某混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成噪聲的試驗(yàn)評(píng)價(jià)

鮮敏，相龍洋

某混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成噪聲的試驗(yàn)評(píng)價(jià)

鮮敏，相龍洋

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804）

介紹了某混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作模式，針對(duì)不同工作模式下動(dòng)力總成噪聲的不同表現(xiàn)，通過(guò)測(cè)試動(dòng)力總成噪聲、發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩和動(dòng)力電池電量等參數(shù)，并運(yùn)用客觀試驗(yàn)和聲功率級(jí)的方法對(duì)動(dòng)力總成噪聲進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：某混合動(dòng)力汽車怠速+充電模式的動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)較純怠速模式高0.5dB(A)，差異主要集中在80-400Hz；發(fā)動(dòng)機(jī)巡航+充電模式的噪聲聲功率級(jí)較純驅(qū)動(dòng)電機(jī)巡航模式高2dB(A)，整個(gè)頻段的噪聲差異明顯。

混合動(dòng)力；動(dòng)力總成噪聲；怠速充電；巡航充電

前言

2018年中國(guó)汽車產(chǎn)銷完成2780.9萬(wàn)輛和2808.1萬(wàn)輛，連續(xù)十年蟬聯(lián)全球第一，產(chǎn)銷量比上年同期分別下降4.2%和2.8%。而新能源汽車增長(zhǎng)明顯，較上年同期分別增長(zhǎng)59.9%和61.7%，其中插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷比上年同期分別增長(zhǎng)122%和118%[1]。

目前世界各國(guó)制定了更加苛刻的油耗目標(biāo)以及禁售傳統(tǒng)燃油車的時(shí)間表，傳統(tǒng)燃油車將逐步退出歷史舞臺(tái)，比如德國(guó)和法國(guó)將于2030年和2040年將停售傳統(tǒng)燃油車，新能源汽車（含純電動(dòng)，增程式和插電式油電混合汽車等）將成立主力軍。而作為全球最暢銷的混動(dòng)汽車之一的某混合動(dòng)力汽車，其獨(dú)有的混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)專利技術(shù)一直被各大汽車品牌追逐[2][6]。

HEV混動(dòng)系統(tǒng)不僅對(duì)降低油耗有巨大貢獻(xiàn)，而且對(duì)整車的NVH性能有重要影響。本文將通過(guò)試驗(yàn)方法分析和評(píng)價(jià)某混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力總成（發(fā)動(dòng)機(jī)和減速器）在不同模式的穩(wěn)態(tài)工況下的噪聲，為研究新能源汽車混動(dòng)系統(tǒng)的NVH性能提供工程依據(jù)[3-4]。

1 某混合動(dòng)力汽車混動(dòng)結(jié)構(gòu)概述

某混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由動(dòng)力電池、發(fā)動(dòng)機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)等構(gòu)成。發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)根據(jù)動(dòng)力電池電量(SOC)狀態(tài)、加速需求和能量回收需求等，實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比實(shí)現(xiàn)充電、加速、換擋和制動(dòng)能量回收等功能。

圖1 某混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

當(dāng)動(dòng)力電池電量（SOC）足夠高時(shí)，當(dāng)需要急加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)的連接狀態(tài)如圖2所示[5]。

圖2 急加速工況下的動(dòng)力總成連接狀態(tài)

當(dāng)車輛處于倒檔狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)的連接狀態(tài)如圖3所示，此時(shí)處于制動(dòng)能量回收狀態(tài)，發(fā)電機(jī)工作，對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電[5]。

圖3 倒檔工況下的動(dòng)力總成連接狀態(tài)

2 整車狀態(tài)下動(dòng)力總成噪聲客觀試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

整車狀態(tài)下動(dòng)力總成噪聲客觀試驗(yàn)評(píng)價(jià)采用聲功率級(jí)的方法，將動(dòng)力總成(含發(fā)動(dòng)機(jī)和減速器等)等效為一個(gè)立方體，在動(dòng)力總成的正前方、左上方和右上方分別布置3個(gè)自由場(chǎng)傳聲器，如圖4所示。

