燃料电池轿车车内噪声特性实验分析与控制研究

同济大学汽车学院

硕士学位论文

燃料电池轿车车内噪声特性实验分析与控制研究

姓名：阎礁

申请学位级别：硕士

专业：车辆工程

指导教师：左曙光

20070301

摘要

摘要

燃料电池车以燃料电池动力系统为动力源，由于动力系统和车辆结构的改变使车内噪声特性区别于传统车辆。车内噪声是影响汽车乘坐舒适性的重要因素，因此有必要对燃料电池车车内噪声进行相应的研究，从而采取一定的噪声控制措施来提高燃料电池车的乘坐舒适性。

本文以燃料电池轿车超越３号为研究对象，通过声振实验测量了静止和不同匀速行驶工况的车内噪声和主要零部件的振动状况。实验结果表明车内后部噪声比前部严重，各工况下车内噪声频率主要分布在１５００Ｈｚ以下；低速工况燃料电池辅助系统的氢气供给泵和风机是车内噪声的主要来源，噪声主要通过后排座隔板和衣帽架孔隙传递到车内；高速工况驱动电机单元对车内噪声影响越来越严重，成为车内噪声的主要来源；电机工作时产生的不平衡激励力通过橡胶悬置、副车架传递到车身，引起车身板件振动向车内辐射噪声。

根据实验分析结果并结合实际情况，本文通过添补后排座隔板、衣帽架孔洞和Ｃ柱、后翼子板空腔的隔声吸声的方式控制氢泵和风机辐射的噪声向车内传递，经过实验验证，该措施达到了良好的效果。对于高速工况驱动电机单元不平衡激励导致的车内噪声，可以通过优化设计悬置的刚度阻尼参数，提高悬置的隔振性能来解决。本文在ＡＤＡＭＳ中建立了驱动电机与柔性副车架耦合振动仿真模型，分析了柔性副车架对振动系统模态的影响和驱动电机振动模态的解耦特性。最后以电机转子质量不平衡产生的激励为输入，以传递到车身上力的频率响应最小为目标函数，以电机允许的最大侧倾角度为约束条件，对振动系统的悬置刚度参数进行优化，优化后的悬置的隔振性能有了一定的提高，达到降低车内噪声的目的。关键词：燃料电池车、车内噪声、噪声传递、悬置系统、优化设计

Ａｂｓｔｒａｃｔ

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

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Ａｂｓｔｒａｃｔ

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ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｆｕｅｌｃｅｌｌｖｅｈｉｃｌｅ，ｉｎｔｅｒｉｏｒｎｏｉｓｅ，ｎｏｉｓｅｔｒａｎｓｆｅｒ，ｍｏｕｎｔｓｙｓｔｅｍ，

ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ

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第１章引言

第１章引言

１．１本课题研究的意义和背景

近十年来我国经济的持续高速发展，轿车逐渐成为家庭出行的代步工具，但随之而来的石油短缺、环境污染问题也日益突出，迫切需要开发可持续发展的新能源技术作为汽车的驱动能源。

氢燃料电池是一种清洁高效的能量转换装置，国际上公认在不远的将来燃料电池汽车将会取代传统汽车，各国政府极力倡导燃料电池车的研发【¨】。欧美和日本的汽车公司早在９０年代初就开始研制燃料电池车，美国通用汽车公司是燃料电池车开发的倡导者之一，先后开发出ＨｙｄｒｏＧｅｎｌ，２，３代燃料电池汽车，２００５年通用汽车在上海国际汽车展上推出了Ｓｅｑｕｅｌ燃料电池车。福特公司在１９９８年推出了Ｐ２０００燃料电池车，２００２年在美国纽约国际汽车展上展出了第三代Ｆｏｃｕｓ燃料电池车。日本丰田汽车公司于１９９２年开始研制燃料电池车，而且日本还制定了一个燃料电池汽车产业化的庞大计划。我国科技部启动了“十五”国家８６３计划电动汽车重大专项，在“８６３”电池汽车重大专项资助下，同济大学等承担了燃料电池轿车的研发工作。燃料电池轿车项目进入第六个年头，此前同济大学己研制出“超越系列＂的燃料电池轿车样车，从２００６年开始进入样车示范运行阶段，预计到２０１０年至２０１５年，中国的燃料电池轿车与世界同步，进入批量生产。

