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控制策略對(duì)混合動(dòng)力車型NVH性能影響的研究

2022-01-01 22:54:12·  來(lái)源：汽車NVH云講堂  
　
摘要：汽油作為不可再生資源，價(jià)格一路飆升，從而突出了汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的重要性。在純電動(dòng)車的充電和續(xù)航里程問(wèn)題解決之前，混合動(dòng)力車型成為了目前首選的節(jié)能方
摘要：汽油作為不可再生資源，價(jià)格一路飆升，從而突出了汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的重要性。在純電動(dòng)車的充電和續(xù)航里程問(wèn)題解決之前，混合動(dòng)力車型成為了目前首選的節(jié)能方案。因?yàn)榛旌蟿?dòng)力汽車的控制策略遠(yuǎn)比傳統(tǒng)汽車復(fù)雜多變，配合相比傳統(tǒng)車增加的電機(jī)、電池及其管理系統(tǒng)、電器附件（如電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)剎車助力）等部件，使得混合動(dòng)力汽車的 NVH 性能相比傳統(tǒng)車有了很大變化。因此，研究控制策略對(duì)混動(dòng)車 NVH 性能的影響就成為極為迫切的課題。本文結(jié)合某混合動(dòng)力車型控制策略對(duì)典型工況 NVH 性能的影響進(jìn)行了研究。
關(guān)鍵詞：NVH，混合動(dòng)力，控制策略
1、引言
混合動(dòng)力汽車是利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力作為驅(qū)動(dòng)源來(lái)驅(qū)動(dòng)的新型節(jié)能環(huán)保汽車，由于混合動(dòng)力汽車采用兩種能源這一特點(diǎn)，使其在質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵零部件上產(chǎn)生了較大的變化。同時(shí)混合動(dòng)力汽車的可控制性要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燃油汽車，通過(guò)整車控制器及各控制單元可控制諸多零部件的運(yùn)行，從而達(dá)到優(yōu)化汽車各方面性能的目的。NVH性能作為顧客對(duì)車輛可感受到的最直接的性能需要得到更多的關(guān)注?；旌蟿?dòng)力汽車由于與傳統(tǒng)燃油車具有較大差異，因此其NVH性能與傳統(tǒng)汽車也不盡相同，需要對(duì)混合動(dòng)力汽車的NVH問(wèn)題進(jìn)行深入分析研究。
2、控制策略對(duì)各模塊NVH性能的影響
本文從優(yōu)化控制策略的角度探討混合動(dòng)力車輛的NVH性能優(yōu)化，重點(diǎn)探討控制策略對(duì)定置工況、電池系統(tǒng)冷卻風(fēng)扇、啟停工況、空調(diào)系統(tǒng)、行人提示音系統(tǒng)等方面的影響。
2.1 定置工況發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)NVH性能的影響
對(duì)于傳統(tǒng)燃油車來(lái)說(shuō)，既要考慮到怠速所需功率又要考慮節(jié)油，因此發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)范圍較小。而混合動(dòng)力車型定置工況較為復(fù)雜，如圖1所示。主要分為發(fā)動(dòng)機(jī)熄火狀態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下，又分為充電與不充電工況，因此發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍就有較大調(diào)整范圍。

定置工況下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)車輛NVH性能有較大影響。因此，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行標(biāo)定，每隔一定轉(zhuǎn)速標(biāo)定一次，然后通過(guò)測(cè)試NVH性能，對(duì)比后綜合考慮其他性能最終確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。如圖2所示，綜合考慮800rpm和1100rpm時(shí)車內(nèi)NVH性能較好，但是在800rpm時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率較小，發(fā)動(dòng)機(jī)難以穩(wěn)定工作，因此最后選定1100rpm作為定置充電轉(zhuǎn)速。

