当前关注：高性能电驱动系统NVH实验室工艺设计

高性能电驱动系统NVH实验室主要由高性能电驱动系统测试台架和半消声室两大部分组成，其主要用

于由电机及电机控制器组成的电驱动系统在各种运行工况下的NVH性能测试，同时也兼顾动态响应试验、控制策略

标定试验、输入/输出特性试验等研发试验需求。高性能电驱动系统NVH实验室主要性能指标包括台架的背景噪声、

【资料图】

半消声室的背景噪声、截止频率、自由场半径、自由场偏差以及高性能电驱动系统测试台架的峰值转速、额定扭矩、转

速响应特性等，其参数的优劣直接影响着电驱动系统NVH测试的精度。现围绕高性能电驱动系统NVH实验室工艺参数

设计进行讨论。

关键词：高性能电驱动系统；测试台架；半消声室；工艺设计

作者：冯旭翀 刘 渊 邓剑波

广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州

电驱动系统的NVH（Noise、Vibration、Harshness）测

试主要指的是电驱动系统的噪声、振动和结构强度的

测试，目前国内电驱动系统的NVH测试方法主要参考

QC/T 1132—2020[1]和GB/T 18488.2—2015[2]进行。而

电驱动系统NVH测试的结果与以下因素有关系：

（

1）被测电机本体参数，包括电机的极对数、齿槽

数、电机壳体与电机转轴的固有共振频率等；

（

2）电机控制器的开关频率；

（

3）电驱动系统测试台架及半消声室产生的背景

噪声等；

（

4）麦克风、声学电缆等测量仪器的测试精度等。

因此，一个性能优异的电驱动系统NVH实验室可

以为电驱动系统NVH测试提供一个良好的测试环境，

协助研发工程师迅速定位NVH问题产生的根本原

因。本文将重点讨论如何进行电驱动NVH实验室的工

艺设计。

01电驱动系统NVH测试流程介绍

电驱动系统NVH测试流程如下：

（

1）首先需准备好电机及电机控制器（以下简称电

驱动系统）NVH测试所需要的测量仪器及设备，包括且

不限于高性能电驱动系统台架、半消声室、数据采集

仪、麦克风、加速度传感器、绝缘低噪声电缆、CAN信号

采集电缆、风球、噪声和振动校准器等；

（

2）准备NVH测试用的电驱动系统测试台架和半

消声室，保证台架及半消声室所产生的背景噪声至少

比电驱动系统所产生的噪声低10 dB[3]；

（

3）保证高性能电驱动系统测试台架以及麦克风

等声学测量设备正常运行，并符合GB/T 6882—2016[4]

中11.5的1级精度要求；

（

4）保证电驱动系统在电动和发电状态下的峰值

扭矩、峰值功率、持续扭矩、持续功率满足设计要求；

（

5）参考QC/T 1132—2020附录B，在电驱动系统周

边的指定位置进行麦克风和振动传感器测量点的

布置；

（

6）让电驱动系统运行在试验大纲要求的试验工

况下，并用数据采集软件记录噪声及振动测试数据；

（

7）对电驱动系统噪声及振动数据进行阶次分析，

试验结束。

02电驱动系统NVH实验室建设方案对比

根据调研分析，本文对现有的三种主流电驱动

NVH实验室建设方案进行了性能对比。

如图1所示，方案A的结构形式是电驱动系统的安

装端面为反射面，其余墙面均为安装了吸声材料的自

由声场。该结构的特点是：

（

1）其声学材料主要采用非对称吸声结构或宽频

复合共振板吸声结构；

（

2）由于电驱动系统的安装端面为反射面，没有安

装吸声材料，故电驱动系统测试台架传动轴系可采用

短轴形式，传动轴系整体长度不超过1.0 m，台架的

峰值转速可达到20 000 r/min，可满足高性能电驱动系

统的NVH测试和动态响应测试需求；

（

3）半消声室的建设尺寸最小，建设成本最低。

如图2所示，方案B的结构形式是半消声室的反射

面为半消声室的地面，其余墙面均为安装了吸声材料

的自由声场。该结构的特点是：

（

1）其声学材料既可以采用尖劈吸声结构，也可以

采用宽频复合共振板吸声结构；

（

2）由于电驱动系统的测量中心为半消声室的中

心位置，因此电驱动系统测试台架需采用碳纤维长轴

形式，台架的整体传动轴系需达到2.0 m以上，传动轴系

的一阶模态共振转速为16 000 r/min，故台架的峰值转

速不能超过16 000 r/min，不能满足高性能电驱动系统

的测试需求；

（

3）半消声室的建设尺寸最大，建设成本最高。

如图3所示，方案C的结构形式是半消声室的反射

面为实验室的地面，电驱动系统的安装端面为无声学

材料的楔形结构，其余墙面均为安装了吸声材料的自

由声场。该结构的特点是：

（

1）由于受声学结构限制，声学材料只能采用宽频

复合共振板吸声结构；

（

2）电驱动系统的声学测量中心为半消声室的中

心位置，但由于电驱动系统的安装端面不能安装声学

材料，需对该部分的背景噪声和环境噪声进行参数修

正，对声学测量精度有一定影响；

（

3）台架的整体轴系不超过1.0 m，台架的峰值转

速可达到20 000 r/min，既可满足高速电驱动系统的

NVH测试需求，也可满足电驱动系统的动态响应测试

需求；

（

4）半消声室的建设尺寸中等，建设成本中等。

综合考虑声学性能指标、台架性能指标、实验室的

建设成本等因素，最终选择方案A作为本次高性能电驱

动系统NVH实验室的建设方案。

03电驱动系统NVH实验室工艺参数确定

本文中的半消声室参数需满足GB/T 3767—2016[5]

