秦勤，肖偉民，蔣從雙，張斌

（1.北京市勞動保護科學研究所，北京100054；2.國家環(huán)境保護城市噪聲與振動控制工程技術中心，北京100054；3.環(huán)境噪聲與振動控制北京市重點實驗室，北京100054）

電動汽車和燃油汽車的噪聲特性對比

秦勤1，肖偉民2，蔣從雙3，張斌1

（1.北京市勞動保護科學研究所，北京100054；2.國家環(huán)境保護城市噪聲與振動控制工程技術中心，北京100054；3.環(huán)境噪聲與振動控制北京市重點實驗室，北京100054）

許多城市引入了電動汽車作為出租車和公交車。以電動汽車和燃油汽車為研究對象，通過實測數據，分析比較小型電動汽車、小型汽油車以及電動公交車、柴油公交車在不同行駛速度下的最大A聲級及頻譜特性。為城市交通噪聲污染防治提供數據參考。

電動汽車；噪聲；最大A聲級；頻譜

近年來電動汽車以其新能源，低污染的特點越來越受到關注，北京、杭州、天津等許多城市引入了電動汽車作為城市出租車或公交車。本項研究以小型5座電動車和電動公交車為對象，旨在取得兩類電動汽車的噪聲特性，并與燃油車輛進行對比。為城市交通噪聲污染防治提供數據參考。

1 實驗過程

本項研究參照《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》、《聲學機動車輛定置噪聲測量方法》[1，2]標準要求，分別對4種車輛在勻速、加速不同狀態(tài)下的車輛經過時最大A聲級及頻譜進行測量。測點分布如圖1。測點布置在離地面高1.2 m，距行駛中心線7.5 m處，傳聲器應垂直指向被測車輛，測量儀器B&K 2250環(huán)境噪聲分析儀。測試路面為瀝青混凝土結構。被測量車輛主要基礎數據見表1。

圖1 測量點位示意圖(單位：m)

2 實驗數據

2.1 最大A聲級值

小型車輛勻速、加速行駛經過測點時最大A聲級隨速度變化關系。如圖2所示。

表1 測試車輛的主要基本參數

圖2 小型車最大A聲級

公交車勻速、加速行駛經過測點時最大A聲級隨速度變化關系。如圖3所示。

圖3 公交車最大A聲級

2.2 頻譜特性

小型車勻速、加速行駛經過測點時最大A聲級頻譜隨速度變化關系。如圖4—5所示。

公交車勻速、加速行駛經過測點時最大A聲級頻譜隨速度變化關系。如圖6—7所示。

3 數據對比及原因分析

3.1 數據對比

通過對實測數據進行分析，可以看出：

(1)在30 km/h、60 km/h、70 km/h勻速行駛狀態(tài)下，小型電動車經過測量點的最大A聲級數值比汽油車輛高1～5 dB；在40 km/h、50 km/h勻速行駛狀態(tài)下，小型電動車經過測量點的最大A聲級數值與汽油車輛接近變化不明顯；在加速行駛狀態(tài)下，小型電動車經過測量點的最大A聲級數值比汽油車輛高1～2 dB；

圖4 小型車50 km/h勻速行駛LAmax頻譜圖

圖5 小型車50 km/h加速行駛LAmax頻譜對比圖

圖6 公交車50 km/h勻速行駛LAmax頻譜對比圖

圖7 公交車20 km/h加速行駛LAmax頻譜對比圖

(2)在20 km/h、30 km/h勻速行駛狀態(tài)下，柴油公交車最大A聲級數值比電動公交車高4～5 dB；在40 km/h、50 km/h勻速行駛狀態(tài)下，兩類公交車最大A聲級數值接近變化不明顯；在20 km/h、30 km/h加速行駛狀態(tài)下，柴油公交車最大A聲級數值比電動公交車高7～12 dB；在40 km/h、50 km/h加速行駛狀態(tài)下，柴油公交車最大A聲級數值比電動公交車高2～3 dB；

(3)在勻速、加速行駛狀態(tài)下，小型電動汽車、汽油車噪聲能量主要集中在500～4 000 Hz頻段范圍內；汽油車輛在63 Hz左右存在明顯的峰值。

(4)在勻速、加速行駛狀態(tài)下，電動公交車噪聲能量分布相對比較平均，主要集中在500～4 000 Hz的中高頻段，有2～3個明顯的峰值，例如車輛以50 km/h速度勻速行駛時在500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz處出現明顯峰值；柴油公交車噪聲主要集中在63～800 Hz中低頻段范圍內，低頻段63～80 Hz左右存在一個最大峰值。