圖4 動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)客觀試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中，首先，根據(jù)動(dòng)力總成的尺寸參數(shù)在整車上布置3個(gè)傳聲器；其次，測(cè)試整車狀態(tài)下動(dòng)力總成在不同工況（如怠速、巡航等）下3個(gè)傳聲器的聲壓級(jí)；最后，通過(guò)聲功率級(jí)合成方法將3個(gè)傳聲器獲取的聲壓級(jí)進(jìn)行合成，并得到整車狀態(tài)下動(dòng)力總成的噪聲聲功率級(jí)。

圖4中，傳聲器2和傳聲器3位置對(duì)稱。

聲功率級(jí)合成方法：

LW=10*log10{C/(A0*P02)*(A1*P12+A2*P22+A3*P32)}+Lc（1）

其中

Lw-聲功率級(jí)；

C-常數(shù)；

Lc-加權(quán)系數(shù)，根據(jù)動(dòng)力總成美化罩蓋的包覆面積確定；

A0-參考面積，1m2；

A1、A2和A3-分別為3個(gè)傳聲器對(duì)應(yīng)的等效聲場(chǎng)面積(m2)，其中A2=A3；

P0-參考聲壓，20*10-6Pa；

P1、P2和P2-分別為3個(gè)傳聲器的聲壓。

3 動(dòng)力總成怠速噪聲聲功率級(jí)

針對(duì)文中的某混合動(dòng)力汽車，其發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)處于不同的連接狀態(tài)下，會(huì)引起整個(gè)動(dòng)力總成噪聲的變化。因此本文將主要研究發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)處于不同模式下的怠速和巡航工況下的動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)。

對(duì)于某混合動(dòng)力汽車，當(dāng)車輛處于怠速（發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)）狀態(tài)時(shí)，存在兩種狀態(tài)：

（1）動(dòng)力電池電量（SOC）高于閾值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)純怠速，僅發(fā)動(dòng)機(jī)工作，不對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電，如圖1所示。

（2）動(dòng)力電池電量（SOC）低于閾值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)起動(dòng)，處于怠速狀態(tài)，同時(shí)發(fā)電機(jī)工作對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電，直至動(dòng)力電池電量（SOC）高于閾值，如圖5所示。

圖5 怠速充電工況下動(dòng)力總成連接狀態(tài)

兩種不同怠速模式，動(dòng)力總成參數(shù)變化對(duì)動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)的影響值得研究。

圖6和圖7顯示，發(fā)動(dòng)機(jī)純怠速模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)工作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不工作，發(fā)電機(jī)空轉(zhuǎn)，不對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電，三者的扭矩均為零；

發(fā)動(dòng)機(jī)怠速+充電模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)工作，提供正扭矩，發(fā)電機(jī)正轉(zhuǎn)，提供負(fù)扭矩給動(dòng)力電池充電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不工作。

圖8顯示，兩種模式的怠速狀態(tài)下的動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)的總體量級(jí)差異不大，差值0.5 dB(A)。80-400Hz段的噪聲聲功率級(jí)，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速充電狀態(tài)高于發(fā)動(dòng)機(jī)純怠速狀態(tài)，其他頻率段噪聲聲功率差異較小。

圖6 不同怠速模式下動(dòng)力總成轉(zhuǎn)速和動(dòng)力電池電量變化

圖7 不同怠速模式下動(dòng)力總成扭矩變化

圖8 不同怠速模式下的動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)

4 動(dòng)力總成巡航噪聲聲功率級(jí)

對(duì)于某混合動(dòng)力汽車，當(dāng)車輛在道路上巡航(勻速)行駛的過(guò)程中，也存在兩種狀態(tài)：

（1）動(dòng)力電池電量(SOC)高于閾值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，僅依靠驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，發(fā)電機(jī)不對(duì)動(dòng)力電池充電，如圖9所示。

圖9 純驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的巡航工況

（2）動(dòng)力電池電量(SOC)低于閾值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)起動(dòng)，對(duì)動(dòng)力電池充電，同時(shí)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，發(fā)電機(jī)工作對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電，直至動(dòng)力電池電量(SOC)高于閾值，如圖10所示。

