基于能量回收反拖扭矩的純電動(dòng)車(chē)減速器嘯叫問(wèn)題優(yōu)化

王金龍 王梅仙 朱華 吳蘇明 王鎖

王金龍

畢業(yè)于安徽工程大學(xué)，本科，現(xiàn)就職于奇瑞新能源汽車(chē)股份有限公司整車(chē)集成部新技術(shù)科室，任減速器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工程師，中級(jí)工程師。

摘? 要：針對(duì)某自主純電動(dòng)車(chē)制動(dòng)減速時(shí)車(chē)內(nèi)產(chǎn)生的嘯叫問(wèn)題，經(jīng)主觀駕評(píng)及客觀測(cè)試分析后，排查出整車(chē)制動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為4300rpm～3700rpm時(shí)車(chē)內(nèi)出現(xiàn)嘯叫噪聲;通過(guò)齒輪嚙合原理分析闡述了減速器制動(dòng)減速噪聲的產(chǎn)生機(jī)制，并進(jìn)行整車(chē)測(cè)試、階次分析等研究分析方法排查出整車(chē)制動(dòng)減速過(guò)程中嘯叫激勵(lì)源頭來(lái)自減速器一級(jí)主動(dòng)齒輪階次。結(jié)合該車(chē)型設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)進(jìn)度，提出對(duì)整車(chē)調(diào)整制動(dòng)能量回收扭矩策略方案，對(duì)實(shí)施方案優(yōu)化后的車(chē)輛進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)試，結(jié)果表明一級(jí)主動(dòng)齒輪階次突變大幅削弱，制動(dòng)減速工況車(chē)內(nèi)相關(guān)階次聲壓級(jí)峰值降低了5.1dB，解決了駕駛室內(nèi)嘯叫問(wèn)題，提高了乘坐舒適性。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)車(chē);制動(dòng)減速;嘯叫噪聲;能量回收

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.2? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2022）03-0068-04

Optimization of Howling Problem of Pure Electric Vehicle Reducer Based on Energy Recovery Reverse Drag Torque

WANG Jin-long， WANG Mei-xian， ZHU Hua， WU Su-ming， WANG Suo

（Chery New Energy Automobile Co.， Ltd， Wuhu 241000， China）

Abstract： Aiming at the problem of squealing in an autonomous pure electric vehicle during braking deceleration， after subjective driving evaluation and objective test analysis， it is found that the screeching noise appears in the vehicle when the brake motor speed is 4300rpm-3700rpm; Through the analysis of gear meshing principle， this paper expounds the generation mechanism of the reducer braking deceleration noise， and carries out vehicle test， order analysis and other research and analysis methods， and finds out that the source of howling excitation in the process of vehicle braking and deceleration comes from the order of the first driving gear of the reducer. Combined with the design and development progress of the vehicle， the strategy scheme of adjusting the braking energy recovery torque of the whole vehicle is put forward. The subjective evaluation and objective test of the optimized vehicle are carried out. The results show that the order mutation of the first driving gear is greatly weakened， and the peak value of the sound pressure level in the vehicle under braking deceleration condition is reduced by 5.1dB， the order spike is eliminated， the problem of squealing in the cab is solved， and the riding comfort is improved.

Key Words： pure electric vehicle; braking deceleration; howling noise; energy recovery

隨著國(guó)家對(duì)電動(dòng)車(chē)推廣政策的穩(wěn)步實(shí)施和國(guó)民對(duì)電動(dòng)車(chē)認(rèn)可度的逐漸提升，電動(dòng)車(chē)越來(lái)越普及。但是隨之而來(lái)的就是消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)車(chē)的乘坐舒適性提出了越來(lái)越高的要求。