3.2 原因分析

汽車噪聲主要來源發(fā)動機噪聲、輪胎噪聲、排氣噪聲等幾方面。汽車在低速行駛時主要噪聲源為發(fā)動機噪聲，高速勻速行駛時主要噪聲源為輪胎噪聲。

電動車和普通燃油車發(fā)動機原理不同，電動車電機噪聲主要有：電磁噪聲、機械噪聲與空氣動力噪聲組成。

電磁噪聲是電動汽車噪聲的主要噪聲源。電磁波使定子鐵心產生振動變形的徑向分量是電磁噪聲的主要來源，使齒根部彎曲產生局部變形的切向分量是電磁噪聲的次要來源。當徑向電磁力波與定子的固有頻率接近時，就會引起共振，使振動與噪聲大大增強。電機在運行時，氣隙磁場是一個旋轉的力波，其產生的電磁力是交變的。氣隙磁場中除了主磁通外，還有很多次的諧波分量。它們的頻率往往與齒、槽數成倍數關系。因此電磁噪聲中有2倍于電源頻率的主磁通引起的噪聲外，主要是諧波磁通產生的頻率較高的噪聲。機械噪聲主要是指電機運轉時產生的軸承噪聲，轉子系統(tǒng)不平衡力產生的振動及噪聲。機械噪聲是任何運動件無法避免的噪聲，在汽車電機中，它與電磁噪聲緊密相關。因為一旦有結構振動，就會影響電磁場；同時由于電磁力的存在也會改變結構件的振動頻率和幅值。機械噪聲一般隨轉速和負載電流的增大而增大,在高速情況下成為電機噪聲的主要部分，包括軸承、電刷和結構共振引起的噪聲?？諝鈩恿υ肼暿怯呻S軸旋轉的冷卻風扇造成空氣流動形成的噪聲[3]。

電動車電機主要噪聲頻段隨著轉速和轉矩改變而不同，在低速低轉矩（800 r/min，200 N·m）時620 Hz、2 500 Hz、4 900 Hz、9 450 Hz、9 900 Hz、15 000 Hz，在低速高轉矩(800 r/min，8 500 N·m)主要頻段為635 Hz、2 450 Hz、5 000 Hz、9 300 Hz～10 500 Hz、10 000 Hz、15 000 Hz，在額定轉速額定轉矩(2 000 r/min，477 N·m)時為1 100 Hz～1 500 Hz、2 600 Hz，在高速低轉矩(4 000 r/min,50 N·m)時為2 250 Hz～3000Hz、4500 Hz，在高速高轉矩(4 000 r/ min，220 N·m)為1 800 Hz～3 000 Hz、7 500 Hz[4]。小型汽車輪胎噪聲主要集中在500～2 000 Hz，與電動車電機主要噪聲頻段重合，這是小型電動車在低速、高速勻速行駛狀態(tài)及加速行駛狀態(tài)最大A聲級值比小型汽油車略高的主要原因之一。

據統(tǒng)計，發(fā)動機噪聲約占重型車通過噪聲的60%左右[5]。本次實驗被測柴油公交車發(fā)動機基頻噪聲在30 km/h勻速行駛狀態(tài)最大A聲級達93 dB (80 Hz)，電動公交車最大A聲級值為66 dB(1250 Hz)；20 km/h加速行駛狀態(tài)下柴油公交車的最大A聲級達104 dB(100 Hz)，電動公交車最大A聲級值為70 dB(2 000 Hz)，柴油公交車主要噪聲頻段集中且峰值高，而電動公交車噪聲分布相對平均，峰值多而低。導致電動公交車在低速勻速行駛狀態(tài)及加速行駛狀態(tài)的最大A聲級比柴油公交車低。

4 實驗結論

電動汽車與普通燃油汽車相比具有無排氣噪聲，無定置噪聲污染的優(yōu)點。本次實驗中小型電動車與汽油車噪聲污染水平相當；電動公交車比柴油公交車噪聲污染水平低4～12 dB。

目前我國很多城市道路交通擁堵情況日益嚴重，道路平均車速低、燃油公交車噪聲級大以及公交車頻繁停站—起步的行駛特性，導致燃油公交車噪聲污染問題非常嚴重。與柴油公交車相比電動公交車具有噪聲級低且具有中高頻特性的優(yōu)點，而且在低速行駛及加速行駛狀態(tài)下電動公交優(yōu)勢更加突出，如若全部使用電動公交車將大大降低公交車噪聲污染水平，有利于改善道路周邊區(qū)域的聲環(huán)境質量。

[1]GB1495-2002，汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法[S].

[2]GB T 14365-1993，聲學機動車輛定置噪聲測量方法[S].

[3]王再宙，等.電動汽車用電機噪聲分析和降噪方法初探[J].微電機，2006，39(7)：62-63.

[4]張春香，等.純電動汽車用電動機系統(tǒng)噪聲頻譜特性實驗研究[J].微電機，2009，42(4)：73-74.

[5]運偉國.重型卡車重要噪聲源分析與降噪方法研究[J].汽車科技，2011，7：52-55.

Comparison of Noise Characteristics of Electric and Fuel Vehicles

QINQin1,XIAO Wei-min2,JIANG Cong-shuang3，ZHANGBin1

(1.Beijing Municipal Institute of Labor Protection,Beijing 100054,China; 2.State Environmental Protection Engineering Center for City Noise&Vibration Control, Beijing 100054,China 3.Beijing Key Laboratory of Environmental Noise and Vibration Control,Beijing 100054,China)

Electric vehicles have been serving as taxis and public buses in many cities.In this paper,the electric and fuel vehicles are studied.Analysis and comparison of the maximum A-weighted sound level and spectrum of the electric and fuel cars and buses at different speeds are provided.This work offers some references for the prevention of urban transport noise.

acoustics;electric vehicles;noise;maximumA-weighted sound level;spectrum

X839

ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1335.2014.02.014

1006-1355(2014)02-0063-03

2013-04-10

北京市科學技術研究萌芽項目“電動汽車噪聲特性研究”和創(chuàng)新工程項目

秦勤（1980-），女，滿族，內蒙古赤峰市，碩士，目前從事環(huán)境噪聲研究。

E-mail:qin-qinchrissy@hotmail.com