纯电动车噪声分析

纯电动车噪声认识与展望
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专业：车辆工程
重庆大学汽车工程学院
二O一四年十月
纯电动汽车噪声认识及展望
伴随着全球能源（特别是石油资源）危机、环境污染问题的日益严重，世界各国各大汽车厂商、科研单位都将研究重点转移到节能环保的纯电动汽车技术上。

由于二氧化碳零排放、小型化、低噪声等诸多特点，纯电动汽车也被人们誉为“未来的汽车”。

与传统汽车进行比较，纯电动汽车没有了发动机噪声，相应的也没有了进排气噪声，它的车内噪声主要由驱动电机、空调风扇、辅助控制器件、车身振动、传动系统等产生，此外还有风噪声、路面轮胎噪声；尽管纯电动汽车的车内噪声声压级相对传统汽车有较大的降低，但由于存在“独特”的驱动电机噪声，所以如果设计或控制不当，它将会产生比传统汽车还要差的噪声品质。

1.纯电动车结构分析
纯电动汽车与传统的内燃机动力汽车相比，整车结构发生巨大变化。

主要包括：
1)动力系统
(1)动力输出装置的电动化，纯电动汽车和燃料电池汽车利用电机驱动。

(2)新增电能储存系统，纯电动汽车需要能量型的动力蓄电池或者超级电容作为电能供应系统；
(3)传动装置的改变。

纯电动汽车利用电机转速范围宽和调速方便的特点简化传动系统，采用单一传动比的轮毂电机。

2)辅助系统
辅助系统的变化主要是指原来由内燃机提供动力或者在内燃机工作时才能正常工作的系统，包括空调系统的压缩机驱动系统、转向系统的助力泵系统、制动系统的真空助力系统以及冷却系统的泵驱动系统等。

上述系统在纯电动汽车上改为电力驱动，需要各种电动压缩机和电动泵等才能保证各个系统的正常工作。

3)车身和底盘系统
动力系统和辅助系统的改变导致整车总布置、载荷分布以及整车行驶动力学性能的变化。

2.纯电动汽车与内燃机车噪声的不同特性
根据对纯电动整车变化的分析，总结得出电动汽车的噪声特性与传统内燃机汽车相比，具有以下重要特点：
1)由于整车内外声学环境的本底噪声趋于减小，导致整车声学特性的变化。

原来内燃机
汽车对车内外噪声贡献最大的发动机以及进排气系统或者被完全取消，或者使用状况发生很大的变化，而路面激励引起的噪声以及轮胎噪声等保留，车辆行驶和怠速时主要噪声源的噪声降低，这是电动汽车整车噪声水平较低的根本原因所在。

但是，噪声水平的降低与特性的改变，将使电动汽车各个噪声源的贡献比重发生重要的改变，从而对电动汽车车内声学品质和车外噪声等级产生重要影响。

2)噪声源分布更加分散，且容易引发新的异常噪声问题。

内燃机动力汽车最主要的运动系统和部件集中在发动机舱内，以内燃机为动力的各种辅助系统也同样集中在内燃机体附近。

电动汽车的主要辅助系统也基本安装在前舱内，但是由于动力蓄电池以及其他的大功率元件由于体积和重量的限制，或者由于特殊的技术要求，大都分散布置在车身底板下或者后备箱内，其附加的冷却、通风等系统在整车上分散布置。

由此形成“多声源散布”的特点。

而且，各种电动化系统和部件的不同工作特性、不同安装位置和不同工作时序，将会导致整车振动和声学特性具有更多“瞬态”特色，加上整车本底噪声的降低，各个部件的工作振动和噪声容易被乘客注意，甚至被认为是异常振动和异响，产生非常不利的影响。