随着燃料电池轿车产业化与商业化目标的临近，燃料电池车的振动噪声（ＮＶＨ）控制也变得越来越重要。汽车的振动噪声是影响汽车乘坐舒适性的重要指标，也成为顾客选购车型的重要决策因素之一。为了满足客户的需求，各大汽车生产制造商投入巨大的资金和精力进行汽车振动噪声控制研究，在新车型的开发阶段零部件及整车的ＮＶＨ特性匹配是不可缺少的环节，所以开展燃料电池汽车振动噪声控制技术研究从而有效降低燃料电池汽车振动与噪声，是燃料电池汽车走向产业化的重要课题。

超越３号燃料电池车是在桑塔纳３０００车身的基础上开发的，在开发阶段没有对零部件的ＮＶＨ特性进行整合匹配，对产生振动的零部件，如驱动电机总成、

第１章引言

燃料电池冷却系统、燃料电池辅助系统没有进行合理的隔振隔声设计、合理的布置，因此燃料电池轿车车内噪声严重并且扰人，所以有必要对燃料电池轿车车内噪声特性进行详细的实验分析，分析车内噪声的频率特性、主要来源和传递方式，同时对燃料电池辅助系统和驱动电机的振动特性和传递特性进行研究，从而采取有效的隔振、隔声措施，降低车内噪声，改善车内的声学环境，提高车辆的乘坐舒适性。

此外，分析燃料电池车的车内噪声特性、零部件的振动特性特点，对开发新一代燃料电池车超越４号时进行ＮＶＨ特性匹配有一定的指导和借鉴意义。１．２汽车ＮＶＨ研究现状

１．２．１传统汽车ＮＶＨ研究内容和现状【５】【６】【７】

ＮＶＩ－Ｉ是指Ｎｏｉｓｅ噪声Ｖｉｂｒｉａｔｉｏｎ振动Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ声振粗糙度（即汽车轮胎通过坑穴或驶过路面接缝时，将地面起伏以振动的形式传递给车身形成车内噪声）。汽车ＮＶＨ主要研究车辆的噪声和振动对整车性能和舒适性的影响。振动可以引起噪声，而噪声也可以引起结构共振，考虑到ＮＶＨ产生的原因相同，且相互作用，故将其作为一个整体进行研究。汽车是一个由激励源（发动机，路面不平度等）、传递器（悬架，连接件等）和噪声发射器（车身）组成的复杂振动系统，汽车的ＮＶＨ特性的研究应该以整车为研究对象，但由于汽车系统的复杂性，往往将它分解成多个子系统进行研究，如底盘，车身和发动机子系统，也可研究某一工况下ＮＶＨ特性，如制动时制动器尖叫声的控制。

在ＮＶＨ控制研究方面，各大汽车公司都投入了巨大的人力物力，并取得一定的成果。５０年代Ｔｏｙｏｔａ公司开发了新一代豪华型Ｌｅｘｕｓ轿车取得了巨大成功。ＬＳ４００车内十分安静，其中降低ＮＶＨ的措施主要包括：使用隔声性能较好的‘三明治’式钢板，即在两块钢板之间填充沥青或其他隔声材料；采用双层油底壳降低发动机Ｂｏｏｍｉｎｇ声，采用动力总成液压悬置，可有效的双向隔离动力总成与车身之间的振动。ＧＭ公司在开发ＯｌｄｍｏｂｉｌｅＡｕｒｏｒａ轿车时通过强化车体刚度将车内噪声能量降低了５０％，从７９ｄＢ（Ａ）降低到７６ｄＢ（Ａ），满足了绝大多数顾客的需要。

