電動(dòng)汽車與燃油汽車低速噪聲對比探析

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摘要：電動(dòng)汽車具有使用維護(hù)費(fèi)用低、噪聲小等特點(diǎn)，但其聲品質(zhì)并不令人滿意。文章通過對電動(dòng)汽車與燃油汽車在實(shí)際道路上低速行駛時(shí)的車內(nèi)噪聲進(jìn)行測量分析，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車的聲壓級低于燃油汽車，但隨車速上升，這種差距會(huì)縮小。電動(dòng)汽車的噪聲尖銳度比燃油汽車高。在低速行駛時(shí)的聲品質(zhì)有待改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；車內(nèi)噪聲；尖銳度；聲壓級

前言

出于環(huán)保的需求，電動(dòng)汽車的應(yīng)用越來越廣泛。電動(dòng)汽車以其使用維護(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)汽車沒有發(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存在著很大差異。學(xué)者們對此開展了一系列工作，在消聲室環(huán)境下研究了電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的噪聲特征[1-2]，對電動(dòng)汽車的車外噪聲進(jìn)行了評價(jià)[3]，探討了中高車速下的電動(dòng)汽車車內(nèi)噪聲及聲品質(zhì)[4-5]。這些研究表明，電動(dòng)汽車在高速行駛時(shí)，聲壓級與燃油汽車并無顯著差異，但聲品質(zhì)有待改善。汽車在高速行駛時(shí)，胎噪和風(fēng)噪是主要的噪聲源[6]，會(huì)對動(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。為了提升電動(dòng)汽車的駕駛品質(zhì)，有必要對實(shí)際道路上低速行駛時(shí)的車內(nèi)噪聲進(jìn)行測量和分析。

1試驗(yàn)方案

分別對一款純電動(dòng)轎車和汽油轎車進(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47.86mV/Pa，采樣頻率為44100Hz，采樣時(shí)間為15s。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，測點(diǎn)位置如圖1所示。試驗(yàn)時(shí)分別采集兩款車以車速為0km/h、5km/h、10km/h、15km/h、20km/h、25km/h和30km/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33dBA。

2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析

2.1聲壓級

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

2.2頻譜分布特征

對兩臺(tái)車的A計(jì)權(quán)聲壓級進(jìn)行1/3倍頻程分析，獲得各特征頻率帶的聲壓級數(shù)據(jù)，如圖3所示。車速為零時(shí)，電動(dòng)汽車的車內(nèi)噪聲主要為環(huán)境噪聲，在主要頻段分布較為平均，燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲使得其頻譜主要分布在500Hz以下的低頻段。當(dāng)車速上升到10km/h到20km/h時(shí)，如圖4和圖5所示，在50Hz到2000Hz區(qū)間內(nèi)的各主要頻率上，電動(dòng)汽車噪聲比燃油汽車噪聲低約5dB，二者的頻率分布特征較為接近。如圖6所示，當(dāng)車速到達(dá)30km/h時(shí)，燃油汽車和電動(dòng)汽車在250Hz以下的聲壓級非常接近。在250Hz以上，電動(dòng)汽車的聲壓級仍低于燃油汽車。

2.3聲品質(zhì)

除了聲音的大小會(huì)影響人的主觀感覺，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)評價(jià)中的音色特征，通常來說，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：S為尖銳度；N為總響度；k為加權(quán)系數(shù)；z為特征頻帶率，Bark；N為特征響度，Sone/Bark。如圖7所示，燃油汽車的尖銳度隨著車速上升而緩慢下降。電動(dòng)汽車的尖銳度則隨著車速上升而迅速下降，下降速率快于燃油汽車。這主要是由于電動(dòng)汽車的驅(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。

3結(jié)論

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

參考文獻(xiàn)

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[6]車勇,劉浩,夏祖國,等.純電動(dòng)汽車車內(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.汽車聲品質(zhì)研究綜述[J].汽車工程學(xué)報(bào),2014,4(06):391-401.

作者:陳凡 單位:江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)系