PDF《燃料电池车声振测试及噪声源识别》

收稿日期:2007-12-25;

修回日期:2008-02-25 基金项目:国家

863 计划电动汽车重大专项(2005AA501000)和上海 市曙光计划项目(05SG22)及汉高公司资助.

作者简介:申秀敏(1982-),女,山东聊城人,博士研究生,主要从事 汽车振动与噪声控制方面研究. 通讯作者:申秀敏;

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1 引言现代工业、交通运输和航空事业的迅速发展促 进了人类物质生活水平的提高,与此同时,也带来了 噪声问题. 众所周知,噪声污染和空气污染、水污染 一样,被称为当今的三大污染. 我国的环境噪声主 要来源于交通方面,而车辆产生的噪声占交通噪声 的75%左右. 随着人们对汽车乘坐舒适性要求的提 高、环保意识的加强以及汽车工业的发展,汽车的噪 声控制日益受到人们的重视. 目前,对汽油车、柴油 车的车内噪声问题已经采取了行之有效的控制措 施,而混合动力汽车、电动汽车和燃料电池汽车等新 能源汽车的噪声源识别与控制问题将成为科研人员 面临的新课题. 对于燃料电池车,与传统内燃发动机汽车相比, 燃料电池轿车噪声问题,尤其是车外噪声有了很大 的改善,但驱动电机和燃料电池系统产生的振动噪 声也不容忽视. 目前国内外鲜有燃料电池车的振动 噪声特性的研究报道.2002 年Florida 大学 Matheny 等[1] 针对某型燃料电池车进行了怠速工况噪声试验 研究,识别出主要噪声源,并指出使用质子交换膜燃 料电池(PEMFC)、风机等部件的汽车在很大程度上 会影响车内噪声,但其并没有研究各噪声源的频率 分布、噪声源的传递路径以及改进措施. 本文以新 摘要: 对燃料电池车进行了振动噪声测试,采用分别运行法采集了在空气辅助系统和氢气辅助系统分别独立运行工 况下的振动噪声信号. 并通过对测试数据进行频谱分析等,确定了燃料电池车振动噪声的主要频率特性及主要振动噪 声源为空气辅助系统和氢气辅助系统以及燃料电池冷却水泵等, 同时针对主要振动噪声源提出了一些行之有效的改 进方案,尤其是对风机及氢气辅助系统箱体的改进提出了见解性的改进意见. 通过现代信号分析技术进行振动噪声源 识别, 确定主要的振动和噪声源,并对燃料电池车的减振降噪提出了可行性方案,是实施正确减振降噪措施的前提. 关键词: 燃料电池车;

空气辅助系统;

氢气辅助系统;

振动噪声 中图法分类号: TB535;

U467.4+

93 文献标识码: A 文章编号: 1000-3630(2008)-04-0570-07 Noise and vibration tests for fuel cell vehicel and noise sources identification SHEN Xiu-min, ZUO Shu-guang, CAI Jian-jiang, FENG Qing 燃料电池车声振测试及噪声源识别 (同济大学汽车学院, 上海 201804) 申秀敏, 左曙光, 蔡建江, 冯青(Tongji University, Shanghai 211804, China) Abstract: Noise and vibration tests for fuel cell vehicle are made by respectively acquiring the vibration and noise signals when it is independently working with the air auxiliary system and the hydrogen auxiliary system. Through spectrum analysis it is identified that the air auxiliary system, the hydrogen auxiliary system and the cooling water pump are the main vibration and noise sources of the fuel cell vehicle. Some effective improvement programs, especially for the fan and the cabinet of hydrogen auxiliary system, and some feasible scheme to reduce noise and vibration of the vehicle are proposed. So it is useful to reduce noise and vibration for fuel cell vehicle by determining the noise and vibration sources, which are identified with the modern signal analysis technology. Key words: fuel cell vehicle;

air auxiliary system;

hydrogen auxiliary system;

vibration and noise 第27 卷第

4 期2008 年8月声学技术Technical Acoustics Vol.27, No.4 Aug.,

2008 第4期申秀敏等: 燃料电池车声振测试及噪声源识别 型燃料电池样车为研究对象,通过独立运行法对其 在消声室内的振动噪声试验及分析,得到了其在空 气辅助系统和氢气辅助系统分别独立运行时车内、 外噪声的主要频率成分并分析了其主要振动噪声 源,并提出了相应的减振降噪方案.