随着工程技术人员对噪声产生的机理和降低噪声方法认识的深入，逐渐认

第１章引言

识到降低车内噪声水平不是噪声的全部，甚至有时候是不必要的，事实上只要消除某些特别令人不悦的频率的噪声就可明显改善汽车的声学环境，这样对车内噪声的研究逐渐过渡到为了满足不同消费者需求的车内声学品质的问题。

汽车ＮＶＨ的设计研究主要通过实验和仿真两种手段。计算机技术的迅速发展使得在产品开发初期采用仿真手段进行汽车ＮＶＨ设计与预测成为可能，并且大大的缩短了整车的设计周期，节约了开发成本；但是由于汽车ＮＶＨ问题的复杂性与系统性，单纯的仿真计算不能完成ＮＶＨ的开发目标，必须通过物理模型的试验验证，用测试结果评估和指导仿真计算。

目前应用领域出现了多种支持ＮＶＨ仿真分析的ＣＡＥ软件系统，如ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ、ＭＳＣ．ＰＡｌｌＲＡＮ／ＮＡＳＴｌ乙州、ＳＹＳＮＯＩＳＥ、ＡＵＴＯＳＥＡ等，其处理问题的适用范围各有侧重。ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ是基于多刚体动力学理论的分析软件，它将系统内各部件等视为刚体或弹性体研究他们在大范围空间运动的动力学特性，如悬架系统传递特性，转向系统高速摆振和整车平顺性的分析【８ｌ等。ＭＳＣ．ＰＡＴＲＡＮ／ＮＡＳＴＲＡＮ是基于有限元法的分析软件，它把连续的弹性体划分成有限个单元，计算系统的变形、应力和动力学特性，适用于汽车结构振动，车室内部空腔噪声预测１９Ｊ等。ＡＵＴＯＳＥＡ是以空间声学和统计力学为基础的统计能量分析软件，它将系统分解为多个子系统，研究它们之间能量流动和模态响应的统计特性，适用于结构、声学等系统的动力学分析，对高于３００Ｈｚ以上频率噪声的分析得到的结果比较令人满裂埘。

１．２．２燃料电池车ＮＶＨ研究现状

以燃料电池作为动力源的车辆被称为燃料电池车，由于燃料电池车的动力总成区别于传统内燃机汽车的动力总成，噪声源发生了改变，而且燃料电池动力系统的布置形式，也会影响车内噪声的分布、噪声传递方式等。因此燃料电池车的ＮＶＨ特性有其自己的特点。

对于传统内燃机汽车而言，动力总成是影响ＮＶｌ－Ｉ性能的一个最主要的激励源，而对于燃料电池车而言，驱动电机总成、燃料电池系统车内噪声的主要来源。人们普遍认为燃料电池是～种无污染低噪音的新型动力源，其实燃料电池的燃料供给系统是一个主要噪声源。燃料电池是氢气和氧气在催化剂作用下常温产生化学反应产生电能，因此氢气和氧气供给系统需用到鼓风机，气泵等装

第１章引言

置（供氧装置简称风机，供氢装置简称氢泵），而风机、氢泵会产生强烈的噪声。

国内对燃料电池车ＮＶＨ的研究几乎处于空白，国外这方面的研究也不多。２００２年Ｆｌｏｒｉｄａ大学Ｍａｔｈｅｎｙ等进行了静止状态下燃料电池大客车噪声试验研究Ｉｌ¨，在车内和车外各布置六个点测试噪声，通过选择运行法识别出了主要噪声源。该文对于燃料电池汽车振动噪声的研究开了先河，但其并没有研究行驶状态下各噪声源的频率分布以及对车内车外的贡献，噪声源的传递路径和提出改进措施。国内同济大学对自己研制的超越系列燃料电池车超越２号样车进行了简单的噪声测试，分析了车内噪声的主要频率成分以及车内噪声的主要来源，并采用隔声措施对乘坐室进行密封处理，实现了一定的降噪作用。但是对于燃料电池车的主要振动噪声源的识别，对车内噪声的贡献以及振动噪声的传递路径还不清楚，对于主要振源如驱动电机和燃料电池辅助系统的振动噪声特性也不清楚，因此需要对燃料电池车的振动噪声进行更深入的研究，同时这也是一项开创性的工作，填补了国内空白。

