面向起動敲擊控制的微混車輛48V前端輪系優(yōu)化設(shè)計

龐明

摘 要：隨著油耗法規(guī)的日益嚴(yán)格，48VMicroBAS微混技術(shù)成為眾多車企選擇的低成本實(shí)現(xiàn)節(jié)油降排的主流技術(shù)。本文針對某48V微混車輛鑰匙起動過程出現(xiàn)的嚴(yán)重起動敲擊問題，進(jìn)行了基于整車的振動與噪聲測試試驗(yàn)，識別出敲擊源為48V前端輪系雙向張緊器，通過對比敲擊劇烈的鑰匙起動工況與無敲擊異響的自動起動工況，識別起動敲擊的產(chǎn)生機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上提出了48V雙向張緊器減振降噪優(yōu)化方案。實(shí)車起動驗(yàn)證試驗(yàn)表明：減振降噪結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，鑰匙起動過程中48V雙向張緊器敲擊加速度降低75%，敲擊聲音顯著改善，有效提高了該微混車輛的起動NVH性能。

關(guān)鍵詞：48V微混 NVH 前端輪系 鑰匙起動 自動起動

Optimized Design of 48V Front-end Wheel Train of Micro-hybrid Vehicle for Start-percussion Control

Pang Ming

Abstract：48V MicroBAS technology is widely accepted by more and more automotive OEMs because it could effectively improve emission and reduce fuel economy with relative low cost. A severe key on start knocking issue of a 48V MicroBAS vehicle is deeply studied in this paper. Vehicle level noise and vibration test is conducted for sound source localization. By comparing the NVH performance between key on start condition which has noticeable knocking noise and auto start condition with no knocking at all， the root cause of the MicroBAS pulley tensioner knocking issue is revealed， and the noise and vibration reduction optimization design was proposed. Vehicle test shows that， the NVH optimization design could reduce 75% of knocking vibration of MicroBAS pulley tensioner during key on start event， and could greatly improve start knocking noise.

Key words：48V MicroBAS， NVH， front-end accessory system， key on start， auto start

1 前言

基于48V技術(shù)的微混技術(shù)，是當(dāng)前主流的低成本實(shí)現(xiàn)混動，降低油耗和排放的前瞻技術(shù)[1]，可以在對原有動力總成改造較小的情況下實(shí)現(xiàn)微混，達(dá)到降低油耗與排放的效果[2，3]。48V微混系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)原有12V電池的基礎(chǔ)上，增加了48V電池與電機(jī)。加速過程中，48V電機(jī)可以為發(fā)動機(jī)提供助力，輔助發(fā)動機(jī)動力輸出更加平順，提高車輛動力性與燃油經(jīng)濟(jì)性;滑行過程中48V電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)制動能量回收，進(jìn)一步達(dá)到降低油耗的目的。

微混系統(tǒng)的核心部件48V電機(jī)，除具備傳統(tǒng)12V電機(jī)發(fā)電功能外，還具有自動啟停（Auto Start）[4]、加速助力（boost）與制動能量回收（regen）的功能，即既可以在起動及加速工況下對發(fā)動機(jī)曲軸提供驅(qū)動力，又可以作為曲軸負(fù)載提供車內(nèi)用電并在車輛滑行過程中實(shí)現(xiàn)制動能量回收（regen）。為實(shí)現(xiàn)48V電機(jī)主動驅(qū)動與被動負(fù)載的切換，48V MicroBAS發(fā)動機(jī)前端輪系張緊器需具有雙向張緊功能，前端附件結(jié)構(gòu)形式較之傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)有了較大改變[5]。