3)高频噪声现象突出。

主驱动电机、各种辅助系统的驱动电机容易发生高频的电磁噪声，加上电动汽车线束系统数量多，分布区域广，需要大量的间隙或者空洞走线，这对于隔离高频噪声形成较大的难度。

而且各种功率控制器件也会发生会更高频率的噪声，在人类听阈上限附近或者更高的频率范围内对人体产生影响。

对于器件来说是电磁兼容问题，对于乘客和车外人员来说就是如何控制高频电磁环境污染和伤害的问题。

3.纯电动汽车噪声分析
与普通工业电机相比，纯电动汽车驱动电机的转速转矩工作范围更广。

在特定工作区域,特别是高负载和高转速区，其噪声尤为严重，对乘坐舒适性有较大影响。

一般来说，纯电动汽车电机系统噪声主要由以下三部分组成：
1)电磁噪声
电磁噪声，是纯电动汽车车内噪声的主要来源，也是电机噪声的主要成分。

电磁噪声主要是由于电机气隙磁波在定子铁心齿上产生作用，从而产生了随时空变化的径向与切向磁力，致使电机机座和定子铁心随时间产生周期性变化的振动和噪声。

此外，当径向电磁力波接近定子固有频率时，由于共振的作用会使噪声更大。

此外，开口槽的影响、铁心饱和的影响、气隙动态偏心、磁通振荡噪声等也是产生电机电磁噪声的原因。

通常，当电机在中低速运转时，电磁噪声是电机主要噪声。

目前有一种观点认为，电动机噪声对提醒行人的安全较为有利，因此不必过于重视，这种观点是错误的，我们的观点是电磁噪声也是耗能的，并且有可能标志着电动机的长期带病运行和进一步损坏，噪声也会对绕组等部件的绝缘、散热和机械性能逐渐产生很多细微的不利的系统性影响。

有用户甚至是技术人员认为电磁干扰作为一种听不见的噪声，会对乘客造成影响，其实如果采用很好的屏蔽和接地措施，并没有想象的那样严重。

2)空气动力噪声
当电机处于高速运转状态，空气动力噪声是电机噪声的主要部分。

空气动力噪声主要有两种：涡流噪声（由风扇和转子旋转形成的气体涡流引起）和笛鸣噪声（通过压缩空气或者空气在障碍物上擦过而产生，主要由径向通风沟引起）。

通常，由旋转电机产生的空气动力噪声是很难避免的,它和转子的圆周速度、风扇空气动力特性及转子表面形状等有关。

空气动力噪声常分为离散噪声与宽频噪声。

3)机械噪声
机械噪声，主要是由于电机转子系统不平衡力而引起的振动和噪声，以及电机的轴承噪声。

机械噪声主要随电机转速和负载电流的升高而增大，在高速状态下是电机噪声的主要部分。

电机的机械噪声还和电磁噪声有紧密的联系，两者相互作用。

机械噪声产生的最主要原因是转子动平衡不好。

4.控制噪声的方法
通常用于控制电动车车内噪声的方法主要有三种：降低噪声源的强度、隔绝噪声的传播路径以及消声处理。

1)降低车内噪声源的强度
如前面分析，在本文中车内噪声主要来源于驱动电机，因而研究降低电机噪声的措施。

因为电机在低转速时产生的噪声较小，而在高转速时空气动力噪声与电磁噪声是电机噪声的主要来源。

针对这种情况，可以在整车设计时通过采用合理的风扇风路结构和几何尺寸来降低空气动力噪声，通过合理选择齿和槽的配合降低磁密度从而减小电磁噪声。

2)隔绝噪声传播路径
通常用于隔绝噪声传播路径的方法有：密封、隔声和隔振。

主要采用后两种方法对纯电动车电机进行处理从而达到降噪控制。

我们选用散热效果较好且耐用的屏蔽罩对试验车电机进行包装，以此来切断它空气动力噪声的传播路径，达到隔声的作用；此外，还可以对驱动
电机进行悬置处理，并在车身壁板上涂加阻尼板，从而实现隔振的作用。

3)吸声处理
我们通过在纯电动车车内顶棚、车门壁板等结构上安装吸音材料（麻面吸音棉），以此来降低车内噪声。

5.对纯电动汽车噪声问题的展望
在对纯电动汽车的噪声控制到很好的水平后，汽车虽然没有了让人烦恼的噪声，但新的问题随之而来，相比传统的内燃机汽车，纯电动汽车行驶起来确实太安静了，以至于当它试过行人身边时，很难被行人发现而做出及时有效的避让，而且“突然出现”的汽车还有可能对行人造成惊吓。

于是，纯电动汽车行驶安静的优点一瞬间变为了安全隐患。

因此，令纯电动车发出传统汽车一般的噪音是比较合理、可行的办法。

新兴的电子声音合成技术能够解决上述的问题，它可以发出模拟的发动机噪音，同时给车内的驾驶者和车外的行人以提示信息。

这种技术还可以与汽车的CAN数据链进行信息共享，获得更多车辆的行驶状态信息。

在发现行人靠近的时候，位于车外的扬声器会令电动车发出类似于传统汽车发动机的噪音，在感应器探测车辆安全超越行人后，车子则恢复安静。

定向扬声器意味着噪音只会在需要的时候向预定的方向传播，这对环境的噪声污染非常有限。

现在的很多驾驶者都希望自己的爱车拥有一个好台型和一副好嗓子，说白了就是想让自己的普通四缸发动机听起来具有跑车的声音，电子声音合成技术的诞生会令这些车主梦想成真，即使你驾驶的是一辆电动汽车，你也可以拥有属于法拉利的声浪。

虽然工程师们力图令模拟出来的声音更加真实，但根据听过的人讲，电子声音合成系统发出的声音还是像游戏中的那样，单薄且不真实。

不过随着科学的发展，相信这些问题都会逐步得到解决。