2.2 電池系統(tǒng)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制策略對(duì)車內(nèi)噪聲的影響
混合動(dòng)力汽車電池系統(tǒng)一般放置于后備箱后排座椅后面，大多數(shù)采用風(fēng)冷，即從駕駛艙抽取溫度較低的空氣，對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，然后從后備箱地板下面排走較熱的空氣。由于進(jìn)風(fēng)口位于乘員艙內(nèi)，若風(fēng)扇噪聲如果較大則會(huì)影響駕乘感受，同時(shí)又要考慮到風(fēng)扇的散熱效果，因此需要選擇一個(gè)折中的控制策略。
電池系統(tǒng)風(fēng)扇原控制策略是將風(fēng)扇確定為7個(gè)檔位，僅根據(jù)電池系統(tǒng)溫度選擇檔位，溫度越高則風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越高。當(dāng)電池溫度較高，而車速較低或車輛停止?fàn)顟B(tài)，電池?zé)o大電流輸入或輸出，不會(huì)持續(xù)產(chǎn)生大的熱量的時(shí)候，電池系統(tǒng)冷卻風(fēng)扇仍會(huì)已較高的轉(zhuǎn)速工作。當(dāng)車輛車速較低或車輛停止?fàn)顟B(tài)下，車內(nèi)較為安靜，若此時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速較高，則其產(chǎn)生的噪聲就顯得極為刺耳。
基于上述現(xiàn)象，需要對(duì)電池包冷卻風(fēng)扇的控制策略進(jìn)行優(yōu)化，不僅僅考慮電池系統(tǒng)溫度的影響，還要考慮車速的影響，在設(shè)定電池系統(tǒng)最高工作溫度的情況下，選擇不同車速下可以接受的風(fēng)扇檔位。如表1所示。

2.3 空調(diào)壓縮機(jī)的控制策略
對(duì)于車內(nèi)噪聲的影響新能源車輛的空調(diào)壓縮機(jī)一般由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且為變排量壓縮機(jī)?？照{(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)后，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速快速提升，直至穩(wěn)定在所需轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速根據(jù)不同的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
壓縮機(jī)大多安裝在電機(jī)總成上，通過(guò)壓縮機(jī)支架與電機(jī)總成連接，組成類似于簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)存在極易被激發(fā)的彎曲模態(tài)。如圖3所示。

壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)其階次激勵(lì)掃略范圍較廣，極易激發(fā)起這個(gè)壓縮機(jī)簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的彎曲模態(tài)。如圖4所示。

壓縮機(jī)原控制策略僅僅考慮制冷效果，其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速僅與溫度相關(guān)，并未考慮壓縮機(jī)共振的情況。先經(jīng)過(guò)優(yōu)化后壓縮機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速需避開(kāi)共振頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速。這樣階次激勵(lì)會(huì)以較快的速度越過(guò)共振頻率，將共振所帶來(lái)的危害降至最低。
2.4 行人提示音系統(tǒng)控制策略
對(duì)于車內(nèi)噪聲的影響混合動(dòng)力車輛在低速行駛時(shí)一般工作在EV模式。此時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，車輛行駛過(guò)程中僅有輕微的輪胎噪聲、電機(jī)噪聲輻射，行人根本無(wú)法察覺(jué)近在身邊的車輛，極易發(fā)生危險(xiǎn)。因此需要車輛在低速行駛時(shí)產(chǎn)生特定的聲音來(lái)提醒行人。但是此時(shí)車內(nèi)環(huán)境同樣極為安靜，一旦提示音啟動(dòng)就會(huì)破壞車內(nèi)的靜謐環(huán)境。因此一方面需要對(duì)提示音系統(tǒng)增加彈性隔振墊來(lái)降低傳遞至車內(nèi)的聲音，同時(shí)又不降低車外的聲音，另一方面需要調(diào)整提示音系統(tǒng)的控制策略。目前，市面上的新能源車輛多數(shù)安裝了行人提示音系統(tǒng)，從起步開(kāi)始發(fā)聲，一直到車速大于20km/h為止。關(guān)于提示音系統(tǒng)，國(guó)家正在出臺(tái)這方面的國(guó)標(biāo)統(tǒng)一測(cè)試方法，各個(gè)廠家都有自己的法規(guī)，大多數(shù)提升音測(cè)試方法如圖5所示。

