新能源混動(dòng)架構(gòu)乘用車(chē)NVH性能匹配優(yōu)化技術(shù)研究

郭楊　劉虎

摘 要：新能源乘用汽車(chē)混動(dòng)架構(gòu)車(chē)型在整車(chē)NVH性能開(kāi)發(fā)匹配過(guò)程中主觀評(píng)價(jià)存在整車(chē)啟停抖動(dòng)及敲擊等問(wèn)題。本文針對(duì)此問(wèn)題點(diǎn)，從懸置隔離率，扭轉(zhuǎn)減振器不同的剛度、阻尼、配合間隙及控制策略等方面介紹了新能源乘用車(chē)混動(dòng)架構(gòu)整車(chē)匹配調(diào)校過(guò)程中，影響整車(chē)啟停抖動(dòng)及敲擊產(chǎn)生的因素并主要通過(guò)懸置隔振、扭轉(zhuǎn)減振器的匹配、控制策略優(yōu)化組合方案來(lái)解決該問(wèn)題的方法。

關(guān)鍵詞：新能源 混動(dòng)架構(gòu) 柔性連接器 NVH性能 匹配

1 引言

近幾年以來(lái)，全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量取得了飛躍式的發(fā)展，傳統(tǒng)車(chē)企也逐步從燃油車(chē)向新能源方向轉(zhuǎn)型升級(jí)，國(guó)內(nèi)主流汽車(chē)廠和新勢(shì)力車(chē)企都已大力布局混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)等新能源汽車(chē)。其中當(dāng)前最新的、主流的混合動(dòng)力方案從單個(gè)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)輻射至全球。該混合動(dòng)力方案發(fā)電系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)附件都用電來(lái)供電如電子水泵、電動(dòng)壓縮機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)等，該套混合動(dòng)力方案減輕發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)相比傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)更高效，從另外一方面來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)整體的效率，可持續(xù)在高熱效率區(qū)工作發(fā)電，可持續(xù)為電池包和驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能；降低整車(chē)油耗、降低碳排放性能。其該架構(gòu)產(chǎn)品銷(xiāo)量飛躍上升，得到了國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)消費(fèi)者認(rèn)可。

新能源汽車(chē)本文以混合動(dòng)力架構(gòu)為例，在傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)加變速器的組合方案基礎(chǔ)上將變速器進(jìn)一步架構(gòu)調(diào)整成電混系統(tǒng)即發(fā)動(dòng)機(jī)加電混系統(tǒng)組合方案，其中電混系統(tǒng)主要包括發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、以及雙電機(jī)的集成式電子控制器、離合器、減速器等，當(dāng)離合器分離的時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)輸出通過(guò)齒輪可以直接驅(qū)動(dòng)輪端輸出動(dòng)力，也可以讓驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)減速器直接驅(qū)動(dòng)輪端輸出動(dòng)力。將多合一的電混系統(tǒng)集成加發(fā)動(dòng)機(jī)組成混合動(dòng)力系統(tǒng)，將該混合動(dòng)力系統(tǒng)匹配搭載到整車(chē)上，有傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)NVH問(wèn)題也有電機(jī)NVH問(wèn)題、以及整套動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)之間匹配不佳所帶來(lái)新的NVH問(wèn)題，相比傳統(tǒng)燃油車(chē)其整車(chē)NVH性能匹配調(diào)校相關(guān)工作給NVH工程師帶來(lái)前所未有的具有極大挑戰(zhàn)也是對(duì)NVH工程師專業(yè)能力的考驗(yàn)。

本文結(jié)合某新能源乘用車(chē)混合動(dòng)力車(chē)型在樣車(chē)開(kāi)發(fā)匹配調(diào)校過(guò)程階段，主觀評(píng)價(jià)整車(chē)存在啟停抖動(dòng)及動(dòng)力系統(tǒng)敲擊問(wèn)題，并對(duì)能引起該問(wèn)題的機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)其混合動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)懸置系統(tǒng)懸置前期仿真布置到懸置臺(tái)架整車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證NVH性能隔振率要求、扭轉(zhuǎn)減振器影響NVH性能的關(guān)鍵參數(shù)及其匹配、控制策略優(yōu)化等方法進(jìn)行介紹。

