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比翱观察丨电动汽车噪声和振动的现代方法
在讨论电动汽车时，通常会想到续航里程、充电基础设施、快速充电、电池成本等。经常被忽视的是电动汽车的噪音和振动特性以及它们如何与消费者期望保持一致。
电动汽车最有趣的方面之一是没有内燃机噪音，这通常会掩盖其他类型的噪音，如风、道路和车辆配件。风和道路噪音可能会持续不断，在整个行驶期间都可以听到它。车辆长时间高速行驶时，道路和风噪声通常会导致驾驶员疲劳，并对乘客体验产生整体负面影响。
密歇根州诺维市Autoneum北美公司的高级NVH项目工程师Andrea Frey说：“如果你是一名高性能汽车爱好者，你可能想听到发动机的声音— —但没有人买车并希望听到道路噪音。”
来自空调系统、动力转向和开关机构等来源的车辆附件噪声也变得更加突出。由于这些噪音通常会被内燃机掩盖，因此驾乘人员通常会将这种声音视为汽车出现机械故障— —通常会导致多次前往经销商或当地机械维修处。
电机在车辆噪音方面提出了一些独特的挑战。电机本身很安静，但它们发出的音质可以是非常高的声音和音调。许多消费者经常报告电动机发出“呜呜”的噪音。
声音解决方案车辆设计师和NVH专家正在寻找各种解决方案— —系统设计、材料隔音包装、主动噪音控制等 — — 来解决这些噪音问题。密歇根州迪尔伯恩福特汽车公司的软件工程师兼动力总成校准控制NVH的软件工程师Sumanth Dadam说，设计工程师一直在通过控制电机产生互补的低阶音调来解决电动机的呜呜声。控制电机产生随机抖动噪声，以提高掩蔽噪声底板。它还结合了低频互补注入和高频抖动，降低了音调目标周围的音调噪声比。
材料工程师还开发了许多旨在抑制来自电动汽车的独特有害噪音的产品。“最大的挑战是学习如何以不同的方式应用声学包，因为我们对不同的噪声源有不同的感知，”Autoneum公司的Frey解释说。此外，还要考虑材料的耐用性、吸水性、轻量化和热要求等因素。
“在欧洲，有更严格的通过噪声法规，对我们来说，这意味着对车身底板的材料级别提出了非常高的声学要求，”Frey补充道。“重要的是要制造出满足这些声学要求的东西，同时还要考虑空气动力学、吸水性和石块撞击因素。一般来说，能很好吸收声音的东西也能很好地吸收水分。”
为了应对这一车身底部挑战，Autoneum开发了其Ultra-Silent材料包，这是一种基于聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 的无玻璃单体材料。据该公司称，该材料具有防水和耐热性能，同时可将车辆噪音降低多达两分贝。Ultra-Silent特别适用于电动汽车，以减轻车身底板重量，同时降低轮胎噪音并吸收配件发出的中高频噪音。
一些电动汽车应用需要既轻便又可作为隔热件的声学包。Autoneum已采用其纺织内饰技术来制造混合声学PET材料，该材料可以模制以封装电动机，以提供吸音和隔热功能。该材料的设计比其他绝缘体轻40%，具有防火性，并且耐温高达180°C。
合理的声学策略密歇根州坎顿VI-grade公司的车辆动力学和NVH模拟器解决方案销售人员Gary Newton表示，解决方案并不总是消除噪音。“多年来，”他说，“我们一直在努力消除车辆噪音，现在我们正试图将“正确”的噪音放回车辆中。最重要的是，公司正在研究如何为其品牌创造最佳的声音体验。人们希望在车内有某种感觉，那么我们如何才能创造这种‘感觉’。”这些是声音增强、声音设计和主动噪声控制的艺术。
车辆设计师和NVH专家一直在密切研究消费者对车辆的期望体验类型，无论是性能相关还是舒适性。“人们想要积极的用户体验，汽车的声音不仅要让他们满意，而且要适合汽车，”Newton说。“消费者还希望乘坐平稳舒适。”
合理的声音设计和策略始于车辆开发过程的早期，可能需要数月的设计、测试和验证。这个过程通常非常昂贵，并且会极大地影响汽车制造商的上市时间。因此，该行业更多地转向使用仿真作为加速设计迭代、测试和验证的工具。模拟器技术在过去20年中取得了显着进步，甚至使开发人员能够对声学体验进行建模。
VI-grade的NVH驾驶模拟器使车辆设计和开发工程师能够通过再现来自电动机、道路和风噪声贡献的声音和振动来体验和了解车辆的NVH特性。这会导致快速而自信的NVH决策。
“今天，在模拟器上，你可以在没有原型的情况下体验电动汽车的NVH和车辆动力学性能目标。有一种真正的力量能够主观地将这些因素联系在一起，从而加快关键决策的制定，而不必承担两者都独立进行的严酷后果，”Newton补充道。
在即将于2021年9月7日至10日在密歇根州大急流城举行的SAE噪声和振动会议暨展览会上，专家们将进一步讨论电动汽车的声音设计和噪声抑制。
文章来源于SAE INTERNATIONAL，作者FRANK BOKULICH。
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