１．３本文的研究工作

本文以超越３号燃料电池轿车样车为研究对象，通过实验手段获得燃料电池车在不同工况下车内噪声特性，噪声的主要来源和传递方式，明确燃料电池车主要振动部件如驱动电机，氢泵和风机的振动频率特性，评价电机悬置系统的隔振特性。采用一定的隔声吸声措施减弱氢泵和风机对车内噪声的影响；通过仿真的手段对驱动电机单元悬置系统进行优化设计，达到降低驱动电机振动能量对车身的传递，改善车内噪声目的。具体研究工作如下：

１、收集国内外汽车ＮＶＨ研究方法与技术手段。包括噪声源识别、振动噪声传递路径分析试验方法；发动机悬置系统设计优化方法；振动噪声控制手段与方法等。

２、对燃料电池轿车进行声振测试试验，分析不同行驶工况下，车内噪声频率和分布特性，燃料电池辅助系统中主要运动部件的振动频率特性，以及其振动对车内噪声的影响，分析驱动电机单元的振动特性及悬置系统的隔振性能，从总体上把握燃料电池车的车内ＮＶＨ性能。

第１章引言

３、根据分析结果采用一定的隔声吸声方法，对燃料电池车进行改造，并通过实验验证改造的效果。

４、以驱动电机悬置系统为研究对象，建立驱动电机总成与副车架的刚柔耦合模型，通过悬置系统（如悬置的刚度、位置）或副车架结构的优化，减少驱动电机振动向车身的传递，降低车内噪声。

研究的技术路线如下图所示：

第２章超越二号燃料电池轿车结构与噪卢源分析

第２章超越三号燃料电池轿车结构与噪声源分析

控制车内噪声改善乘坐室的声学环境，必须准确的把握车辆的结构形式、车内噪声的主要来源与传递方式，这是确定声振试验方案和噪声控制方案的前提。由于燃料电池车的动力驱动系统的彻底改变，使其结构形式和噪声源与传统的内燃发动机汽车有所不同，因此有必要对燃料电池轿车的结构形式与主要噪声源进行详细的分析。

２．１传统汽车的噪声源与传递途径

传统的内燃机汽车车内噪声主要来源有以下几个方面，发动机噪声、进排气系统噪声、底盘噪声，行驶时轮胎噪声和风噪，以及由于路面不平度激励引起的车内噪声。

声音起源于物体的振动，是物体的机械振动通过弹性媒质向远处传递的结果。传播声音的媒质可以是气体，也可以是液体和固体。对于汽车系统而言，主要为空气传播（Ａｉｒ－－ｂｏｒｎｅＮｏｉｓｅ）和固体传播也称为结构传播（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－－ｂｏｒｎｅＮｏｉｓｅ）两种方式【１２１。空气声传播，指噪声源本身发出的噪声通过空气，由车身的缝隙漏声或板壁透声传播至车内，形成车内噪声。固体声传播噪声源引起的振动通过结构件传播至车身，引起车身的振动；再由车身板壁振动辐射噪声至车内，形成车内噪声。