1? ? 引言

汽油車(chē)有發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲屏蔽，使得變速箱的嘯叫噪聲被部分掩蓋即嘯叫不明顯。但是電動(dòng)車(chē)沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲屏蔽，使得減速器的嘯叫變得明顯，而且電動(dòng)車(chē)比汽油車(chē)工作在大扭矩和高轉(zhuǎn)速工況的概率大得多，這也加重了減速器齒輪嘯叫問(wèn)題，所以電動(dòng)車(chē)減速器的齒輪嘯叫是影響整車(chē)行駛品質(zhì)的一個(gè)重要因素。對(duì)待齒輪嘯叫，工程師大多關(guān)注驅(qū)動(dòng)工況噪聲優(yōu)化，但是當(dāng)今電動(dòng)車(chē)為了獲得更高的續(xù)航里程，在整車(chē)制動(dòng)減速時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)變成了發(fā)電機(jī)，整車(chē)策略也偏好設(shè)置更大的電機(jī)能量回收扭矩，這使得減速器同樣會(huì)傳遞較大扭矩，此時(shí)的大扭矩同樣會(huì)使減速器產(chǎn)生齒輪嘯叫[1]。針對(duì)能量回收時(shí)的齒輪嘯叫趙要珍[2]經(jīng)過(guò)分析和測(cè)試確認(rèn)齒輪嘯叫為經(jīng)過(guò)變速器懸置支架被放大，通過(guò)懸置支架上增加動(dòng)力吸振器改變懸置支架的固有模態(tài)，從而降低了路徑傳遞放大的齒輪嘯叫。

對(duì)于電動(dòng)車(chē)而言減速器為其主要的幾個(gè)噪聲源之一，因此對(duì)其分析和優(yōu)化對(duì)提升電動(dòng)車(chē)乘坐舒適性具有重要意義。由于人耳對(duì)1000～2000Hz高頻噪聲十分敏感，電動(dòng)車(chē)噪聲聲壓級(jí)雖然不高，但很容易產(chǎn)生讓人抱怨的尖銳噪聲。當(dāng)前電動(dòng)車(chē)多采用單級(jí)減速器，檔位階次和主減階次一般分別為20以上和7以上，在時(shí)速60km/h以?xún)?nèi)的城市通勤工況，檔位階次較明顯。在時(shí)速80km/h左右中高速行駛時(shí)，檔位和主減階次較明顯。所以電動(dòng)車(chē)減速器嘯叫問(wèn)題的改善將很大程度改善整車(chē)乘坐舒適性。武俊杰[3]通過(guò)對(duì)減速器嘯叫進(jìn)行主觀和客觀數(shù)據(jù)分析，確定問(wèn)題來(lái)源，運(yùn)用仿真進(jìn)行齒輪微觀修形以降低傳遞誤差，從而優(yōu)化齒輪嘯叫。

減速器噪聲主要有兩種：敲擊和嘯叫。敲擊噪聲多見(jiàn)于齒輪空套在軸上的手動(dòng)及自動(dòng)變速箱，而減速器多為檔位和主減嘯叫噪聲，多表現(xiàn)為某個(gè)車(chē)速區(qū)間突然出現(xiàn)口哨音。減速器嘯叫主要由齒輪嚙合剛度變化和傳遞誤差波動(dòng)使齒輪副在運(yùn)行中產(chǎn)生不平穩(wěn)激振力振動(dòng)，該振動(dòng)通過(guò)結(jié)構(gòu)路徑和空氣輻射傳遞到車(chē)內(nèi)，從而引起一種特定階次的中高頻噪聲，即齒輪嘯叫噪聲[4]。

本文以某自主品牌電動(dòng)車(chē)為研究對(duì)象，在中高速制動(dòng)減速到4300rpm～3700rpm過(guò)程中，車(chē)內(nèi)產(chǎn)生刺耳的減速器嘯叫聲，通過(guò)適當(dāng)降低整車(chē)制動(dòng)時(shí)電機(jī)能量回收扭矩，以降低減速器齒輪受力從而降低齒輪傳遞誤差，達(dá)到改善減速器齒輪嘯叫的目的。

2? ? 車(chē)內(nèi)嘯叫噪聲主觀評(píng)價(jià)與分析

2.1? ?車(chē)內(nèi)噪聲主觀評(píng)價(jià)

