复合材料对电动汽车振动噪声的优化研究.pdf
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1、实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 28 期复合材料对电动汽车振动噪声的优化研究李沁逸1,2,张希1,王鹏宇1,陈益庆1,2,李有通1,2(1.广安职业技术学院 智能制造与汽车工程学院,四川 广安 638000;2.广安职业技术学院 装备制造应用技术协同创新中心,四川 广安 638000)随着汽车工业的发展,人们对汽车的要求早已不仅仅是实现基本的运输功能,而越来越追求更舒适的驾乘体验1-3。为了实现更好的驾乘体验,汽车振动噪声的控制就显得尤为重要4-5。新能源汽车以电驱动系统取代了内燃机汽车的变速箱与发动机,两者有着完全
2、不同的振动噪声特性6-8。近年来,针对新能源汽车的振动噪声问题,海内外学者做了很多研究。马敬等9对某纯电动汽车驱动系统 24 阶振动噪声进行了分析与优化,提出了扭矩优化的详细方案,有效地降低了低速工况下电机系统的 24 阶振动噪声。赵敏等10对某新能源汽车电驱总成噪声进行优化,采用基于试验与 CAE 分析相结合的方法,通过采用对激励源优化、控制策略调试、传递路径优化和加声学包隔阻等措施,显著地降低了电驱总成在各工况的噪声。然而,目前大多数研究人员将重心放在了新能源汽车振动噪声问题的原因和产生机制等方面11。在研究振动噪声问题时很少考虑传递路径,这是一个存在的问题,应该引起研究者们的关注和重视。
3、目前研究者的一些研究成果表明,复合材料在抑制振动噪声等方面具有比较出色的性能。在军工、家居等行业目前已经有应用与研究。高龙等12对阻尼复合材料板的减振降噪机理做了系统阐述,并将其应用于电机总成的减振降噪,台架测试数据表明使用阻尼复合材料具有不错的减振降噪效果。李涛等13从减振降噪机理的角度对减振板材做了深入分析,并将其应用于大型船舶的噪声控制,取得了十分显著的降噪效果。目前,对于电动汽车电驱总成的减振降噪研究在工程上还很少见复合材料的批量应用案例。本文首先对电动汽车振动噪声的产生机理及传递路径进行分析,然后对某复合材料的减振降噪机理进行深入研究,并将其应用于电驱总成控制器上盖板。1振动噪声产生
4、机理电动汽车电驱总成是车内振动噪声的主要来源,其主要由减速器、电机控制器、电机等组成。电驱总成的振动噪声主要由 3 部分组成,由电机控制器开关器件非线性特性导致的电磁开关噪声,减速器齿轮啮合基金项目:广安职业技术学院校级科研项目(GAZYKY-2022A02);广安市科技创新指导性计划项目(2022zdxjh09)第一作者简介:李沁逸(1990-),男,博士研究生,讲师。研究方向为新能源汽车技术。摘要:为优化某电动汽车的振动噪声性能,该文着重分析用阻尼复合材料代替电驱总成原有的 ADC12 材料控制器盖板的可行性和有效性。试验研究表明,更换阻尼复合材料盖板后,该电动汽车车内 22 阶噪声在部分
5、频率段降低 3 dB(A)左右,48 阶噪声在部分频率段降低 10 dB(A)左右。因此,选用新型复合材料来降低新能源汽车的振动噪声是一种有效措施。关键词:复合材料;电动汽车;振动噪声;优化;控制器盖板中图分类号院U469.72文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤28-00苑员-0源Abstract:In order to optimize the vibration and noise performance of an electric vehicle,this paper focuses on the feasibilityand effectiveness of re
6、placing the original ADC12 material controller cover plate of the electric drive assembly.The experimentalstudy shows that after the replacement of the damping composite cover plate,the noise of order 22 is reduced by about 3 dB(A)in the partial frequency segment,and the noise of order 48 decreases
7、by about 10 dB(A)in the partial frequency segments.Therefore,it is an effective measure to choose new composite materials to reduce the vibration and noise of new energy vehicles.Keywords:composite materials;electric vehicle;vibration and noise;optimization;controller cover plateDOI:10.19981/j.CN23-
8、1581/G3.2023.28.01871-2023 年 28 期实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application产生的机械噪声,电机电磁激励导致的电磁振动噪声。电驱总成振动噪声主要有 2 条传递路径,一是通过电驱系统金属外壳向外辐射振动能量,最终声音经空气传递给车内乘员;另一条是经与电驱系统连接的金属支架,再通过整车悬置及车身附件传递到车内。对于电机控制器而言,其用金属制造的上盖板与整个电驱系统的部件相比是最为薄弱的位置,因此其固有模态频率较低,是电驱系统主要向外面辐射振动能量的部件。行业内常采用价格低廉的 ADC12 材料来铸造电机控制器上盖
9、板。但是 ADC12 材料对振动能量的传递衰减较小,减振降噪效果并不理想。随着新能源汽车产业和行业对电动汽车电驱系统振动噪声和功率密度等指标的不断提高,现在使用的 ADC12 铝合金材料已经不能够满足新能源汽车的电驱动系统减振降噪新要求。2复合材料电驱总成应用约束阻尼复合材料控制器上盖板的电驱总成如图 1 所示。新盖板与原 ADC12材料盖板厚度都为 3mm。图 1复合材料盖板电驱总成阻尼复合结构板材通常分为约束性阻尼结构和自由阻尼结构,其通过金属材料与阻尼材料组合形成新的复合结构在一定程度上来提高最终材料的整体阻尼效果。自由阻尼结构是指直接在振动结构材料上涂覆一层具有较大损耗模量的阻尼材料,
10、以实现降低振动噪声的目的。在自由阻尼结构材料表面加上一层具有较高模量的金属板材,就形成了约束阻尼结构。图 2 为阻尼复合结构板材示意图。当用阻尼复合结构材料制造的电驱动系统的上盖板产生弯曲振动时,所产生的振动能量可以迅速传递到牢固地涂覆在板上表面的阻尼材料上,从而造成阻尼材料与基体材料两者之间的相互摩擦和错动,因此就会不断地拉伸和压缩填充在其之间的阻尼材料。振动时阻尼材料会产生比较大的内部损耗,基体板材在振动过程中产生的能量基本上就转化为热能释放在空气中,这样有效降低了基体板材的振动。另外,当约束阻尼结构在产生振动时,阻尼层和约束层都会被拉伸,使其变得更长。但是约束层被拉伸的长度与阻尼层相比较
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