2 懸置系統(tǒng)NVH性能

懸置系統(tǒng)其關(guān)鍵性作用是承載支撐整車(chē)混合動(dòng)力系統(tǒng)、抑制混動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部反作用力的外力造成對(duì)混動(dòng)的動(dòng)態(tài)位移、減少因混動(dòng)系統(tǒng)只身的振動(dòng)傳遞到車(chē)身端。這其中涉及到懸置系統(tǒng)各個(gè)懸置布置位置及布置方式有很重要的關(guān)聯(lián)性，需在項(xiàng)目前期仿真設(shè)計(jì)階段通過(guò)仿真方法，輸入混動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、主慣性軸等參數(shù)仿真計(jì)算優(yōu)化，使在空間坐標(biāo)軸X、Y、Z? 3方向平動(dòng)以及繞X、Y、Z 3方向轉(zhuǎn)動(dòng)，共6各方向上自由空間內(nèi)各個(gè)方向上解耦，提高各個(gè)方向上解耦率滿足設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)要求，混動(dòng)系統(tǒng)上懸置系統(tǒng)各個(gè)懸置安裝位置并結(jié)合整車(chē)車(chē)身端位置，可確定懸置系統(tǒng)各個(gè)懸置的在車(chē)身端與動(dòng)力端的位置，懸置系統(tǒng)安裝位置確定通過(guò)優(yōu)化各個(gè)懸置剛度、阻尼等參數(shù)調(diào)整，仿真計(jì)算出解耦率及其6個(gè)方向上的混動(dòng)系統(tǒng)缸體模態(tài)固有頻率。并滿足設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)要求解耦率及混動(dòng)系統(tǒng)缸體模態(tài)固有頻率6個(gè)自由度模態(tài)分布。

通過(guò)前期設(shè)計(jì)階段懸置系統(tǒng)在混動(dòng)系統(tǒng)上的布置數(shù)據(jù)、供應(yīng)商將按照混動(dòng)懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)要求臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試各個(gè)懸置系統(tǒng)剛度、阻尼是否滿足設(shè)計(jì)要求，一般要求懸置系統(tǒng)樣件3套，分別是前期設(shè)計(jì)值樣件以及在設(shè)計(jì)值基礎(chǔ)上±偏差15%樣件各一套、將臺(tái)架試驗(yàn)合格件搭載到樣車(chē)階段整車(chē)上摸底試驗(yàn)驗(yàn)證調(diào)校懸置系統(tǒng)是否滿足隔振要求以及確定NVH更優(yōu)樣件的剛度、阻尼，同步將該剛度、阻尼參數(shù)樣件需滿足疲勞耐久可靠性等性能要求，一般在隔振率在20-25dB，同步校核試驗(yàn)結(jié)果與前期設(shè)計(jì)階段仿真差異，若混動(dòng)懸置隔振率較差不能起很好的隔振要求，使得混動(dòng)系統(tǒng)在整車(chē)狀態(tài)下瞬態(tài)工況下如啟停產(chǎn)生抖動(dòng)及敲擊等問(wèn)題會(huì)通過(guò)懸置系統(tǒng)路徑將激勵(lì)源放大，從而使整車(chē)NVH問(wèn)題惡化。

混動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)懸置隔振率對(duì)整車(chē)NVH性能匹配調(diào)校過(guò)程中起著很關(guān)鍵性的作用，也是降低混動(dòng)系統(tǒng)激勵(lì)源通過(guò)懸置系統(tǒng)路徑傳遞到整車(chē)NVH上重要的有效優(yōu)化方法。

3 柔性連接器結(jié)構(gòu)

本文某新能源乘用車(chē)混合動(dòng)力車(chē)型樣車(chē)搭載為扭轉(zhuǎn)減振器，扭轉(zhuǎn)減振器是混合動(dòng)力系統(tǒng)總成上連接發(fā)動(dòng)機(jī)與電混系統(tǒng)的零部件，由彈簧組件、摩擦片、碟形簧片、盤(pán)轂、減振環(huán)、減振壓板、從動(dòng)盤(pán)等構(gòu)成，具有減振、限扭的作用。為達(dá)到更好的減振及衰減效果，扭振減振器往往搭配一個(gè)單質(zhì)量飛輪使用。