某車型48V MicroBAS發(fā)動機(jī)前端皮帶驅(qū)動輪系采用了雙搖臂式雙向張緊器，前端輪系示意圖如圖1所示，包括雙搖臂式雙向張緊器，曲軸皮帶輪與48V電機(jī)，前端輪系傳動形式為皮帶傳動。雙搖臂式雙向張緊器有左右兩個搖臂，兩搖臂中間用彈簧連接，為左右兩個張緊輪提供張緊力，在曲軸驅(qū)動與電機(jī)驅(qū)動模式下實(shí)現(xiàn)雙向皮帶張緊。曲軸皮帶輪與發(fā)動機(jī)曲軸相連，通過皮帶帶動前端輪系轉(zhuǎn)動。全新的硬件結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)匹配造成新的NVH挑戰(zhàn)[6，7]，在發(fā)動機(jī)鑰匙起動過程中，雙搖臂式雙向張緊器產(chǎn)生嚴(yán)重的起動敲擊問題，沖擊能量較大，可能造成硬件破壞，并伴隨強(qiáng)烈的振動與噪聲。

本文針對某48V微混車輛鑰匙起動過程嚴(yán)重的起動敲擊問題，進(jìn)行了整車振動與噪聲測試分析，鎖定敲擊源頭為48V前端輪系雙向張緊器。通過對比敲擊嚴(yán)重的鑰匙起動過程與沒有明顯敲擊的autostart過程，深入分析了雙向張緊器起動敲擊產(chǎn)生機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，提出了48V雙向張緊器減振緩沖優(yōu)化方案，很好的解決了起動敲擊問題。

2 48V Micro BAS系統(tǒng)起動敲擊聲源定位試驗(yàn)與產(chǎn)生機(jī)理分析

某48V MicroBAS微混車輛key on start鑰匙起動過程產(chǎn)生嚴(yán)重的起動敲擊聲，而由48V電機(jī)完成的autostart自動起動過程沒有敲擊異響。針對鑰匙起動與自動起動的顯著差異，進(jìn)行敲擊聲源查找與鎖定，判斷敲擊聲源為雙搖臂式雙向張緊器。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行雙向張緊器振動與噪聲測試與敲擊機(jī)理分析。

2.1 雙搖臂式雙向張緊器起動敲擊振動與噪聲試驗(yàn)介紹

2.1.1 試驗(yàn)對象

整車試驗(yàn)試驗(yàn)對象為某48V MicroBAS微混車輛前端輪系雙搖臂式雙向張緊器，發(fā)動機(jī)為1.3T 48V Micro BAS 三缸發(fā)動機(jī)。

2.1.2 測點(diǎn)布置

（1）振動加速度：雙向張緊器搖臂。（2）近場聲音：距雙向張緊器10mm的近場麥克風(fēng)。（3）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速：測量發(fā)動機(jī)曲軸位置信號，轉(zhuǎn)換成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，測試精度為6°。

2.1.3 試驗(yàn)工況

該車型在鑰匙起動key on start（發(fā)動機(jī)起動機(jī)起動）時產(chǎn)生嚴(yán)重敲擊異響，而在48V電機(jī)自動起動auto-start工況起動平順，沒有敲擊，故分別對鑰匙起動（發(fā)動機(jī)起動機(jī)起動）與自動起動auto-start（ 48V電機(jī)起動）進(jìn)行振動與噪聲試驗(yàn)并進(jìn)行對比分析。發(fā)動機(jī)起動工況為車輛放置8小時后的第一次冷啟動工況，即起動敲擊最為顯著的工況。

2.1.4 評價指標(biāo)