图２．１为汽车的主要噪声源和噪声的传播途径。其中，包括发动机、离合器和变速器等在内的驱动总成的噪声占据着最重要的位置。发动机同时产生燃气噪声和机械噪声；驱动辅助装置如发电机和冷却风扇也是重要的噪声源；而且，负荷的变化会在进气系统和排气系统中产生噪声。轮胎和路面噪声会随车速的增加而急剧增加，导致强烈的车外噪声。其他的噪声则来自于行驶风噪声和车轮激水噪声等。所有噪声源产生的噪声以固体波动和气体波动两种形式向车身传播。其中的固体波动以振动的形式通过各种各样的支承件和联结（例如电缆、软管和钢绳）直接传递到车身，与从噪声源发出的一次空气声共同激发车身上较大的钣件（如车顶棚等）产生二次空气声，辐射到车内外空间。另外，部分

第２章超越三号燃料电池轿车结构与噪声源分析

一次空气声通过车身上的缝隙（诸如通风装置和电缆通孔等）直接传入车内空间。

［了．＜）一殖舔矿一噪声源固体声传播

图２．１汽车主要噪声源和传递途径

汽车空气传递和结构传递噪声的能量比例会因车型和结构而变化，而且与频率有很大的关系。通常５００Ｈｚ以下的低、中频率噪声主要以固体波动形式传递，而在较高的频带内则以空气传播为主。【１３】

２．２燃料电池轿车的噪声源分析

以燃料电池作为动力源的车辆被称为燃料电池车，由于燃料电池车的动力总成区别于传统内燃机汽车的动力总成，噪声源发生了改变，而且燃料电池动力系统的布置形式，也会影响车内声场的分布、噪声传递方式等，因此有必要对燃料电池车的结构形式、主要噪声源及其安装位置进行分析。

２．２．１燃料电池轿车主要噪声源介绍

对于传统汽车动力总成是的影响车内ＮＶＨ噪声的一个最主要的激励源，而对于燃料电池车而言，燃料电池动力系统是影响车内噪声的主要激励源。

第２章超越三号燃料电池轿车结构与噪声源分析

燃料电池是一种静态能量转换装置，它能连续地将燃料Ｈ。和氧化剂（仉或空气）的化学能通过电化学反应直接转换成电能．同时消耗反应物。排出产物，释放热量【１４１。ＦｕｅｌＣｅｌｌ按所用电解质的不同，可分为碱性燃料电池（ＡＦＣ），磷酸型燃料电池（ＰＡＦｃ）、固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）、熔融碳酸盐燃料电池（ＭｃＦｃ）和质子交换膜燃料电池（ＰＥｈＩＦＣ）。其中，ＰＥＭＦＣ由于工作温度低，启动快，其最佳工作温度为８０℃左右，甚至在室温也能正常工作，适宜于较频繁启动的场合，可用空气做氧化剂，因此，适合作为汽车动力源【ｌ”。但是ＰＥＭＦＣ要想在汽车上稳定地连续工作，必须为其配置各种辅助系统，包括燃料供给系统（地，和０：供给）、冷却系统、控制系统等㈣。

超越３号燃料电池轿车的动力系统主要由驱动电机总成、ＰＣＵ控制器、锂电池组、燃料电池电堆、燃料供给系统、冷却系统等组成。

其中燃料电池系统中的燃料电池反应堆为ＰＥ，ＭＦＣ型，其反应过程为电化学反应，不存在燃烧过程，因此不产生振动噪声，但其冷却系统的水泵和燃料供给系统中的空气压缩机（简称为风机），氧气供给泵（简称为氢泵）却会产生振动噪声，另外空气滤清器在大进气量时，会产生啸叫声。由于燃料电池动力系统的噪声没有传统的内燃机大，空调压缩机，动力转向泵等噪声对车内噪声的影响也变得比较明显。圈２．２驱动电机总成布置Ｅ４式

第２章超越二号燃料电池轿乍结构与噪声源分析

驱动电机总成由驱动电机和变速箱组成，并通过３个橡胶悬置安装在副车架上，如图２．２所示，电机是一个主要的振动噪声激励源。其中包括电机高速运转时，由于转子质量不平衡产生的激励力，电磁力矩的波动产生的激励，以及路面不平和附着力的波动引起驱动电机总成的扭振。

