安徽江淮汽车集团股份有限公司 安徽省合肥市 230601
摘要：某电动客车在行驶过程中，当车速达到95km/h时，车内产生严重的共鸣声，影响乘坐舒适性。通过采用“源-传递路径-接受体”的问题排查思路，对传动系统以及车身系统进行了振动和模态方面的客观测试分析，确定了问题产生的根源。结合工程实际，最终采用了降低主减速器速比的量产方案，消除了行驶工况下的车内共鸣声，提高了电动客车的乘坐舒适性。
关键词：电动客车；共鸣声；排查思路；主减速器速比
1 问题背景
某电动客车行驶到车速为95km/h时，车内产生严重的共鸣声，影响乘坐舒适性，而当车速低于和高于95km/h时，车内共鸣声消失。
.png)
图1：匀速95km/h车内噪声总声压级
.png)
图2：WOT车内噪声总声压级与2阶对比曲线
通过图1可知，车速为95km/h时，三个测试位置的峰值频率都在128Hz，其中后排位置声压级最高，接近70 dB（A）。在图2的全电门（WOT）工况下，车速为95km/h且电机转速为3900rpm时车内声压级达到最高。
2 产生机理
任何一个噪声与振动系统都可以用“源-传递路径-接受体”这个模型来表示，振动与噪声在源头产生，通过传递通道传递到人体。
2.1振动噪声源
相对传统的燃油汽车来说，电动车的主要振动噪声来源包括三个方面，一是电机减速器系统，二是轮胎悬架系统，三是高速风噪。
首先，高速风噪是汽车在高速行驶时遇到的主要噪声，是一种空气动力性噪声，汽车在行驶时与气流发生相对运动，气流激扰作用在汽车各处，直接或间接地影响车内噪声。一般来说，汽车风噪主要集中在500Hz以上，是一个宽频带的声音，而且会随着车速的增加而增加。该电动客车轰鸣声只在95km/h时出现，高于和低于此车速都没有，而且是单一频率128Hz，所以基本上排除是风噪引起。
其次，对于轮胎悬架系统而言，在行驶过程中会产生低频的振动噪声。路噪主要是路面激励轮胎产生的噪声，根据传递路径的不同，路噪分为空气传递噪声和结构传递噪声。空气传递主要机理是轮胎胎面以及道路的空腔形成“气泵效应”，主要是通过空气传播到车内，频率范围是500Hz-2000Hz。结构传递噪声来自两个方面，一是路面通过接触面对轮胎不断地局部压缩和释放产生垂向力，另一方面是路面与轮胎橡胶在接触面不断地滚挤和释放产生纵向激励力。路面对轮胎的激励力经过轮胎内空腔和轮辋的耦合系统传递到车轴，从车轴传递到底盘悬架系统，进而传递到车身，引起车身的振动，产生辐射噪声。这种振动辐射声不是单频率噪声，一般是宽频带的噪声，频率在200Hz以下。
对于电机减速器系统而言，在运行过程中会产生振动噪声，在振动方面，从行业的研究分析来看，电机减速器的振动很小，都能通过悬置系统进行充分的隔振处理，一般而言，隔振率都在20dB以上。而对于电机减速器噪声来说，主要是阶次啸叫声，这个主要与电机本身的结构性能相关，而本文所讨论的问题是单一频率的结构轰鸣声，显然与电机减速器的阶次啸叫声不相符。
2.2振动噪声接受体
在接受体方面，影响乘坐舒适性的主要原因是128Hz的低频共鸣声，声音能量大，产生严重的耳膜压迫感，这是主观评价最直观的感受。针对“接受体”的噪声优化，NVH行业在研究关于噪声的主动控制ANC技术“Active Noise Control”及应用。但是，由于ANC技术工程化应用成本较高，目前只是在部分豪华车上实施。
2.3传递路径
根据主观评价和客观测试结果，初步分析应该是振动引起的车身钣金结构辐射声。主要的振动来源是驱动电机，产生的振动通过传动轴、传动轴支撑、后桥以及板簧，最后传递到车身，引起车身平面钣金的振动，从而产生低频的辐射噪声。