中使用半球法测量电驱动系统声功率的测试需求。考

虑新能源电驱动系统的噪声频率多为500～7 000 Hz的

高频率单调音，同时参考QC/T 1132—2020中第4.1.2条

建议的测试频率范围为中心频率100～20 000 Hz（

1/3倍

频带），考虑一定的测量余量，本文中的半消声室噪声

测量截止频率选择为63 Hz。

背景噪声确定，半消声室在所有设备停止工作时的

背景噪声为20 dB（

A），仅开启空调时背景噪声为25 dB（

A）。

参考QC/T 1132—2020中第4.2条表2内容，测试方法为

1级精度的半球法，

ΔL≥10 dB。通过选取合适的电驱动

系统总噪声平均值，可以计算出电驱动系统测试台架

在各位置各转速下的背景噪声限值要求。电驱动系统

测试台架噪声限值测试麦克风布置如图4所示，具体噪

声限值如图5所示。

半消声室自由场半径确定，参考GB/T 6882—2016[5]

中8.2的相关要求，测量半径r≥λ/4和0.75 m中的较大

者，其中λ为声波波长，由于半消声室的最低测量频率

为63 Hz，由公式λ=c/（f

c为声波在空气中的传播速度，

f 为声波频率）可得其声波波长λ=c/f=（340 m/s）/

63 Hz≈5.4 m，测量半径r≥λ/4=5.4 m/4=1.35 m，考虑

一定的测量余量，取半消声室的自由场半径r=1.5 m。

半消声室自由声场测得的声压级与平方反比定律

理论值的最大允许偏差确定，参考GB/T 6882—2016以

及欧洲主流主机厂的半消声精度测量标准，确定其自

由场偏差如下：在中心频率≤630 Hz时，自由声场的允

许偏差≤±1.5 dB；在中心频率＞800 Hz时，自由声场

的允许偏差≤±1.0 dB。

半消声室隔振参数确定，半消声室周边的其他设

备振动源会对声学测试精度造成一定影响，如测功机

间运行中的电驱动系统测试台架等设备。为了隔断其他

设备通过地面传来的振动，半消声室需置于隔振系统之

上，隔振系统的固有频率需≤10 Hz，隔振效率≥95%，

减振结构产生弹性形变的载荷范围应该比较宽，最大

可用载荷应是最小可用载荷的5倍。

半消声室的内部尺寸确定，参考GB/T 3767—2016

的相关标准要求，有以下4条原则：

（

1）最低的1/3倍频程中心频率为63 Hz的半消声

室，其半消声室的最小体积应≥200×声源体积[6]，本

文中测试的电驱动系统体积≤0.22 m3；

（

2）为了减少频率并对半消声室声场均匀性的

影响，半消声室内房的长宽高尺寸比例应不规则；

（

3）半消声室的最长限度Imax≤1.9 V1/3；

（

4）考虑半消声室存在回声调制问题，需借助计算

机辅助设计软件，对半消声室内的声学模态进行抑制。

综合考虑以上4点原则，可以计算出本文中半消声

室的内房最优尺寸为长×宽×高=4.9 m×7.5 m×7.1 m。

高性能电驱动系统测试台架组成及关键参数确

定，台架主要由永磁同步测功机、变频柜、扭矩传感器、

测功机隔音降噪装置、高速传动轴系、电池模拟器、电

驱冷却液温控系统以及台架上位机控制软件组成。考

虑未来电驱动系统往高转速、高电压平台、高功率密

度、高度集成化、高动态响应方向发展，最终确定本文

中的台架的峰值稳定转速为20 000 r/min，额定扭矩为

500 N·m，台架的转速控制精度为±1 r/min，台架的转

速响应能力为8000 r/s。

04结语

本文通过对比不同结构形式的电驱动系统NVH实

验室的声学性能指标、台架性能指标、实验室的建设成

本等维度，最终选择方案A作为本文中高性能电驱动系

统NVH实验室的建设方案。然后对电驱动系统NVH实

验室的主要工艺参数指标进行了计算，最终确定了半

消声室及高性能电驱动系统测试台架的主要参数指

标，为高性能电驱动系统NVH实验室的建设以及电驱

动系统NVH系统测试夯实了基础。

【参考文献

】

[1] 电动汽车用电动动力系噪声测量方法：QC/T 1132—2020[S].

[2] 电动汽车用驱动电机系统 第2部分：试验方法：GB/T18488.2—2015[S].

[3] 高宇，张宇，王晓鸣，等.汽车半消声室的设计与建设[J].北京汽车，2017（4）：35-38.

[4] 声学 声压法测定噪声源声功率级和声能量级 消声室和半消声室精密法：GB/T 6882—2016[S].

[5] 声学 声压法测定噪声源声功率级和声能量级 发射面上方近似自由场的工程法：GB/T 3767—2016[S].

[6] 查雪琴，FUCHS H V.消声室声学技术的革新[J].声学学报，2003，28（4）：299-308.

标签： 系统测试 背景噪声 吸声结构