纯电动汽车车身泄压阀引起的低频涡声耦合问题识别分析.pdf
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1、第 43 卷 第 1 期Vol.43,No.12024 年 1 月Journal of Applied AcousticsJanuary,2024 研究报告 纯电动汽车车身泄压阀引起的低频涡声耦合问题识别分析沈 龙1张 军2黄应来2李 欣1宋 琼1(1 浙江智马达智能科技有限公司宁波315336)(2 吉利汽车研究院宁波有限公司宁波315336)摘要:由于纯电动汽车底部平整,高速行驶时可能容易诱发气流与车身泄压阀耦合,从而引起车内低频噪声问题,严重降低乘坐舒适性。以某纯电动汽车高速行驶低频涡声耦合问题的测试排查分析过程为例,系统地介绍了低频涡声耦合问题的发生机理,设计了一种用于验证低频噪声问题
2、的静置试验方法,识别出影响低频噪声的关键要素,并设计了泄压阀罩工程化方案,实车验证了方案的有效性,这对于解决纯电动汽车低频涡声耦合问题和前期开发问题识别具有借鉴和参考价值。关键词:泄压阀;空腔;涡;自激振荡;耦合中图法分类号:U469.72+2文献标识码:A文章编号:1000-310X(2024)01-0082-08DOI:10.11684/j.issn.1000-310X.2024.01.010Analysis and identification of low frequency vortex-acoustic coupling problemcaused by decompression
3、 air vent of electric vehicleSHEN Long1ZHANG Jun2HUANG Yinglai2LI Xin1SONG Qiong1(1 Zhejiang Smart Automobile Intelligence Technology Co.,Ltd.,Ningbo 315336,China)(2 Geely Automotive Research InstituteNingbo Co.,Ltd.,Ningbo 315336,China)Abstract:Due to the flat bottom of electric vehicle(EV),it is e
4、asy to stimulate low-frequency sound athigh speed,which seriously reduces ride comfort.In this paper,a EV decompression air vent low-frequencyvortex-acoustic coupling problem at high speed is taken as the research object.The mechanism of low frequencyvortex-acoustic coupling problem is systematicall
5、y introduced.A static test method is designed to verify the lowfrequency noise problem,and the key factors affecting the low frequency noise are identified.The effectivenessof the scheme is verified by the vehicle subjective evaluation and objective test.This paper has importantengineering guiding s
6、ignificance for solving the low-frequency sound problem.Keywords:Decompression air vent;Cavity;Vortex;Self-sustained oscillation;Coupling2022-09-08收稿;2022-11-11定稿作者简介:沈龙(1987),男,四川人,主任工程师,研究方向:整车NVH性能开发。通信作者 E-mail:zj_第43卷 第1期沈龙等:纯电动汽车车身泄压阀引起的低频涡声耦合问题识别分析830 引言国家对新能源汽车发展的持续投入,刺激了新能源汽车行业的蓬勃发展,使中国在短短数