以某自主品牌開(kāi)發(fā)過(guò)程中的電動(dòng)車(chē)為研究對(duì)象，通過(guò)主觀評(píng)價(jià)工程師對(duì)整車(chē)進(jìn)行駕評(píng)，整車(chē)在中高車(chē)速時(shí)松開(kāi)油門(mén)踏板使整車(chē)自由滑行減速，整車(chē)無(wú)嘯叫噪聲;但是整車(chē)在中高車(chē)速時(shí)松開(kāi)油門(mén)踏板并踩踏制動(dòng)踏板使整車(chē)在中高車(chē)速制動(dòng)減速，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為4300rpm～3700rpm時(shí)，車(chē)內(nèi)出現(xiàn)明顯嘯叫噪聲，乘坐舒適性較差。以上測(cè)試均為同一駕駛員在同一路段進(jìn)行，整車(chē)狀態(tài)僅為有無(wú)踩踏制動(dòng)踏板的差異。

2.2? ?車(chē)內(nèi)噪聲試驗(yàn)診斷

根據(jù)主觀駕評(píng)結(jié)果，對(duì)整車(chē)進(jìn)行NVH測(cè)試和數(shù)據(jù)分析。先將整車(chē)加速到100km/h后松開(kāi)油門(mén)踏板使整車(chē)自由滑行減速，得到車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果如圖1所示：

后再次將整車(chē)加速到100km/h后松開(kāi)油門(mén)踏板并踩下制動(dòng)踏板使整車(chē)制動(dòng)減速，得到車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果如圖2所示：

通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出，自由滑行減速時(shí)車(chē)內(nèi)噪聲瀑布圖始終無(wú)階次出現(xiàn)，制動(dòng)減速到電機(jī)轉(zhuǎn)速在4300rpm～3700rpm時(shí)，駕駛室主要出現(xiàn)21階和48階階次噪聲。

2.3? ?整車(chē)制動(dòng)減速?lài)[叫原因分析

通過(guò)軟件聲音回放功能分別屏蔽制動(dòng)減速時(shí)產(chǎn)生的21階次和48階次噪聲，確定21階次是造成整車(chē)制動(dòng)減速?lài)[叫的主要原因。該電動(dòng)車(chē)自由滑行減速和制動(dòng)減速時(shí)最大反拖扭矩分別為50Nm和100Nm，且不論制動(dòng)踏板踩踏深淺，電機(jī)的反拖扭矩大小及變化一致。整車(chē)制動(dòng)減速到4300rpm～3700rpm區(qū)間，電機(jī)反拖扭矩為最大的100Nm。測(cè)試車(chē)輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速器總成參數(shù)如表1所示，由動(dòng)力總成參數(shù)可知出現(xiàn)的階次為減速器一級(jí)主動(dòng)齒輪階次，因此需對(duì)減速器一級(jí)主動(dòng)齒輪嘯叫問(wèn)題進(jìn)行排查[5]。

減速器齒輪嘯叫主要是由齒輪副傳遞誤差的波動(dòng)產(chǎn)生的不平穩(wěn)激振力導(dǎo)致的具有齒數(shù)特征的噪聲，降低傳遞誤差一般可以有效降低齒輪嘯叫。在其他條件不變的情況下傳遞誤差與齒輪副所受的載荷有關(guān)。通過(guò)對(duì)該減速器溯源，減速器各零部件檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，再對(duì)該減速器一級(jí)減速齒輪副仿真分析得出在反拖扭矩100Nm時(shí)，一級(jí)主動(dòng)齒輪反驅(qū)面?zhèn)鬟f誤差峰峰值超過(guò)了0.8μm未達(dá)到要求的0.6μm以?xún)?nèi)，不滿足設(shè)計(jì)要求。因此判定100Nm反拖扭矩下的一級(jí)主動(dòng)齒輪反驅(qū)面的傳遞誤差過(guò)大為齒輪嘯叫的主要原因。

3? ? 減速器齒輪嘯叫優(yōu)化與試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1? ?減速器齒輪嘯叫問(wèn)題優(yōu)化

