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控制策略对混合动力车型NVH性能影响的研究
2022-01-01 22:54:12· 来源：汽车NVH云讲堂
摘要：汽油作为不可再生资源，价格一路飙升，从而突出了汽车燃油经济性的重要性。在纯电动车的充电和续航里程问题解决之前，混合动力车型成为了目前首选的节能方
摘要：汽油作为不可再生资源，价格一路飙升，从而突出了汽车燃油经济性的重要性。在纯电动车的充电和续航里程问题解决之前，混合动力车型成为了目前首选的节能方案。因为混合动力汽车的控制策略远比传统汽车复杂多变，配合相比传统车增加的电机、电池及其管理系统、电器附件（如电动空调、电动刹车助力）等部件，使得混合动力汽车的 NVH 性能相比传统车有了很大变化。因此，研究控制策略对混动车 NVH 性能的影响就成为极为迫切的课题。本文结合某混合动力车型控制策略对典型工况 NVH 性能的影响进行了研究。
关键词：NVH，混合动力，控制策略
1、引言
混合动力汽车是利用发动机和电动机两种动力作为驱动源来驱动的新型节能环保汽车，由于混合动力汽车采用两种能源这一特点，使其在质量、结构和关键零部件上产生了较大的变化。同时混合动力汽车的可控制性要远高于传统燃油汽车，通过整车控制器及各控制单元可控制诸多零部件的运行，从而达到优化汽车各方面性能的目的。NVH性能作为顾客对车辆可感受到的最直接的性能需要得到更多的关注。混合动力汽车由于与传统燃油车具有较大差异，因此其NVH性能与传统汽车也不尽相同，需要对混合动力汽车的NVH问题进行深入分析研究。
2、控制策略对各模块NVH性能的影响
本文从优化控制策略的角度探讨混合动力车辆的NVH性能优化，重点探讨控制策略对定置工况、电池系统冷却风扇、启停工况、空调系统、行人提示音系统等方面的影响。
2.1 定置工况发动机转速对NVH性能的影响
对于传统燃油车来说，既要考虑到怠速所需功率又要考虑节油，因此发动机转速可调节范围较小。而混合动力车型定置工况较为复杂，如图1所示。主要分为发动机熄火状态和发动机工作状态。发动机工作状态下，又分为充电与不充电工况，因此发动机转速范围就有较大调整范围。
定置工况下发动机转速对车辆NVH性能有较大影响。因此，需要对发动机转速进行标定，每隔一定转速标定一次，然后通过测试NVH性能，对比后综合考虑其他性能最终确定发动机转速。如图2所示，综合考虑800rpm和1100rpm时车内NVH性能较好，但是在800rpm时由于发动机输出功率较小，发动机难以稳定工作，因此最后选定1100rpm作为定置充电转速。
2.2 电池系统冷却风扇转速控制策略对车内噪声的影响
混合动力汽车电池系统一般放置于后备箱后排座椅后面，大多数采用风冷，即从驾驶舱抽取温度较低的空气，对电池系统进行冷却，然后从后备箱地板下面排走较热的空气。由于进风口位于乘员舱内，若风扇噪声如果较大则会影响驾乘感受，同时又要考虑到风扇的散热效果，因此需要选择一个折中的控制策略。
电池系统风扇原控制策略是将风扇确定为7个档位，仅根据电池系统温度选择档位，温度越高则风扇转速越高。当电池温度较高，而车速较低或车辆停止状态，电池无大电流输入或输出，不会持续产生大的热量的时候，电池系统冷却风扇仍会已较高的转速工作。当车辆车速较低或车辆停止状态下，车内较为安静，若此时风扇转速较高，则其产生的噪声就显得极为刺耳。
基于上述现象，需要对电池包冷却风扇的控制策略进行优化，不仅仅考虑电池系统温度的影响，还要考虑车速的影响，在设定电池系统最高工作温度的情况下，选择不同车速下可以接受的风扇档位。如表1所示。