7、年内成为全球第一大新能源汽车市场。纯电动汽车有动力强劲的特点,高速工况使用频繁,且驾乘人员对纯电动汽车NVH性能有着较高的心理预期,高速行驶工况下如果车内存在低频噪声问题就容易被顾客投诉,将极大地降低驾乘人员的用车体验。这不仅对品牌形象造成负面影响,还会带来高额的售后维护成本。因此,分析低频噪声产生机理,针对关键影响因素进行前期规避,具有重要的工程意义。20世纪50年代,因飞机起落架舱及弹药舱在飞机起降时产生了强烈的啸叫声问题,推动了空腔自激振荡机理分析和振荡压力预测等研究的逐渐兴起。国内外学者对空腔自激振荡的现象及机理进行了深入的研究,Rossiter1根据涡的运动形式提出了一个声音的反馈回
8、路模型,对大量实验参数进行研究,总结出了一个用于预估振荡频率的半经验公式。Heller2在不同马赫数来流下对不同长深比的空腔噪声进行研究,确定涡的回馈速度为当地声速,并对半经验公式进行了修正。Michalke3通过对流体运动方程的求解,分析了空腔开口的基本参数和流场特性,为建立空腔共振频率的预测方法提供了较为清晰的物理图像。罗柏华等4的实验研究结果表明空腔深度对振荡频率影响不大,对模态的幅值有明显影响,空腔越深,最大振荡峰值越大。李伟等5研究了在汽车空调制冷系统中由制冷剂流动引起的流激噪声问题,并通过半经验公式进行了频率预测与避频处理来解决问题。刘杨等6结合自激振荡原理,解决了在发动机进气窄缝
9、式消声器中的空腔自激振荡问题,并通过修正经验公式来确认了自激振荡频率。此外,也有较多文献针对天窗风振和侧窗风振79进行了深入的研究。本文介绍了高速工况下某电动汽车车身泄压阀引起车内低频噪声问题的案例,通过对道路试验数据、风洞试验数据、静置试验数据、自激振荡理论和共振理论的分析,找到了低频噪声的关键影响因素并提出了可行的工程化方案,有效解决了泄压阀引起的车内低频噪声问题。该案例问题的分析和经验总结,有助于为后续电动汽车高速工况NVH设计提供借鉴和指导。1问题特征识别某四驱纯电动SUV开发过程中,出现高速行驶时车内低频轰鸣噪声问题。经过主观评价,问题现象如下:(1)空调置于外循环状态,在光滑平直路
10、面上行驶,当车速上升至130 km/h时,在车辆后排位置能够听到明显的低频噪声;(2)随着车速继续上升,后排低频噪声幅值明显增加,当车速为140 km/h时噪声达到最大;(3)空调置于内循环状态,各车速均无明显的低频噪声。随着高速公路里程总和的不断增长和纯电动汽车动力的不断提升,高速工况使用愈发频繁,这大大增加了低频噪声问题发生的概率,降低了乘坐舒适性,可能会引起市场抱怨。该车前后搭载了两台永磁同步电机,前后电机下方均设计了平整的下护板。前电机下护板与前保险杠和动力电池前端平齐连通,后电机下护板与动力电池后端和后保险杠平齐连通。因避让后悬架运动包络,后底护板与后保险杠之间存在较大的缺口。泄压阀
11、左右对称布置于车身末端两侧,开口朝向车辆正后方。这种车辆底部平顺的结构带来了较好的风阻表现,但也为气流顺利进入后保险杠并流经泄压阀表面创造了条件。1.1道路试验测试分析结合主观评价结果,为了进一步分析此问题的特征,如图1所示,分别在驾驶员左耳、副驾驶员右耳、左后乘客左耳、右后乘客右耳布置传声器,汽车在光滑平直路面上,空调置于外循环状态,以140 km/h车速匀速行驶,测试车内各位置噪声数据。?XYZ图1传声器布置示意图Fig.1 Microphone layout diagram车内噪声测试结果如图2所示。通过对各位置噪声的频域特征分析及声频回放和滤波回放的对比辨识,可以得出:(1)车内低频噪
12、声存在明显的位置特征,前排不明显而后排明显。车内后排左右位置842024 年 1 月位置噪声特征一致,均存在55 Hz低频噪声峰值特征。前排左右位置噪声特征一致,均无低频噪声峰值特征。(2)车内后排噪声频谱呈现出以18 Hz为基频,37 Hz、55 Hz、73 Hz为倍频的谐阶次特征。(3)车内后排噪声峰值以55 Hz为中心频率,幅值达57 dB(A),此为整车抱怨问题的客观测试特征。(a)?(b)?(c)?(d)?1005 10203040506070809065155548?/Hz?/Hz?/Hz?/Hz?/dB(A)?/dB(A)1005 102030405060708090651565
