèi)用低、噪聲小等特點(diǎn)，但其聲品質(zhì)并不令人滿(mǎn)意。文章通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)在實(shí)際道路上低速行駛時(shí)的車(chē)內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)量分析，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的聲壓級(jí)低于燃油汽車(chē)，但隨車(chē)速上升，這種差距會(huì)縮小。電動(dòng)汽車(chē)的噪聲尖銳度比燃油汽車(chē)高。在低速行駛時(shí)的聲品質(zhì)有待改進(jìn)。

電動(dòng)汽車(chē)；車(chē)內(nèi)噪聲；尖銳度；聲壓級(jí)

前言

出于環(huán)保的需求，電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。電動(dòng)汽車(chē)以其使用維護(hù)費(fèi)用低、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)獲得消費(fèi)者的認(rèn)可。電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，增加了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的噪聲，其噪聲特征與燃油汽車(chē)存在著很大差異。學(xué)者們對(duì)此開(kāi)展了一系列工作，在消聲室環(huán)境下研究了電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的噪聲特征[1-2]，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)外噪聲進(jìn)行了評(píng)價(jià)[3]，探討了中高車(chē)速下的電動(dòng)汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲及聲品質(zhì)[4-5]。這些研究表明，電動(dòng)汽車(chē)在高速行駛時(shí)，聲壓級(jí)與燃油汽車(chē)并無(wú)顯著差異，但聲品質(zhì)有待改善。汽車(chē)在高速行駛時(shí)，胎噪和風(fēng)噪是主要的噪聲源[6]，會(huì)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲形成掩蔽效應(yīng)。而低速行駛時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲影響則會(huì)凸顯出來(lái)。為了提升電動(dòng)汽車(chē)的駕駛品質(zhì)，有必要對(duì)實(shí)際道路上低速行駛時(shí)的車(chē)內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)量和分析。

1 試驗(yàn)方案

分別對(duì)一款純電動(dòng)轎車(chē)和汽油轎車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)，采用傳聲器和采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，傳聲器靈敏度為47.86 mV/Pa，采樣頻率為44 100 Hz，采樣時(shí)間為15 s。由于駕駛員耳旁聲音具有代表性，故選擇采集該處的噪聲信號(hào)用于分析研究，測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示。試驗(yàn)時(shí)分別采集兩款車(chē)以車(chē)速為0 km/h、5 km/h、10 km/h、15 km/h、20 km/h、25 km/h和30 km/h勻速行駛時(shí)駕駛員右耳處的噪聲信號(hào)。行駛道路為柏油路面，環(huán)境噪聲為33 dBA。

圖1 道路試驗(yàn)過(guò)程

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

2.1 聲壓級(jí)

對(duì)采集到的噪聲信號(hào)進(jìn)行A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)計(jì)算，如圖2所示。在車(chē)速為0 km/h時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的聲壓級(jí)很低，燃油汽車(chē)的噪聲為怠速噪聲。在10 km/h以下，隨著車(chē)速上升，電動(dòng)汽車(chē)由于電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，聲壓級(jí)開(kāi)始迅速升高。燃油車(chē)的噪聲主要為發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，聲壓級(jí)基本不變。在10 km/h以上，燃油車(chē)的胎噪影響開(kāi)始出現(xiàn)，聲壓級(jí)上升，但總體較為緩慢。電動(dòng)車(chē)的聲壓級(jí)繼續(xù)升高，但上升速率有所降低。在10 km/h到25 km/h區(qū)間內(nèi)，電動(dòng)汽車(chē)的聲壓級(jí)比燃油汽車(chē)低約5 dB。當(dāng)車(chē)速達(dá)到30 km/h時(shí)，風(fēng)噪的影響開(kāi)始出現(xiàn)，風(fēng)噪和胎噪成為汽車(chē)噪聲的主要因素，電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)的聲壓級(jí)已經(jīng)非常接近。

圖2 聲壓級(jí)的對(duì)比

2.2 頻譜分布特征

對(duì)兩臺(tái)車(chē)的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)進(jìn)行1/3倍頻程分析，獲得各特征頻率帶的聲壓級(jí)數(shù)據(jù)，如圖3所示。車(chē)速為零時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)內(nèi)噪聲主要為環(huán)境噪聲，在主要頻段分布較為平均，燃油車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲使得其頻譜主要分布在500 Hz以下的低頻段。當(dāng)車(chē)速上升到10 km/h到20 km/h時(shí)，如圖4和圖5所示，在50 Hz到2 000 Hz區(qū)間內(nèi)的各主要頻率上，電動(dòng)汽車(chē)噪聲比燃油汽車(chē)噪聲低約5 dB，二者的頻率分布特征較為接近。如圖6所示，當(dāng)車(chē)速到達(dá)30 km/h時(shí)，燃油汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)在250 Hz以下的聲壓級(jí)非常接近。在250 Hz以上，電動(dòng)汽車(chē)的聲壓級(jí)仍低于燃油汽車(chē)。