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[2] . 由于动力源的改变,燃料电池车的结构布置 形式与传统汽车有很大的不同,新型燃料电池车结 构如图

1 所示,其中驱动电机总成、动力转向泵、空 调压缩机、燃料电池冷却水泵、风机布置在前舱,氢 泵布置在后舱, 其振动噪声源也发生了根本的改 变. 燃料电池车的燃料供给系统中的空气压缩机 (简称为风机),氢气供给泵(简称为氢泵)等为其提 供燃料的装置却会产生振动噪声,另外空气滤清器 在大进气量时,会产生啸叫声. 此外,驱动电机―― ― 变速箱总成、冷却水泵、空调压缩机和动力转向泵 等作为运动件也将对车内噪声产生影响.

3 振动噪声测试方法 采用分别运行法对燃料电池样车进行振动噪声 测试. 燃料电池车空气辅助系统、氢气辅助系统分别 独立运行时,采集车内前排中间位置人耳高度处、车 内后排中间位置人耳高度处、 车前方及车左侧的声 压以及车内后排左侧座椅底板处的振动加速度信 号. 车内、外参考测量点的布置如图

2 所示. 噪声和振动信号同步采集,试验采用的数采设 备为 Head 公司的 SQlabⅢ(34 通道),加速度传感 器为美国 PCB 公司生产的 icp 压电式加速传感器, 麦克风为丹麦 B&

K 公司生产. 燃料电池样车声振 试验工况如下: 3.1 空气辅助系统独立运行 (1) 由于风机转速范围为 1000rpm~3800rpm, 我们设计稳态工况实验方案取

8 个测量点: 从1000rpm~3800rpm 每隔 400rpm 测一次可 以得到:1000rpm,1400rpm,1800rpm,2200rpm,2600 rpm,3000rpm,3400rpm,3800rpm 共8个测量点.主 要采集风机及空滤的近场噪声及振动加速度信号. (2) 测取风机转速从 1000rpm~3800rpm 变化 瞬态工况时的振动噪声特性. 3.2 氢气辅助系统独立运行 因氢气辅助系统主要声振部件工作转速恒定,故 该工况为恒转速工况. 主要采集车内、外参考点及氢 辅系统箱体各个面的近场噪声及振动加速度信号.

4 振动噪声测试及结果分析 影响噪声测试精度的主要因素是背景噪声和其 他干扰噪声[3] ,因该试验着重分析新型燃料电池车 的振动噪声源, 而不考虑路面噪声和高速行驶工况 产生的风噪, 因此试验在同济大学汽车工程中心半 消声室内进行,以保证试验结果的准确性. 在实测的信号中,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[4,5] . 本文采用现代工程信号处理技术中的频谱 分析、传递函数分析等手段,深入地了解燃料电池车 的振动噪声特性及燃料电池辅助系统振动特性. 测 试结果如下: 4.1 空气辅助系统独立运行时 首先通过公式(1)明确风机转速与转频之间的 图1燃料电池车结构示意图 Fig.1 Structure of fuel cell vehicle 氢气辅助系统(氢泵) 空气辅助系统(风机、空滤)

1 2

3 5

4 1.2m

2 1

4 3

5 2m 0.5m 0.5m 声学麦克风 振动加速度传感器 图2车内、车外参考测量点布置示意图 Fig.2 Reference points arrangement in and out of the vehicle

571 声学技术2008年图7车内、外参考点噪声 Fig.7 Noise of reference points in and out of the vehicle 图5驾驶员右耳侧噪声 Fig.5 Noise of the driver right ear 图6后排乘客右耳侧噪声 Fig.6 Noise of the passen-gers right ear 关系. (ω/60)*n=f (1) ω-风机转速,r/min;

n-风机叶片数;

f-风机转 频,Hz 4.1.1 风机稳态工况下的测试........