4 扭轉(zhuǎn)減振器參數(shù)匹配

在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)前，需根據(jù)混動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初步選型或根據(jù)項(xiàng)目需求新開(kāi)發(fā)扭轉(zhuǎn)減振器匹配，為達(dá)到更好的NVH減振效果，同時(shí)需滿足疲勞耐久可靠性性能試驗(yàn)需求，在整車(chē)樣車(chē)調(diào)校階段扭轉(zhuǎn)減振器工程實(shí)踐中往往需要對(duì)不同剛度、阻尼、配合間隙、啟動(dòng)和停機(jī)控制邏輯等參數(shù)進(jìn)行不同溫度環(huán)境下NVH工程師與控制策略優(yōu)化相關(guān)工程師一起匹配聯(lián)調(diào)。

4.1 扭轉(zhuǎn)減振器剛度匹配

一般而言，小剛度的扭轉(zhuǎn)減振器NVH隔振性能更好，為了達(dá)到更好的瞬態(tài)工況如啟停性能，扭轉(zhuǎn)減振器剛度的設(shè)計(jì)會(huì)從整個(gè)動(dòng)力輸出傳動(dòng)系統(tǒng)層面全方位進(jìn)行考慮。發(fā)動(dòng)機(jī)、扭轉(zhuǎn)減振器以及發(fā)電總成組成混動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)應(yīng)當(dāng)與混動(dòng)系統(tǒng)剛體模態(tài)Roll（繞Y軸）頻率間隔3HZ以上。若傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)頻率與混動(dòng)系統(tǒng)剛體模態(tài)Roll（繞Y軸）頻率相同或接近，兩者頻率耦合，則整個(gè)混動(dòng)系統(tǒng)在啟停過(guò)程中容易產(chǎn)生較大沖擊，且整車(chē)狀態(tài)下抖動(dòng)明顯主觀評(píng)價(jià)較差。

4.2 扭轉(zhuǎn)減振器阻尼匹配

扭轉(zhuǎn)減振器不同的阻尼參數(shù)在整車(chē)狀態(tài)下停機(jī)和穩(wěn)態(tài)表現(xiàn)對(duì)整車(chē)NVH性能影響很大。阻尼太小，會(huì)導(dǎo)致停機(jī)時(shí)扭振不收斂，產(chǎn)生抖動(dòng)、敲擊；阻尼太大，會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)工況扭轉(zhuǎn)減振器隔振差，整車(chē)NVH振動(dòng)和噪聲惡化。如圖1為某新能源乘用車(chē)混動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)車(chē)型搭載同一剛度、不同阻尼扭轉(zhuǎn)減振器的停機(jī)表現(xiàn)。

從圖1試驗(yàn)結(jié)果可以看出，阻尼小的扭轉(zhuǎn)減振器停機(jī)時(shí)相對(duì)扭轉(zhuǎn)角達(dá)6°，且不收斂，導(dǎo)致車(chē)內(nèi)座椅持續(xù)抖動(dòng)且振幅大；阻尼大的扭轉(zhuǎn)減振器停機(jī)時(shí)相對(duì)扭轉(zhuǎn)角為3°，收斂快，座椅振動(dòng)幅值小。

但是阻尼的選擇并不是越大越好，如圖2為某新能源乘用車(chē)混動(dòng)系統(tǒng)車(chē)型搭載同一剛度、不同阻尼扭轉(zhuǎn)減振器怠速發(fā)電工況表現(xiàn)。

當(dāng)阻尼過(guò)大時(shí)，穩(wěn)態(tài)工況扭轉(zhuǎn)減振器隔振性會(huì)變差，導(dǎo)致整車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲變大。

為設(shè)計(jì)出合適的阻尼范圍，需綜合啟停、怠速、加速等工況整體表現(xiàn)進(jìn)行NVH工程師與控制策略優(yōu)化工程師一起匹配聯(lián)調(diào)。

