本文中對市場上一些不同品牌的純電動車的車內階次進行了評價和分析，目的是分析主要階次噪聲的特徵、最大聲壓級、頻率和TNR與主觀感受的關係，為電驅動總成噪聲的目標設定提供參考。
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嘯叫聲的評價指標TNR
TNR是用於分析單調噪聲的一個心理聲學指標。它的定義為單調音的能量與單調音所處的臨界頻帶的其它噪聲能量的比值，其中後者是將臨界頻帶的能量減去單調噪聲的能量得到。在資訊科技和通訊裝置行業的機電產品噪聲評價時，由於主要是單調噪聲，常採用TNR指標，其定義為
式中為單調音的能量為單調音所處臨界頻帶的其它噪聲能量；P2total為臨界頻帶的噪聲能量；Δftotal為臨界頻帶的頻寬；Δftone為單調音的頻寬。
根據ECMA—74標準［5］：如果兩個音調很接近，那麼將其中較弱者的能量加到較強者之上；如果兩個音調有顯著的距離，則將它們視為獨立的音調。這個標準也提供了評價一個單調噪聲是否顯著的判斷標準：對於頻率高於1 000 Hz，TNR限值為8 dB；對於頻率低於1 000 Hz，TNR限值為8 dB＋8。33·log10（1000／ftone）dB；超過上述限值的單調音為顯著的，如圖1所示。
圖1 TNR的評價限值標準
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測試說明
選取了7臺近年來較暢銷的純電動車型，如表1所示。這7臺車分別來自中國、日本、美國和德國，可認為這些電動車具有典型的全球代表性。表中列出了其電驅動總成的主要效能引數，包括電機和減速器的主要階次。從表中可以看出，除Tesla採用感應電機外，其它車型都採用內建式永磁同步電機。其電機主要階次分別為48，60和72階，等於電機的定子槽數。減速器輸入齒輪階次處於19～31階之間，減速器輸出齒輪階次處於7～10階之間。
由於全負荷工況（WOT）時動力總成噪聲最大，故均測試WOT工況下車內駕駛員耳旁噪聲（由於Tesla加速太快，以部分負荷工況進行測試，使0～100 km加速時間控制在8 s左右）。試驗在光滑平直瀝青路面上進行，從靜止全負荷加速到120 km／h，跟蹤電機轉速並記錄噪聲資料。試驗採用LMS資料採集系統，資料後處理採用5 Hz頻率解析度。在實車評價時，專業評價人員採用整車主觀評價的10分制進行評價。另外，採用聲音回放與濾波，對主要階次噪聲進行主觀評分。
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測試結果分析
3。1 聲壓級與TNR雲圖分析
圖2～圖4示出其中3臺車的車內聲壓級和TNR雲圖。
表1 測試的純電動汽車引數描述
圖2 BMW I3 WOT工況下的車內駕駛員耳旁聲壓級（左圖）和TNR（右圖）
圖3 Nissan LEAF WOT工況下的車內駕駛員耳旁聲壓級（左圖）和TNR（右圖）
從聲壓級雲圖可以看出，電動車車內主要表現為電驅動總成的高頻階次噪聲。胎噪、路噪、風噪等噪聲隨車速增大其幅值和頻率寬度也增大。車速達到100～120 km／h時，這些寬頻主要頻率最高約達4 000～5 000 Hz。
圖4 Chevrolet BOLT WOT工況下的車內駕駛員耳旁聲壓級（左圖）和TNR（右圖）
從TNR雲圖可以看出，由於每臺車電驅噪聲與背景噪聲的不同，導致TNR的表現不同。I3的電機階次72階TNR非常顯著，而LEAF和BOLT的電機階次不顯著。這與主觀感受一致。但I3的電機階次聲壓級卻是三者中最小的，如圖5所示。因此，不能單從聲壓級的大小來衡量人對高頻嘯叫聲的主觀感受，並用一個固定的聲壓級數值來設定指標。比較圖2～圖4，I3噪聲的72階所處的背景噪聲最小，但TNR卻最大。
圖5 3款車的車內電機階次對比
3。2 TNR與主觀評分對比