圖10 發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的巡航工況

巡航時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)的連接狀態(tài)對(duì)動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)有重要影響，有必要進(jìn)行深入研究，以80kph巡航為例進(jìn)行分析。

圖11 不同模式巡航下的動(dòng)力總成轉(zhuǎn)速和動(dòng)力電池電量變化

圖11和圖12顯示，僅依靠驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式的巡航下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，提供正扭矩驅(qū)動(dòng)車輛，發(fā)電機(jī)空轉(zhuǎn)，不提供扭矩，不對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，轉(zhuǎn)速為零。

發(fā)動(dòng)機(jī)巡航+充電模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)工作，提供正扭矩驅(qū)動(dòng)車輛，發(fā)電機(jī)正轉(zhuǎn)，提供負(fù)扭矩給動(dòng)力電池充電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)空轉(zhuǎn)，不提供正扭矩，不驅(qū)動(dòng)車輛。

圖13顯示，兩種模式巡航狀態(tài)下的動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)在總體和頻段的量級(jí)差異明顯，差值2 dB(A)。主要原因在于發(fā)動(dòng)機(jī)巡航+充電模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)同時(shí)工作，發(fā)動(dòng)機(jī)引起的噪聲聲功率級(jí)明顯增大和突顯，發(fā)動(dòng)機(jī)工作對(duì)應(yīng)頻段引起的噪聲聲功率級(jí)增大。

圖12 不同模式巡航下的動(dòng)力總成扭矩變化

圖13 不同模式巡航下的動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)

5 結(jié)論

針對(duì)某混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)客觀試驗(yàn)的方法研究了其在不同模式下的怠速和巡航工況下的動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)，并得到了以下結(jié)論。

（1）從發(fā)動(dòng)機(jī)純怠速模式到發(fā)動(dòng)機(jī)怠速+充電模式的轉(zhuǎn)換，兩者的動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)總體差異較小。

（2）從純驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的巡航模式到發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)巡航+充電模式的轉(zhuǎn)換，兩者的動(dòng)力總成噪聲聲功率級(jí)差異明顯，發(fā)動(dòng)機(jī)工作的主要頻率段聲功率級(jí)突顯。

（3）下一步將研究混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)不同的連接模式對(duì)加速噪聲聲功率級(jí)的影響。

[1] http://www.auto-stats.org.cn/ReadArticle.asp?NewsID=10406,2018年汽車工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況.

[2] 豐田普銳斯油電混合動(dòng)力系統(tǒng)概述,徐禮財(cái),技術(shù)與市場(chǎng),2006-25, 36-37.

[3] 混合動(dòng)力汽車NVH問(wèn)題研究進(jìn)展,李良,制造研究,2017-11,114.

[4] HEV動(dòng)力切換過(guò)程車內(nèi)振動(dòng)與噪聲試驗(yàn)分析,吳賽賽,噪聲與振動(dòng)控制,2015年10月,第35卷第5期,91-96.

[5] http://www.diandong.com/zixun/39894.html,第四代普銳斯混合動(dòng)力亮點(diǎn)解析.

[6] http://www.sohu.com/a/191132371_777213,工信部已啟動(dòng)制定我國(guó)燃油車停產(chǎn)停售時(shí)間表.

Test Evaluation of HEV Powertrain Noise

Xian Min, Xiang Longyang

（SAIC Motor Technical Center, Shanghai 201804）

This paper introduced a HEV powertrain structure and working modes, based on different reflection of powertrain noise in various working modes, the powertrain noise was evaluated with noise power method through measuring noise, rotational speed and torque of engine, driving motor and generator, state of charge of battery. Results shows: Powertrain noise power of the HEV in Idle charging mode is higher than pure Idle mode for 0.5 dB(A), main frequency difference is between 80Hz and 400Hz; engine cruise and charging mode is higher than pure driving motor cruise mode for 2dB(A), the whole frequency noise is very different.

HEV; Powertrain Noise; Idle Charging; Cruise Charging

U469.7

B

1671-7988(2019)18-135-04

U469.7

B

1671-7988(2019)18-135-04

鮮敏，就職于上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.045