測(cè)試需要在整車半消聲室內(nèi)進(jìn)行，主要測(cè)試勻速10km/h、20km/h時(shí)車外噪聲及車內(nèi)噪聲。車外測(cè)點(diǎn)的噪聲需在其所包含的各個(gè) 1/3 倍頻帶上，其中至少 2 個(gè) 1/3 倍頻帶上不小于表 2 中所規(guī)定的聲壓級(jí)，且同時(shí)滿足表 2 中對(duì)其總聲壓的要求。

樣車原控制策略下測(cè)試數(shù)據(jù)如圖6所示。由圖6可見(jiàn)實(shí)測(cè)噪聲滿足總聲壓級(jí)大于52dB（A）和至少 2 個(gè) 1/3 倍頻帶上不小于表 2 中所規(guī)定的聲壓級(jí)的要求。但是，車內(nèi)仍可明顯感受到提升音的噪聲，需要進(jìn)行優(yōu)化。

對(duì)提示音控制系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行優(yōu)化，改變提示音的頻率成分，使主要發(fā)聲頻率400Hz、630Hz的聲壓級(jí)剛剛超出目標(biāo)線即可，同時(shí)盡量降低其他頻率成分的聲壓級(jí)。優(yōu)化后實(shí)測(cè)噪聲如圖7所示。優(yōu)化后噪聲同時(shí)滿足總聲壓級(jí)和頻率成分的要求，車內(nèi)噪聲也得到大幅降低。

2.5 動(dòng)力總成控制策略對(duì)變速器齒輪rattle問(wèn)題的影響
某混合動(dòng)力樣車在輕踩油門起步階段車內(nèi)會(huì)聽(tīng)到明顯的“咔咔”聲，經(jīng)測(cè)試證明此聲音為變速箱齒輪敲擊產(chǎn)生。研究動(dòng)力總成的控制策略發(fā)現(xiàn)此時(shí)混合動(dòng)力變速箱內(nèi)的兩臺(tái)電機(jī)的輸出扭矩均在0N·m上下波動(dòng)，如圖8所示，因此判斷敲齒聲是由于加速時(shí)處于自由狀態(tài)的齒輪副相互敲擊產(chǎn)生。

要解決敲齒聲，通過(guò)傳統(tǒng)的隔振等措施不能完全解決問(wèn)題，僅僅有輕微效果。優(yōu)化動(dòng)力總成的控制策略可以從根本上解決這個(gè)問(wèn)題。優(yōu)化后的電機(jī)扭矩不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間停留在0N·m，如圖9所示。此時(shí)起步變速箱內(nèi)的齒輪副不在處于自由狀態(tài)，而是緊緊嚙合，敲擊聲也就消失不見(jiàn)，效果圖如圖10所示。


3、全文總結(jié)
混合動(dòng)力汽車不同于傳統(tǒng)的汽車，針對(duì)混合動(dòng)力汽車NVH問(wèn)題，需采用區(qū)別于傳統(tǒng)汽車的方法及途徑來(lái)解決。本文通過(guò)混合動(dòng)力汽車不同部件的NVH問(wèn)題展開(kāi)討論，并介紹相應(yīng)的解決方案，最后使得其NVH問(wèn)題得以優(yōu)化或解決，對(duì)混合動(dòng)力汽車NVH問(wèn)題具有指導(dǎo)意義。
作者：夏仕朝1，劉玉龍11；作者單位：中國(guó)汽車技術(shù)研究中心
來(lái)源：2017汽車NVH控制技術(shù)國(guó)際研討會(huì)論文集
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