2.3 空调压缩机的控制策略
对于车内噪声的影响新能源车辆的空调压缩机一般由电机驱动，且为变排量压缩机。空调系统启动后，压缩机运转，其转速快速提升，直至稳定在所需转速，稳定转速根据不同的温度进行调节。
压缩机大多安装在电机总成上，通过压缩机支架与电机总成连接，组成类似于简支梁结构，这个结构存在极易被激发的弯曲模态。如图3所示。
压缩机运行时其阶次激励扫略范围较广，极易激发起这个压缩机简支梁结构的弯曲模态。如图4所示。
压缩机原控制策略仅仅考虑制冷效果，其稳定转速仅与温度相关，并未考虑压缩机共振的情况。先经过优化后压缩机稳定转速需避开共振频率所对应的转速。这样阶次激励会以较快的速度越过共振频率，将共振所带来的危害降至最低。
2.4 行人提示音系统控制策略
对于车内噪声的影响混合动力车辆在低速行驶时一般工作在EV模式。此时由于发动机熄火，车辆行驶过程中仅有轻微的轮胎噪声、电机噪声辐射，行人根本无法察觉近在身边的车辆，极易发生危险。因此需要车辆在低速行驶时产生特定的声音来提醒行人。但是此时车内环境同样极为安静，一旦提示音启动就会破坏车内的静谧环境。因此一方面需要对提示音系统增加弹性隔振垫来降低传递至车内的声音，同时又不降低车外的声音，另一方面需要调整提示音系统的控制策略。目前，市面上的新能源车辆多数安装了行人提示音系统，从起步开始发声，一直到车速大于20km/h为止。关于提示音系统，国家正在出台这方面的国标统一测试方法，各个厂家都有自己的法规，大多数提升音测试方法如图5所示。
测试需要在整车半消声室内进行，主要测试匀速10km/h、20km/h时车外噪声及车内噪声。车外测点的噪声需在其所包含的各个 1/3 倍频带上，其中至少 2 个 1/3 倍频带上不小于表 2 中所规定的声压级，且同时满足表 2 中对其总声压的要求。
样车原控制策略下测试数据如图6所示。由图6可见实测噪声满足总声压级大于52dB（A）和至少 2 个 1/3 倍频带上不小于表 2 中所规定的声压级的要求。但是，车内仍可明显感受到提升音的噪声，需要进行优化。
对提示音控制系统的控制策略进行优化，改变提示音的频率成分，使主要发声频率400Hz、630Hz的声压级刚刚超出目标线即可，同时尽量降低其他频率成分的声压级。优化后实测噪声如图7所示。优化后噪声同时满足总声压级和频率成分的要求，车内噪声也得到大幅降低。
2.5 动力总成控制策略对变速器齿轮rattle问题的影响
某混合动力样车在轻踩油门起步阶段车内会听到明显的“咔咔”声，经测试证明此声音为变速箱齿轮敲击产生。研究动力总成的控制策略发现此时混合动力变速箱内的两台电机的输出扭矩均在0N·m上下波动，如图8所示，因此判断敲齿声是由于加速时处于自由状态的齿轮副相互敲击产生。
要解决敲齿声，通过传统的隔振等措施不能完全解决问题，仅仅有轻微效果。优化动力总成的控制策略可以从根本上解决这个问题。优化后的电机扭矩不会长时间停留在0N·m，如图9所示。此时起步变速箱内的齿轮副不在处于自由状态，而是紧紧啮合，敲击声也就消失不见，效果图如图10所示。
3、全文总结
混合动力汽车不同于传统的汽车，针对混合动力汽车NVH问题，需采用区别于传统汽车的方法及途径来解决。本文通过混合动力汽车不同部件的NVH问题展开讨论，并介绍相应的解决方案，最后使得其NVH问题得以优化或解决，对混合动力汽车NVH问题具有指导意义。
作者：夏仕朝1，刘玉龙11；作者单位：中国汽车技术研究中心
来源：2017汽车NVH控制技术国际研讨会论文集
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