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汽车|氢燃料电池车车内噪声和车外警示音


作者 |杨庆敏 ， 山东交通学院
来源 |汽车NVH之家
摘要：氢燃料电池汽车以行驶中零污染排放 ， 驱动系统噪音低而成为汽车企业关注的焦点 ， 但燃料电池车车内噪声及振动也不容忽视 。 本世纪初就有许多对燃料电池车车内噪声源和振动进行的实验分析及其减振降噪的具体研究 。 本文通过文献研究法 ， 梳理了日本“未来” 车内噪声源及振动原因 ， 以资相关人员借鉴 。
前言
氢燃料电池汽车以行驶中零污染排放 ，驱动系统噪音低 ，且氢能来源广数量多而成为近年来汽车企业关注的焦点 。 为了获得竞争优势 ， 各国纷纷出台政策 ， 加速推进氢燃料电池车关键技术的研发 。 与内燃机汽车相比 ，燃料电池属于静态能量转换装置 ，运行过程中噪音和振动都较小 ，低速行驶时车外几乎没有噪声 。 但燃料电池车车内振动和噪声还是不容忽视的 ， 早在本世纪初就有许多专家和学者对燃料电池车车内噪声源和振动进行过实验分析 ， 寻求着解决办法 。
2006年阎礁、左曙光等就对燃料电池轿车车内声振特性进行了实验分析 ，采集了实验用样车车内噪声及运动部件振动加速度的信号 ，找出了实验用样车车内噪声来源于驱动电机总成和燃料电池系统中的氢泵和风机 ， 提出了减震降噪措施（阎礁、左曙光等 ， 2006年）；申秀敏、左曙光等于2008 年对燃料电池车进行了声振测试和噪声源识别（申秀敏、左曙光等 ， 2008 年） ， 确定了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系统 ，提出了对风机及氢气辅助系统箱体的改进方案；康强、左曙光等在《燃料电池轿车空气辅助系统噪声研究的进展》（2012 年） 中指出“空气辅助系统中的风机振动和噪声是燃料电池车噪声的主要源头” ，总结了燃料电池车空气辅助系统噪声研究的方向 。 叶胜望等（2017 年11 月）从氢喷射噪声角度分析了燃料电池汽车噪声源及给出了优化方法 。
日本的2014 年商业化 ，量产化了的氢燃料电池车“未来”车内也有噪声和振动 ， 川边谦一在《燃料電池自動車のメカニズム》（2016 年）中指出在“未来”车内也能感知到噪声和振动 ，分析了噪声源 ，并指出 “未来” 在低速行驶时车外噪声很小 ，小到路人几乎感知不到 。 为安全起见 ， “未来”车身前部安装有车外扩音器以警示路人 。 本文用文献研究法梳理了 “未来” 车内噪声源及振动原因 ， 以资相关人员借鉴 。
1 氢燃料电池车行驶时也有磁励音
“未来”在行驶时 ， 能听到吱吱的声音 。 其音量 ， 会随着行驶速度的加快而增大 ，不光是加速时 ，减速时也能听到 。 这个声音 ， 被称作磁励音 ， 主要是从电机中发出的 ， 用电机做驱动的车中 ， 都有类似的声音 ， 燃料电池车 ， 电动车和混合动力车 ， 都能听到类似的声音 。
磁励音是在动力控制总成中产生的电的杂音 。 电机等因这个杂音而振动 ，并发出吱吱的声音 ，这个杂音来源于动力控制总成内部的能量半导体 ，能量半导体以一秒钟数千次以上的速度 ，反复开关电源 ，致使在流回电机的电流中参杂了噪声 。 磁励音随着行驶速度不同其音量也会发生变化, 其原因在于能量控制总成里电力的转换原理 ，在能量控制总成里 ，有两种电力转换装置 ， 一种是逆变器(inverter） ， 把直流电变成交流电 ， 另一种是整流器(converter) ， 把交流电变成直流电 。 燃料电池或驱动用电池被称作直流电 ，电机被称作交流电 。 为使这两种不同电流能相互自由转换 ， 需要逆变器或整流器 。
产生噪声的功率半导体位于逆变器或整流器中 ， 那么是怎样进行电力转换的？以逆变器为例加以说明 。 逆变器把由二极管供给的直流电转换为交流电 ， 再通过三极管传送给电机 。 六个功率半导体各自独立且周期性地反复高速通断 ，把直流电切割成非常细碎的电流 ， 组成交流电（图1） 。
在此转换中利用了功率半导体能把直流电压自由降压的原理 。 如果使用典型控制方法的脉冲振幅调制（Pulse Amplitude Modulation）的话 ， 电源接通时的矩形波 （脉冲波） 输出频率周期性缩短 ，平均电压就会下降 。 利用这个原理 ， 周期性地改变平均电压 ， 就能形成三相交流电波形 。 但是 ， 形成的只是类似的交流电 ， 电压波形不是规范的正弦波 ，这是产生噪声的主要原因 。


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