4.3 扭轉(zhuǎn)減振器間隙匹配

扭轉(zhuǎn)減振器作為一個(gè)裝配部件，各子零件之間的配合間隙對(duì)啟停性能也有很大影響。以盤(pán)轂外齒與驅(qū)動(dòng)盤(pán)之間的配合間隙為例，通過(guò)優(yōu)化配合間隙能顯著改善停機(jī)敲擊異響問(wèn)題。

從圖３可以看出：同一扭轉(zhuǎn)減振器，搭載相同的停機(jī)程序，當(dāng)間隙較大時(shí)，啟停敲擊更明顯。盤(pán)轂與驅(qū)動(dòng)盤(pán)之間設(shè)計(jì)一定的間隙是為了補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器裝配時(shí)的誤差。在此基礎(chǔ)上，盡可能的減小系統(tǒng)間隙能改善扭轉(zhuǎn)整車(chē)啟停表現(xiàn)。

4.4 扭轉(zhuǎn)減振器控制程序參數(shù)匹配

在某新能源乘用車(chē)混動(dòng)系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，由ISG電機(jī)作為主動(dòng)件，拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)到一定轉(zhuǎn)速進(jìn)行進(jìn)而釋放扭矩，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后，ISG電機(jī)變?yōu)楸粍?dòng)件進(jìn)行發(fā)電；停機(jī)時(shí)，ISG作為主動(dòng)件提供一定的扭矩，拉停發(fā)動(dòng)機(jī)。在此過(guò)程中，ISG電機(jī)經(jīng)過(guò)了主動(dòng)-被動(dòng)-主動(dòng)的轉(zhuǎn)換，其控制參數(shù)對(duì)啟停性能影響很大。

如圖4，當(dāng)啟動(dòng)加載斜率（力矩）較大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速通過(guò)系統(tǒng)共振區(qū)間，啟動(dòng)敲擊小；當(dāng)啟動(dòng)加載斜率（力矩）較小時(shí)，在傳動(dòng)系統(tǒng)共振區(qū)間停留時(shí)間長(zhǎng)，易引起敲擊。但啟動(dòng)力矩太大會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上沖太高，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲大。

不同的停機(jī)扭矩對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)性能也有顯著影響。如圖5，當(dāng)停機(jī)扭矩過(guò)小時(shí)，扭振不收斂，導(dǎo)致車(chē)內(nèi)持續(xù)抖動(dòng)。停機(jī)扭矩也不能設(shè)計(jì)過(guò)大，扭矩過(guò)大會(huì)導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)減振器敲擊。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某新能源乘用車(chē)混動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)車(chē)型在整車(chē)調(diào)校過(guò)程中主觀評(píng)價(jià)存在整車(chē)啟停抖動(dòng)及敲擊等問(wèn)題并通過(guò)懸置隔振、扭轉(zhuǎn)減振器的匹配、控制策略優(yōu)化組合方案來(lái)解決該問(wèn)題的方法，從前期仿真分析到樣車(chē)階段試驗(yàn)驗(yàn)證去識(shí)別、校核及NVH優(yōu)化性能匹配、與控制策略優(yōu)化工程師聯(lián)調(diào)匹配，在整車(chē)狀態(tài)下試驗(yàn)測(cè)試懸置系統(tǒng)隔振率滿足要求的前提條件下，對(duì)混動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)關(guān)鍵性零部件扭轉(zhuǎn)減振器不同的剛度、阻尼、配合間隙、控制策略優(yōu)化等關(guān)鍵性能參數(shù)的匹配方案進(jìn)行了介紹，并對(duì)參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)可能導(dǎo)致的后果進(jìn)行了分析與說(shuō)明，為新能源汽車(chē)行業(yè)內(nèi)相同或類似新能源乘用車(chē)混動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)車(chē)型類型的車(chē)在前期設(shè)計(jì)階段及后期樣車(chē)調(diào)校階段主觀評(píng)價(jià)存在整車(chē)啟停抖動(dòng)及敲擊產(chǎn)生等問(wèn)題及NVH性能優(yōu)化提供參考。

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