圖3 0 km/h時(shí)的頻譜對(duì)比

圖4 10 km/h時(shí)的頻譜對(duì)比

圖5 20 km/h時(shí)的頻譜對(duì)比

圖6 30 km/h時(shí)的頻譜對(duì)比

2.3 聲品質(zhì)

除了聲音的大小會(huì)影響人的主觀感覺(jué)，聲音的頻率分布特征也會(huì)造成影響。為此，學(xué)者們基于心理聲學(xué)，提出了很多評(píng)價(jià)指標(biāo)，如尖銳度、粗糙度、波動(dòng)度等[7]。其中尖銳度是一個(gè)衡量聲音尖銳或沉悶程度的心理聲學(xué)參數(shù)。尖銳度反映了聲音品質(zhì)評(píng)價(jià)中的音色特征，通常來(lái)說(shuō)，聲音越刺耳，則尖銳度越高，聲品質(zhì)也越差。Aures尖銳度計(jì)算公式如下：

式中：為尖銳度；為總響度；為加權(quán)系數(shù)；為特征頻帶率，Bark；為特征響度，Sone/Bark。

如圖7所示，燃油汽車(chē)的尖銳度隨著車(chē)速上升而緩慢下降。電動(dòng)汽車(chē)的尖銳度則隨著車(chē)速上升而迅速下降，下降速率快于燃油汽車(chē)。這主要是由于電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)裝置為電動(dòng)機(jī)，其電磁噪聲集中于高頻段，在低速時(shí)尤為明顯。雖然電機(jī)噪聲隨著轉(zhuǎn)速上升，但隨著車(chē)速上升后，胎噪和風(fēng)噪的比例增大，電機(jī)噪聲被逐漸掩蔽，尖銳度反而有所下降。

圖7 基于Aures尖銳度的聲品質(zhì)對(duì)比

3 結(jié)論

在低速行駛時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的總體聲壓級(jí)低于燃油汽車(chē)，但隨著車(chē)速上升，這種差距會(huì)逐漸減小。電動(dòng)汽車(chē)在實(shí)際道路上的車(chē)內(nèi)噪聲頻譜總體分布特征類(lèi)似于燃油汽車(chē)。電動(dòng)汽車(chē)低速行駛時(shí)的聲品質(zhì)低于燃油汽車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)的聲品質(zhì)仍有待改善。

[1] 相龍洋,顧彥,何融.新能源車(chē)電機(jī)負(fù)載工況振動(dòng)噪聲試驗(yàn)研究[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2019(14):24-27.

[2] 吳剛.電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)總成噪聲測(cè)試分析[J].北京汽車(chē),2014(04):35- 38.

[3] 秦勤,肖偉民,蔣從雙,等.電動(dòng)汽車(chē)和燃油汽車(chē)的噪聲特性對(duì)比[J].噪聲與振動(dòng)控制,2014,34(02):63-65.

[4] 王永超,顧燦松,陳達(dá)亮.純電動(dòng)汽車(chē)聲品質(zhì)評(píng)價(jià)及電磁噪聲分析[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2018(04):3-6.

[5] 嚴(yán)剛,夏順禮,張歡歡,等.某純電動(dòng)汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲試驗(yàn)分析與識(shí)別[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,34(09):1298-1301+1384.

[6] 車(chē)勇,劉浩,夏祖國(guó),等.純電動(dòng)汽車(chē)車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)路噪識(shí)別[J].噪聲與振動(dòng)控制,2014,34(05):74-77+144.

[7] 賀巖松,涂梨娥,徐中明,等.汽車(chē)聲品質(zhì)研究綜述[J].汽車(chē)工程學(xué)報(bào), 2014,4(06):391-401.

Comparative Research on Noise of Electric Vehicle and Fuel Vehicle at Low Speed

CHEN Fan

( Department of Mechanical and Electrical Technology, Jiangmen Vocational and Technical College,Guangdong Jiangmen 529030 )

Electric vehicles have the merits of low maintenance cost and low noise, but their sound quality is not satisfactory. The interior noise of the electric vehicle and the fuel vehicle at low speed is measured and analyzed. It is found that the sound pressure level of the electric vehicle is lower than that of the fuel vehicle. But the gap will narrow with the increase of the driving speed. Electric vehicles have higher noise sharpness than fuel vehicles. The sound quality of electric vehicles at low speed should be improved.

Electric vehicle;Interior noise;Sharpness;Sound quality

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.021.003

U469.72

A

1671-7988(2021)21-12-03

U469.72

A

1671-7988(2021)21-12-03

陳凡，男，碩士，副教授，就職于江門(mén)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)系，主要研究方向?yàn)槠?chē)振動(dòng)與噪聲的檢測(cè)與診斷。

江門(mén)市科技計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2020030100340005352）。