13、15?/dB(A)?/dB(A)651555461005 102030405060708090183755735755571005 10203040506070809018375573575557图2140 km/h车内各位置噪声频谱图Fig.2 Noise spectrum of each position at 140 km/h车辆高速行驶时受到的激励主要来自于三个方面:第一是动力传动系统的旋转激励;第二是路面激励;第三是高速气流激励。问题发生与空调外循环状态强相关,高速行驶空调置于外循环状态时泄压阀处于开启状态,存在高速气流激励泄压阀引起低频噪声问题的可能性。1.2风洞试验测试分析为了锁
14、定高速低频噪声问题的激励源,在声学风洞中进行激励源分离试验验证。分别在驾驶员、副驾驶员、左后乘客、右后乘客位置布置人工头,测试0偏航角,来流速度140 km/h,空调置于外循环状态下的车内噪声数据。测试结果如图3所示。因风洞只有稳定来流激励,相比于道路试验低频成分激励偏少,如再使用A 计权将低频部分的幅值降低,会导致对低频数据分析的失真,故对风洞数据采取不计权分析。通过噪声回放辨识及各位置噪声频域特征分析可得到以下结论:(1)风洞试验结果与道路试验结果一致,后排左右位置噪声频谱一致,存在明显的18 Hz、55 Hz倍频特征。前排左右位置噪声频谱一致,没有低频噪声特征。(2)风洞试验中,高速气流
15、单独激励可以复现低频噪声问题,说明该问题产生与路面激励和动力传动系统旋转激励无关,属于气动噪声类型。2潜在机理分析2.1激励源特征分析为了分析高速低频噪声问题发生的潜在原因和影响因素,结合道路试验、风洞试验分析结论,设计底护板间隙封闭、左侧泄压阀封闭、右侧泄压阀封闭、两个泄压阀封闭的4个验证方案,进行排查对比工作。泄压阀封闭状态如图4所示,并在两个泄压阀近场布置传声器,以分析泄压阀位置的声源特征。第43卷 第1期沈龙等:纯电动汽车车身泄压阀引起的低频涡声耦合问题识别分析85(a)?(b)?/Hz?/Hz?/Hz?/Hz?/dB30010501001502002509040?/dB9040?/d
16、B9040?/dB90403001050100150200250(c)?(d)?300105010015020025055188282300105010015020025055188281图3140 km/h风洞试验车内各位置噪声频谱图Fig.3 Noise spectrum of each position at 140 km/h at wind tunnel(a)?(b)?图4泄压阀封闭示意图Fig.4 Decompression air vent closed schematic diagram整车以140 km/h车速匀速行驶时,分别测试各方案车内右后乘客右耳噪声,并进行主观评价。测试
17、结果如图5所示。主要排查工作的结论如下:(1)两个泄压阀封闭后,主观评价问题消失,客观测试后排噪声18 Hz峰值降低12 dB(A),55 Hz峰值降低了12 dB(A),确认问题由泄压阀引起,18 Hz峰值与55 Hz峰值呈现出正相关性;(2)只进行左侧或右侧泄压阀封闭,后排噪声55 Hz峰值下降8 dB(A),只封闭一个泄压阀问题峰值有所下降,但问题特征仍然存在,即每个泄压阀均单独对低频噪声问题产生贡献;(3)封闭底护板与后保险杠缝隙,问题频率峰值下降5 dB(A),由于缝隙不能完全封闭,故问题不能完全消失。泄压阀近场噪声测试结果如图6所示,左右泄压阀近场噪声均出现了明显的18 Hz峰值特
18、征,并伴随有37 Hz、55 Hz为倍频的谐阶次峰值特征,此为泄压阀处因气流产生的激励源特征。根据以上道路试验方案排查结果,初步推测低频噪声产生机理为气流流经泄压阀产生18 Hz激励源,该激励源谐阶次与车内某频率为55 Hz的模态耦合放大,形成了车内55 Hz低频噪声问题。862024 年 1 月1005 1020304050607080906010600600600600551958535050463733323127?/Hz55585853505046?/dB(A)图5各验证方案车内噪声频谱图Fig.5 Interior noise spectrum of each verificatio
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