齒輪傳遞誤差大部分通過(guò)齒輪修形調(diào)整，但是出于整車(chē)開(kāi)發(fā)節(jié)點(diǎn)臨近，該處選擇在合理范圍內(nèi)調(diào)整制動(dòng)減速時(shí)整車(chē)能量回收扭矩來(lái)降低減速器受力從而降低齒輪傳遞誤差達(dá)到降低齒輪嘯叫噪聲的目的。

通過(guò)仿真分析在不變更齒輪參數(shù)情況下，一級(jí)主動(dòng)齒輪傳遞誤差隨扭矩變化情況如圖3所示。由圖可知反拖扭矩從110Nm變化到60Nm的過(guò)程中傳遞誤差呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，結(jié)合整車(chē)?yán)m(xù)航允許的能量回收強(qiáng)度，選取電機(jī)反拖扭矩由100Nm降低到90Nm和80Nm分別進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2? ?試驗(yàn)驗(yàn)證

通過(guò)調(diào)整整車(chē)制動(dòng)下電機(jī)的反拖扭矩分別為

90Nm和80Nm，測(cè)量車(chē)內(nèi)前排21階切片如圖4所示。由測(cè)試數(shù)據(jù)可知，減速器21階次在4300rpm ～3700rpm轉(zhuǎn)速區(qū)間階次尖峰隨反拖扭矩降低而大幅減弱。

再分別對(duì)反拖扭矩為原狀態(tài)、90Nm和80Nm的整車(chē)進(jìn)行試駕，原狀態(tài)不可接受，90Nm反拖扭矩下整車(chē)仍然有可察覺(jué)到的嘯叫，整車(chē)21階噪聲聲壓級(jí)降低3.2dB;80Nm反拖扭矩時(shí)整車(chē)無(wú)可察覺(jué)到的嘯叫，整車(chē)21階次噪聲聲壓級(jí)降低5.1dB，且21階次變化趨勢(shì)趨向平緩，無(wú)明顯尖峰出現(xiàn)。故最終選定制動(dòng)時(shí)電機(jī)最大反拖扭矩由100Nm降低到80Nm，使得制動(dòng)時(shí)整車(chē)嘯叫問(wèn)題得到消除。

4? ? ?結(jié)論

本文基于整車(chē)制動(dòng)過(guò)程中嘯叫產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，通過(guò)主觀評(píng)價(jià)與整車(chē)測(cè)試相結(jié)合的方法，確定為減速器一級(jí)主動(dòng)齒輪傳遞誤差過(guò)大導(dǎo)致整車(chē)嘯叫。經(jīng)過(guò)理論分析、主觀評(píng)價(jià)和客觀測(cè)試選定降低制動(dòng)能量回收時(shí)電機(jī)的反拖扭矩來(lái)降低齒輪所受扭矩從而降低齒輪的傳遞誤差，解決制動(dòng)時(shí)嘯叫問(wèn)題，極大提高乘坐舒適性。

參考文獻(xiàn)：

[1]白學(xué)斌，金子崳，于博瑞.電驅(qū)系統(tǒng)減速器嘯叫噪聲問(wèn)題分析及優(yōu)化[J].傳動(dòng)技術(shù)，2021，06（02）：10-15.

[2]趙要珍，胡冬枚，嚴(yán)小俊.插電式混合動(dòng)力汽車(chē)變速器嘯叫優(yōu)化[J].設(shè)計(jì)研究，2019，08（06）：26-34.

[3]武俊杰，劉佳.基于齒輪修形的減速器嘯叫優(yōu)化[J].設(shè)計(jì)·研究，2019，05（003）：16-19.

[4]徐忠四，承忠平，高立新，等.電動(dòng)汽車(chē)減速器嘯叫噪聲的雙目標(biāo)優(yōu)化[J].汽車(chē)工程，2018，40（01）：76-81.

[5]汪躍中，譚雨點(diǎn)，丁潤(rùn)江，等.基于傳遞路徑分析的純電動(dòng)車(chē)駕駛室內(nèi)嘯叫問(wèn)題優(yōu)化[J].新能源汽車(chē)，2019，13（004）：12-19.