２２．２燃料电池轿车的结构布置方式

目前各大公司的研发的燃料电池轿车总布置各不相同，大部分燃料电池轿车沿用原内燃机车身，将燃料电池动力系统合理的安装在车身或底盘上，图２．３

黑◇

图２．３戴姆勒克莱斯勒的Ｆ．ｃｃｎ燃料电池下结构

为达姆勒克莱斯勒公司的燃料电池车Ｆ－Ｃｅｌｌ，采用前轮驱动型式，燃料电池系统和电池组安装在座位下面，储氢罐安装在车后部，基本上充分的利用了原车的空间，没有改变原车的乘坐空间【”ｌ。

奉文研究的燃料电池轿车“超越三号”采用传统的承载式轿车车身为措载平台，燃料电池动力系统的粕置形式类似于国外的燃料电池车，车身为桑塔纳３０００承载式车身．电机驱动单元取代了内燃机，前轮驱动，蓄电池萱于日口排座椅下方，燃料电池反应堆置于后排座椅Ｆ方，燃料电池燃料供给系统和储氢罐置于行李舱，车身也做了局部的修改，此外原发动机舱安装了副车架，用以布置驱动电机单元，冷却水泵，空压机，ＰＣＵ控制箱等部件，具体的靠臂形式见

第２章超越三号燃料电池轿午结＋勾与噪声源分析

幽２．４。

燃料供给系统

锂电池组

幽２．４“超越三号”的燃料电池动力系统布置圈

２．３本章小结

本章介绍了传统汽车的主要噪声源和车内噪声的传递方式，并且对比分析了本文所研究的超越３号燃料电池轿车的主要噪声源和结构特点．为研究燃料电池车车内噪声特性试验和控制方法研究奠定基础。

第３章燃料电池轿乍卢振特性试验

第３章燃料电池轿车声振特性试验

研究汽车ＮＶＨ特性的一个重要步骤是振动噪声诊断与识别，这也是确定噪声控制方案和措施的前提。随着传感器、测试和现代信号处理技术的发展，汽车ＮＶｌｉ领域出现丁很多可靠的测试和实验方法，来分析车内噪声柬源、传递路径、车身扳件贡献量以及声品质等１１ｓ－２４１。本章通过对超越３号的声振特性试验，总体上明确了不同工况下车内噪声状况和频率分布，分析了车内噪声的主要柬源和传递方式，获取了驱动电机激励的频率特征、电机悬置系统的隔振状况和电机对车内噪声的影响，以及燃料电池辅助系统中的氢气供给泵、风机等的振动状况。试验结果为下一步进行减振降噪提供了理论依据和实验基础。

３１燃料电池轿车声振试验介绍

本文进行的燃料电池车声振特性试验，主要测试的内容包括各工况下车内噪声、车身主要板件的振动加速度，驱动电机单兀和燃料电池辅助系统一些部件的振动加速度，驱动电机单元Ｅ下悬置处的振动加速度，具体洲点见表３Ｉ

试验的工况设定为静ｌＰ工况（驱动电机不ｌ：作，燃料电池系统工作），匀速行驶工况，车速分别为２０ｋｍ／ｈ，３０ｋｍ／ｈ，４０ｋｍ／ｈ，５０ｋｍ／ｈ，６０ｋｍ／ｈ，７０ｋｍ／ｈ，８０ｋｍ／ｈ，９０ｋｍ／ｈ，ｌＯＯｋｍ／ｈ，１ｌＯｋｍ／ｈ，１２０ｋｍ／ｈ，同步采集各发声源零部件振动加速度以及驾驶员右耳侧和后排乘客右耳侧的噪声信号，采样频率噪声信号为４００００Ｈｚ，振动信号为４０００Ｈｚ，采集时间为３０秒。

