电驱总成振动噪声改善研究

相关研究表明，复合材料具有突出的振动噪声 抑制性能，当前在家电和船舶等行业已有大量研究 与应用。李涛等对减振板材的减振降噪机理进行了 深入研究，并将减振板材成功应用于船舶的减振降噪，取得了不错的效果。熊志远等对隔音降噪壁板 的微观力学性能进行了研究，并将其应用于汽车车 身的降噪，取得了显著效果。目前，工程上在电动汽 车减振降噪领域还未见减振降噪材料的公开研究及批量应用。该文分析电驱总成振动产生机理及传递 路径，研究某阻尼复合材料的减振降噪机理，并将其应用于某电动汽车电驱总成上盖板，分析其减振降噪效果。

电动汽车电驱总成主要由电机、电机控制器、减速器组成，其噪声是电动汽车振动噪声的主要来源。电驱总成的振动噪声主要由电机产生的电磁振动噪声、减速器产生的齿轮啮合机械噪声、电机控制器开 关器件引入的开关频率电磁噪声三部分组成。其传递途径主要有２条：一条是通过电驱总成连接支架 经整车悬置及车身结构件传递到车内；另一条是振动能量通过电驱总成壳体向外辐射能量，最终通过 空气传递到车内。电驱总成电机控制器盖板通常是电驱总成壳体最薄弱的部件，其模态频率低，是电驱总成对外辐射 振动噪声能量的主要部件。通常电机控制器盖板采 用ADC12材料，其价格低廉，但能量传递衰减小， 减振降噪效果差。随着对电驱总成振动噪声及功率 密度要求的提高，传统的ADC12材料越来越难以 满足要求，急需开发既重量轻又具有良好减振降噪效果的材料。

选用某约束阻尼复合材料制作电驱总成控制器 盖板（见图１）。阻尼复合结构板材通过阻尼材料与金属材料构成复合结构来提高整体阻尼，一般分为 自由阻尼结构和约束性阻尼结构。在振动结构表面 直接附加一层损耗模量较大的阻尼材料称为自由阻尼结构，在自由阻尼结构外面再加一层模量高的材料如钢板或铝板即构成约束阻尼结构。阻尼复合结 构板材见图２

图片来源：《公路与汽运》期刊

振动物体发生弯曲振动时，其能量迅速传递给紧密贴涂在其表面的阻尼材料，引起基体和阻尼材料之间相互摩擦和错动，阻尼材料时而被拉伸时而被压缩。由于阻尼材料的内损耗大，基体有相当一 部分振动能量转化为热能释放，从而减弱板材的弯 曲振动。同时，约束阻尼结构在受到振动时，约束层和阻尼层会伸长，但约束层的伸长远小于阻尼层的伸长，因而约束层会阻止阻尼层的伸长，当阻尼层压 缩时，约束层又会阻止阻尼层的压缩变形，从而形成除拉伸压缩变形之外的剪切变形，增大振动能量的耗散，达到减振效果。同等条件下，约束阻尼复合结构的减振降噪效果比传统金属材料更好

选取一款正在研究开发中的电动汽车电机总成作为研究对象，该电机总成最大功率为120kw，采 用８极48槽永磁同步电机。把该电机总成安装在 测功机上，在总成控制器盖板上安装三向振动加速 度传感器采集振动信号，在总成控制器盖板前方安 装麦克风采集总成对外辐射的声音信号。电机总成 台架安装见图３

图片来源：《公路与汽运》期刊

采用台架上测试极端工况中满扭矩升速工况模 拟整车全油门加速工况，分别测试采用原盖板和新 盖板的电机总成各３组数据，选取外界干扰较小的测试数据各１组进行对比分析，评价电机总成的NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能。原盖板、新 盖板台架测试噪声频谱分别见图４、图５

图片来源：《公路与汽运》期刊

从图４可看出：采用原盖板时，在640\1600Hz 频率附近存在２个明显的共振带。电机总成２４阶噪 声量级在中速段3500~6000r/min较大，对应频率 为1400~2400Hz；电机总成48阶噪声量级在低速 段1750~3000r/min较大，对应频率为1400~2400Hz；电机总成４８阶噪声量级在高速段6000~10000r/min较大，对应频率为4800~8000Hz。 

从图５可看出：采用新盖板时，640、1600Hz 附近共振带消失。电机总成24阶噪声量级在中速 段3500~6000r/min较原盖板有所改善；电机总成48阶噪声量级在低速段1750~3000r/min较原盖板明显改善；电机总成48阶噪声量级在高速段6000~10000r/min依然较大，无明显改善。 

为更直观地比较采用不同盖板时电机总成的NVH性能，将２种盖板频谱图中电机总成24阶、 48阶噪声作阶次切片进行比较（见图６、图７）。

从图６可看出：采用原盖板时电机总成对外辐 射的24阶噪声在3500~6000r/min转速段的信 噪比犚犕犛达到83dB（A），采用新盖板时为72dB（A），比采用原盖板时减少11dB（A），降噪效果 明显。但采用新盖板时24阶噪声在6000r/min上转速段较采用原盖板时无明显改善。新盖板24阶噪声在１６４０r/min转速时的犚犕犛值为58dB（A），较原盖板的81dB（A）减少23dB（A）。这 主要是因为电机24阶1640r/min对应的频率为 656Hz，换新盖板后，640Hz附近的共振带消失，振 动减弱，进而对外辐射噪声减小。

从图７可看出：采用原盖板时电机总成对外辐 射的48阶噪声在1750~3000r/min转速段的 犚犕犛值为80dB（A），采用新盖板时为68dB（A）， 较原盖板减少12dB（A），降噪明显。但采用新盖板 时电机总成48阶噪声在3000r/min以上转速段较 原盖板无明显改善。新盖板48阶噪声在８２０r/min转速时的噪声为51dB（A），较原盖板的85dB（A）减少３34dB（A）。这主要是因为电机48阶噪声在820r/min转速时对应的频率为656Hz，换新盖板 后，640Hz附近的共振带消失，振动减弱，进而对外 辐射噪声减小。 综上，新盖板对电机总成有较好的减振降噪效 果，其有效减振降噪作用频率为中低频段1400~2400Hz。

针对一款研发中电机总成的NVH问题，从降 低噪声辐射传递的角度，选用一款新型阻尼复合材料盖板代替原铝盖板。试验研究结果表明：新盖板在中低频段对降低电机噪声辐射效果显著，24阶噪声在该频段降低11dB（A），48阶噪声在该频段降低12dB（A），且由于盖板模态的改变，原盖板640Hz附近的共振带消失，进而使640Hz附近的噪声明显减小。采用该复合材料能显著降低电机总成的 振动噪声，该研究可为电机总成的振动噪声改善提供一种新思路。

作者：高龙，毛鸿锋，刘伟良，肖伟强，吴佐来，罗磊