考慮整個加速工況中聲音最顯著的時刻，將所有車型各階次最大的TNR列出，如圖6所示。由於TNR越大，表示單調噪聲越顯著；而主觀評價分值越小，表示噪聲越顯著。因此，將10-主觀評價分與TNR進行對比。從圖中可以看出，各個階次的TNR的趨勢與主觀評分的趨勢基本一致。因此，可使用TNR指標來評價電動車高頻嘯叫噪聲。
3。3 最大的TNR和聲壓級及頻率分佈
TNR的限值與頻率相關。為確定電動車嘯叫噪聲TNR指標的一般要求，將所有車型最大的TNR與對應的頻率和最大的聲壓級與對應的頻率列出，如圖7～圖9所示。
圖6 各車型主要階次TNR與主觀評分對比
從圖7左圖看出：電機階次TNR最大值頻率位於2-8 kHz之間，幅值大小為0～5 dB。其中BOLT和DENZA幅值最小，為0；其次是Geely，LEAF和Model X，分別為2和3 dB；最大的是QIN和I3，幅值為5 dB。從圖7右圖看出，聲壓級所反映的規律與TNR完全不同：LEAF和Model X的聲壓級是最大的，超過30 dB（A）。因此，目標設定時不能簡單地要求電機階次噪聲小於30 dB（A）。應該首先設定TNR的目標，再計算背景噪聲下對應的聲壓級。
從圖8左圖看出：減速器輸入齒輪階次TNR最大值頻率位於0。700-1。8 kHz之間，幅值大小為0～7 dB；其中BOLT和LEAF最小，分別為0和1 dB；其次是Model X，Geely和DENZA，分別為2和3 dB；最大的是I3和QIN，分別為5和7 dB。
從圖9左圖看出：減速器輸出齒輪階次TNR最大值頻率位於500-700 Hz之間，幅值大小為0～9 dB；其中LEAF和Geely最小，分別為0和2 dB；其次是Model X，I3和DENZA，分別為4，6和7 dB；最大的是QIN和BOLT，分別為8和9 dB。
圖7 各車型電機階次最大的TNR（左圖）和聲壓級（右圖）對比
圖8 各車型減速器輸入齒輪階次最大的TNR（左圖）和聲壓級（右圖）對比
圖9 各車型減速器輸出齒輪階次最大的TNR（左圖）和聲壓級（右圖）對比
圖8和圖9右圖聲壓級規律與左圖的TNR完全不同。可以看出：減速器齒輪噪聲聲壓級幅值較分散：輸入齒輪階次在42～49 dB（A）之間均有分佈；輸出齒輪階次則分佈在50～60 dB（A）之間。在設定齒輪階次目標時也不能簡單要求齒輪階次噪聲小於某一數值。
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電動車電驅動嘯叫聲目標設定方法
根據上述分析，可歸納出電動車車內嘯叫聲的一般評價標準，如圖10所示。電驅動總成的主要階次可按照它們所處的頻率範圍設定相應的TNR目標。如要達到完全無嘯叫，則要求TNR≤1 dB（f＞1 kHz）和TNR≤2 dB（f＜1 kHz）。
圖10 電動車嘯叫噪聲TNR一般評價標準
確定各嘯叫階次的TNR目標後，再參考原型車或樣車估計車輛的路噪、胎噪和風噪頻譜，即可確定各嘯叫階次的聲壓級目標。最後可根據空氣聲傳播函式和結構聲傳播函式確定電驅動總成的單體NVH目標。其設計思路如圖11所示。
圖11 電驅動總成NVH目標設定方法
根據以上的分析，建議減速器輸入和輸出軸主動齒輪齒數儘可能選小一些，以便齒輪嘯叫聲頻率靠近路噪、胎噪和風噪頻率，從而能被有效遮蔽。
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結論
本文中選取了7款市場上流行的純電動汽車，針對車內電驅動嘯叫進行了測試評價和分析。對全負荷工況下的車內聲壓級、TNR和主觀評分進行了對比，結果表明TNR與主觀感受是一致的，而聲壓級的大小並不能直接用來評價嘯叫的顯著度。根據電驅動總成3個主要階次的TNR分佈，得出對應於電動汽車嘯叫顯著度的TNR數值範圍。最後總結了電驅動總成的NVH目標設定方法和建議。