ａ驱动【ｂ．￥ＪｔＮ点忙置ｂＭ机用ｌ氢泵测点何置

第３章燃料电池轿车声振特性试骑

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ｃ空压机和冷却水泵测点忙置ｄ动力转向泵测点位置

图３１各测点位置

表３ｌ测点

序号测点位置传感器备注传感器编号

电机总成ｘ方向加速度

ｌＵ机总成ｖ＾向加速度ｍｏｔｏｒ＿ａ跚ｍｂｌｙｖ三向３５１７８

电机总成ｚ方向加速度

空气压缩机加速度

冷却水泵（ｍｏｔｏｒ，ｌｘ。ｕ、冷却水泵ｍ１加速度ｃｏｏｌｉｎｇ＿ｂｕｍｐ＿ｍｐ

６＾Ⅱ速度ｃｏｏｌｉｎｇｂｕｍｐ＿ｆｃｅ

７动力转向油泵加速度ｐｏｗｅｒ＿ｓｔｅｅｆｉｎｇｂｕｍｐ

８卒调散热风扇加速度ｃｏｏｌｉｎｇｆａｎ

午顶加速度

前地扳加速度

后地板加速度

农帽架加速度ｂａｇｇａｇｅ—ｒａｃｋ

氢泵加速度ｈｙｄｒｏｎ—ｂｕｍｐ

风机加速度

驾驶员右耳侧麦兜风

扁排庳椅最右侧麦克风ｐａｓｓｅｎｇｅＬｅａ‘

电机悬置（前上）加述度ｍｏｕｎｔ——ｆｒｏｎｔ—．ｕｐ

电机悬置（前下）加速度

电机悬置（左上）加述度Ｎ２１２５６４８

电机恳置（左Ｆ）加速度ｍｏｕｎｌ１ｅｎｄｏｗｎ

电机息置（矗上）加速度ｍｏｕｎｔｆｉｇｈｔ—ｕｐＮ２８２５６４３

ｆＵ机息置（矗卜）加进度ｎｌｏｕＤｔ——ｒｉｇｈｔ—．ｄｏｗｎＮ２９２５６４４

第３章燃科电池轿下声振特性试验

试验采川的数采设备为Ｈｅａｄ公司的ＳＱｌａｂＩＩＩ（３４通道）．加速度传感器为美国ｐｃｂ公舌Ｊ生产的ｌｃｐ压电式加速传感嚣，麦克风为丹麦Ｂ＆Ｋ公司生产。

幽３．２测试现场

本次试验在同济大学清洁能源汽车工程中心的半消声室中进行，保证了车内噪声测试结果的准确性，四轮转毅加载的路谱为实车在柏油路面Ｅ采集的路谱，真实的模拟了路面对燃料电池轿车的阻力，测试巾不考虑风噪的影响。３．２试验数据分析处理

在实测的信号中，我们可以直接获取一些信息，但这往往是有限的，因此有必要对测得的信号进行一定的加工处理，达到去伪存真和提取更多有用信息的目的。本文粟用现代工程信号处理技术中的频谱分析、相干与偏相干分析、传递函数分析等手段口“，深入的了解车内的噪声特性、噪声源、传递方式等。本文采用的信号处理软件主要是Ｈｅａｄ公司的Ａｒｔｉｍｅｓ７．０，它具有数据采集、分析处理和回放功能，是声振测试信号的优秀处理软件，州时还借助ｍａｔｌａｂ进行分析。

第３章燃料电池轿车声振特性试验

３．２．１车内噪声特性分析

车内噪声特性主要包括噪声的声压级、分布状况、频率特征以及随车速的变化情况等。本次试验测量的车内噪声声压级采用线性和Ａ计权两种形式，经过计权网络测量的声级已经考虑了人耳的听觉特性，与人的主观感觉有较好的相关性，大量的试验研究表明，Ａ计权声级与人的主观感觉响度、烦恼程度、听力损失程度均有较好的相关性，是声级测量中的一个重要的评价量【２６。。表３．２给出了不同工况下车内噪声线性和Ａ计权累积声压级。