3 问题查找
3.1 传递路径的振动模态测试
从电机、传动轴支撑、后桥桥壳、板簧、板簧车身侧进行振动和模态试验测试分析，结果如图3所示。
.png)
图3 关键部件振动测试结果
该电动客车在95km/h行驶时，板簧和后桥壳体位置的振动相对较大，对板簧和后桥进行95km/h行驶工况下的工作模态OMA试验分析，结果如图4所示
.png)
图4 工作模态
从测试结果来看，在128Hz板簧存在二阶弯曲模态，后桥在128Hz附近无模态问题，后桥壳体振动稍大，应为末节传动轴的振动传递所导致。
3.2 车身响应的振动测试
测试钣件位置包括背门、侧围外板、侧围内板、顶棚、地板、后轮包等钣件，频响测试结果分析发现在背门、侧围内板、顶棚、后轮包位置存在128Hz附近的振动峰值。
问题原因分析
根据排查结果，该电动客车95km/h行驶工况下车内128Hz轰鸣音产生的原因主要有三个。激励源：后桥速比偏高，导致在同车速下传动轴转速偏高，很容易在常用车速达到128Hz激励；路径：板簧存在128Hz左右模态；响应：车身钣件存在128Hz左右振动峰值。因此，车内128Hz轰鸣音是激励源、路径和响应共同作用的结果。
4 问题整改
根据排查结果，针对每一个可能的问题点，对车身、传动轴、后桥、板簧制定验证方案。
4.1车身方案验证
通过对车身钣件128Hz附近的频响峰值板件进行阻尼处理，对比测试结果显示，128Hz附近的峰值下降，增加阻尼材料能有效的抑制板件振动能量，但是，车内轰鸣音依然存在。
.png)
图5 车身阻尼处理方案测试对比
4.2传动轴方案验证
对传动轴的当量夹角进行调整，将静载当量夹角调小，尽量实现十字万向节等速传动。夹角调整后车内在3900rpm附近的噪声变大约5～6dB（A），调整传动轴夹角无法解决问题。
.png)
图6 传动轴夹角调整验证结果
为了对减小传动轴对轰鸣的影响，在传动轴上增加弹性联轴器，减小电机振动激励传递和吸收传动轴振动。主驾和中排有2-3dBA的降低，后排中央有变大趋势，从车内前排和中排结果看，增加弹性联轴器对车内轰鸣有辅助优化的效果。
4.3板簧方案验证
板簧验证方案主要采取的措施包括板簧片之间增加隔振橡胶、增加和减少板簧片数以及增加板簧片动态吸振器等措施。从主观评价和客观测试结果来看，这些方案只能在一定程度上缓解轰鸣声，都不能从根本上消除。
4.4后桥验方案证
由于车内轰鸣是传动轴的二阶激励与板簧的模态发生了共振，如果将传动轴的工作转速降低，激励频率避开板簧的模态，也可以解决问题，经过计算，并结合已有的后桥传动比参数，改用较小的后桥传动比进行验证，结果如图7可知，后桥速比调小后，车内轰鸣声消除。
.png)
图7 后桥主减速比调整验证效果
5.总结分析
轰鸣声是一个整车匹配问题，涉及到整车动力传动系统、底盘悬架系统、车身系统，问题复杂。该论文根据源、路径和接受者的思路开展问题排查，最终通过调整后桥主减速比的方案解决了车内轰鸣声问题。
参考文献：
[1] 庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动——理论与应用[M].北京.北京理工大学出版社，2006；
[2] 庞剑 汽车车身噪声与振动控制[M].北京.机械工业出版社，2017；
作者简介：邓厚科（1981-11），男，汉族，籍贯：安徽合肥，当前职务：NVH主任工程师，当前职称：工程师，学历：研究生，研究方向：NVH设计开发