以雙向張緊器搖臂振動加速與張緊器近場聲音為評價指標(biāo)，全面對比分析起動敲擊現(xiàn)象。

2.2 雙搖臂式雙向張緊器起動敲擊機(jī)理分析

鑰匙起動（發(fā)動機(jī)起動）工況與自動起動（48V電機(jī)起動）工況下雙向張緊器敲擊的NVH測試數(shù)據(jù)分別如圖2、圖3所示。

圖中紅色曲線為搖臂振動加速度曲線，綠色曲線為張緊器近場敲擊聲數(shù)據(jù)，黑色曲線為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。由圖2可知，張緊器搖臂在起動過程中發(fā)生嚴(yán)重敲擊，紅色曲線所示的搖臂敲擊加速度峰值達(dá)到1000g，敲擊能量巨大，且敲擊加速度峰值時刻與綠色曲線所示的近場敲擊聲峰值時刻完全對應(yīng)，說明敲擊聲源為雙向張緊器搖臂。對比圖2、圖3可知，鑰匙起動工況雙向張緊器搖臂振動加速度（紅色曲線）與近場敲擊聲（綠色曲線）明顯大于自動起動工況，與主觀感受一致。對比圖2、圖3中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速曲線（黑色）可知，48V電機(jī)自動起動過程（圖3）起動較為平順，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升，轉(zhuǎn)速波動較小，而鑰匙起動過程（圖2）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上沖劇烈，轉(zhuǎn)速波動大，第一次點(diǎn)火時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升至925rpm，導(dǎo)致曲軸皮帶輪帶動皮帶迅速繃緊，皮帶推動張緊器滾輪，從而導(dǎo)致張緊器搖臂猛烈撞擊限位止點(diǎn)，產(chǎn)生劇烈敲擊聲，如圖4所示。需對雙向張緊器進(jìn)行減振緩沖優(yōu)化設(shè)計，解決嚴(yán)重的鑰匙起動敲擊問題。

3 雙向張緊器減振緩沖結(jié)構(gòu)優(yōu)化

起動敲擊產(chǎn)生機(jī)理為鑰匙起動過程中張緊器搖臂在皮帶推動下快速轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致限位Bumper（即圖4中紅圈）猛烈撞擊搖臂限位止點(diǎn)。為解決該敲擊問題，需對敲擊源雙搖臂式雙向張緊器進(jìn)行減振降噪結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減緩發(fā)動機(jī)起動時搖臂與限位止點(diǎn)的敲擊過程。從以下兩個方面對張緊器搖臂進(jìn)行減振緩沖的結(jié)構(gòu)優(yōu)化[8-10]：

（1）增大搖臂擺動阻尼，衰減張緊器搖臂擺動能量，從而減緩撞擊：搖臂擺動阻尼由6Nm增大至10Nm。（2）降低張緊器搖臂擺動至限位止點(diǎn)時的撞擊線速度，從而減緩撞擊：撞擊線速度V=ω·l，ω為搖臂擺動角速度，l為搖臂有效擺動半徑。降低撞擊線速度的實(shí)現(xiàn)方式為限位bumper上移6mm，即搖臂有效擺動半徑l（見圖4）縮短6mm，從而降低搖臂撞擊線速度，減緩撞擊。

雙向張緊器結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后鑰匙起動過程中搖臂敲擊加速度與敲擊近場聲音對比分別如圖5、圖6所示。圖中紅色曲線為雙向張緊器結(jié)構(gòu)優(yōu)化前的敲擊加速度與近場敲擊聲，綠色曲線為優(yōu)化后的敲擊加速度與近場敲擊聲，黑色曲線為鑰匙起動過程的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。

增大搖臂擺動阻尼并減小擺動半徑后，鑰匙起動過程中搖臂撞擊限位止點(diǎn)的敲擊聲顯著降低，近場聲壓由66Pa降低至30Pa。由敲擊源頭振動加速度對比圖6也可以看出，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后雙向張緊器搖臂起動敲擊明顯改善，搖臂的敲擊加速度由950g降低至236g，降低了75%，敲擊能量大大減少，保護(hù)硬件的同時，有效改善了鑰匙起動過程的NVH性能。

4 結(jié)語

本文針對某48V微混車輛鑰匙起動工況嚴(yán)重的起動敲擊問題進(jìn)行了深入的研究。開展了起動敲擊整車振動與噪聲試驗(yàn)，通過對比劇烈敲擊的鑰匙起動工況與無敲擊異響的自動起動工況，識別出起動敲擊產(chǎn)生機(jī)理為鑰匙起動工況下發(fā)動機(jī)點(diǎn)火時轉(zhuǎn)速上沖劇烈，導(dǎo)致48V前端輪系雙向張緊器搖臂猛烈敲擊限位止點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)了行48V前端輪系雙向張緊器減振緩沖結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過增大搖臂擺動阻尼并減小擺動半徑，搖臂敲擊加速度由950g降至236g，敲擊聲音顯著降低，有效解決了該48V車型起動敲擊問題。

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