表３．２不同工况下车内噪声声压级

驾驶员右耳侧

工况

００ｋｍ／ｈ

２０ｋｍ／ｈＬｅｖｅｌ后排乘客右耳侧ｄａ（Ａ）［ＳＰＬＩ５２５７．２６

５８．３７

５８．８６

６１．９

６２．５８

６３．０３

６７．１６

６４．６８

６９．９

６７．５３

６９．７８ＬｅｖｅｌｄＢ［ＳＰＬ］ＬｅｖｅｌｄＢ［ＳＰＬ］ＬｅｖｅｌｄＢ（Ａ）［ＳＰＬ］６５．４４６６６７．２１６８．７９６９．４１６９．８１６９．９７７１．４３７２．３７７３．６７７２．２３７３．９４７８．５９８５．１１８５．６２８６．９１８５．９４９１．６１９０．２３９２．０７８８．１８９０．３２８９．８５９４．８３８１．８５８６．９１８７．６５８８．９２８８．９７９２．４７９１．６１９２．７６９１．２６９２．３８９１．３７９６．１４３０ｋｍ／ｈ４０ｋｍ／ｈ５０ｋｍ／ｈ６０ｋｍ／ｈ７０ｋｍ／ｈ８０ｋｍ／ｈ９０ｋｍ／ｈ１００ｋｍ／ｈｌｌＯｋｍ／ｈ１２０ｋｍ／ｈ

图３．３显示了车内噪声声级随车速变化状况，驾驶员右耳侧和后排乘客右耳侧噪声声压级随着车速的增加而逐渐增大，后排乘客右耳侧噪声始终大于驾驶员右耳侧噪声。对于线性声级两者变化趋势基本相同，差距也不大：但是Ａ计权声级前后排噪声级差别比较大，在静止工况最大相差１３ｄＢＡ，其中后排乘客右耳噪声变化比较平缓，驾驶员右耳侧噪声在７０ｋｍ／ｈ一１２０ｋｍ／ｈ区间有波动，在８０ｋｍ／ｈ和ｌＯＯｋｍ／ｈ工况声压级有峰值，说明在这两个运行工况下车室后部板件可能发生共振，从而剧烈辐射噪声。

第３章燃料电池轿车声振特性试验

１００

９０

隳８０

幽

慨

７０

６０

５０

０２０３０４０５０６０７０８０９０１００１１０１２０

车速（ｋｍ／ｈ）

图３．３车内噪声对车速变化曲线

线性声压级远远大于Ａ计权声压级说明车内噪声的主要成分集中在低频区域，因为Ａ计权网络对低频噪声有较大的衰减，随着频率的增加衰减越来越小。从Ａ计权声压级来看，驾驶员耳侧噪声始终小于后排乘客耳侧噪声，可见车内声场分布不均匀，车内后部噪声较大，前部噪声相对较小，说明车辆后部的噪声源对车内噪声影响较大，前部噪声源影响相对较小。

单纯的噪声声压级并不能反映噪声更多的信息，为了了解车内噪声的来源与频率构成，需要对噪声做频谱分析。燃料电池轿车是由驱动电机直接驱动，不存在离合器，车辆的运行速度直接通过调节驱动电机的转速进行控制，因此在静止工况下驱动电机不工作，但是燃料电池辅助系统中的氢泵和风机都开始工作，此工况下车内噪声的频率成分不包括电机的激励。本文首先分析了静止工况下车内噪声的频率成分，图３．４、３．５为静止工况车内噪声的ＦＦＴ对时间云图，噪声的主要频率成分７９、１１８、３１４、５４０、７８０（７４０－８２０）、１０３０Ｈｚ处是清晰的亮直线，说明噪声频率成分比较稳定，不随测试时间的改变而变化，同时也说明噪声来之稳态激励。对其他匀速行驶工况的车内噪声进行同样的频谱分析，发现其ＦＦＴ对时间云图也有类似的特征，只是主要特征频率因车速的不同而变化。

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