增程式車輛NVH設(shè)計要點

增程式車輛NVH設(shè)計要點編制 審核 批準(zhǔn) XXXXNVH分析室202X年X月X日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 概述 3\o"CurrentDocument"二、 增程器振動噪聲特性分析 3\o"CurrentDocument"三、 增程器振動噪聲控制 3\o"CurrentDocument"3.1傳統(tǒng)發(fā)動機、發(fā)電機NVH控制 3\o"CurrentDocument"3.2增程器布置及懸置優(yōu)化、添加聲學(xué)包裹 4\o"CurrentDocument"3.2整車運行策略優(yōu)化 4\o"CurrentDocument"四、 增程器在整車上的NVH問題 4\o"CurrentDocument"4.1問題1一怠速充電或低電量低速行駛車內(nèi)聲音與振動大 5\o"CurrentDocument"4.2問題2—怠速允電或低電量低速行駛車內(nèi)聲品質(zhì)差 6\o"CurrentDocument"4.3問題3—發(fā)動機高轉(zhuǎn)速運行車內(nèi)噪聲大 7\o"CurrentDocument"五、 增程式車輛NVH控制策略 7\o"CurrentDocument"5.1增程器選型 8\o"CurrentDocument"5.2增程器附件匹配 8\o"CurrentDocument"5.3懸置匹配 8\o"CurrentDocument"5.4進氣系統(tǒng) 9\o"CurrentDocument"5.5排氣系統(tǒng) 9\o"CurrentDocument"5.6聲包及密封 10\o"CurrentDocument"5.7增程器標(biāo)定策略匹配 10\o"CurrentDocument"六、 總結(jié) 11一、概述增程式電動車一直被視為是傳統(tǒng)燃油到純電動過渡階段的一種解決方案，增程式電動汽車動力總成中，由發(fā)動機、發(fā)電機兩套復(fù)雜部件共同組成的增程器作為重要的儲能供能設(shè)備，是混合動力系統(tǒng)發(fā)展中亟需解決和完善的關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來增程器研發(fā)的重點是系統(tǒng)集成控制及關(guān)鍵部件開發(fā)，關(guān)于其振動噪聲的研究尚未引起足夠重視。噪聲和振動是影響車輛乘坐舒適性的首要因素，減振降噪是增程器的開發(fā)和應(yīng)用中最大的挑戰(zhàn)之一。二、 增程器振動噪聲特性分析增程式電動汽車搭載的增程器通常是由傳統(tǒng)內(nèi)燃機與永磁同步發(fā)電機通過傳動軸或常閉離合器等剛性連接件直接機械連接而成，純電動模式行駛時整車振動噪聲均處于較低水平；增程模式下增程器正常運行時產(chǎn)生的振動噪聲較為顯著，影響車內(nèi)人員駕乘感受。這是因為純電動行駛工況下驅(qū)動電機運行時自身的動態(tài)平衡性能優(yōu)秀，產(chǎn)生的電磁噪聲和機械振動處在較低水平，此外發(fā)動機艙蓋隔音棉和車內(nèi)包裹性隔音材料也對這種噪聲起到了良好的消除作用，因此感受到的振動噪聲均處在較低水平。增程器起動后，傳統(tǒng)內(nèi)燃機運行時所產(chǎn)生的燃燒噪聲、機械噪聲、進排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲均沒有被消除，發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的交變力矩引發(fā)整個傳統(tǒng)系統(tǒng)產(chǎn)生的振動會通過傳動軸和機體傳至發(fā)電機和增程器各懸置點上，繼而傳至整個車身，駕駛員會從座椅和方向盤處感受到明顯的發(fā)動機振動。此外，整車控制器根據(jù)電池電量值和車速等條件控制增程器的起動與停止，增程器發(fā)動機的起停次數(shù)相對于傳統(tǒng)汽車發(fā)動機明顯增多。發(fā)動機起動時需要發(fā)電機產(chǎn)生反拖力矩輔助起動，并在0.4s內(nèi)將發(fā)動機拖動至怠速轉(zhuǎn)速；停機時也是由發(fā)電機先停機進而產(chǎn)生負(fù)載阻力矩輔助發(fā)動機停機，目的是為了加快發(fā)動機起動和停機速度，快速越過增程器共振的固有頻率帶，避免產(chǎn)生共振。即便采取這種方式，發(fā)動機起停時的振動噪聲相對于正常運行時依然會比較明顯。三、 增程器振動噪聲控制增程器振動噪聲控制主要集中在：傳統(tǒng)發(fā)動機、發(fā)電機減振降噪技術(shù)在增程器上應(yīng)用；增程器布置形式優(yōu)化、添加聲學(xué)包裹、懸置點結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及在整車控制層面上的運行策略優(yōu)化三個方面。3.1傳統(tǒng)發(fā)動機、發(fā)電機NVH控制1、 采用電子控制技術(shù)優(yōu)化燃燒過程；2、 提高關(guān)鍵零部件加工質(zhì)量和裝配精度；3、 振動表面貼黏彈性材料吸收振動能量；

4、 起動前活塞初始位置控制；5、 合理設(shè)計爪極，選擇適當(dāng)氣隙磁密；優(yōu)化轉(zhuǎn)子、定子、永磁體形狀及布置形式。3.2增程器布置及懸置優(yōu)化、添加聲學(xué)包裹1、 安裝時正確匹配動力總成結(jié)構(gòu)模態(tài)分布；2、 優(yōu)化增程器懸置系統(tǒng)（阻尼、剛度），避免其與車架耦合；3、 設(shè)計傳動系減振器降低車身振動；4、 為增程器添加聲學(xué)包裹吸收發(fā)電機高頻電磁噪聲及部分發(fā)動機噪聲等。3.2整車運行策略優(yōu)化1、 低速行駛時在動力電池電量允許的情況下盡量采用純電動模式行駛；2、 高速行駛時合理控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升速率，使其跟隨車速上升而逐漸增加，以利用高速行駛時的空氣噪聲和路面噪聲對發(fā)動機噪聲的掩蔽效果等。四、增程器在整車上的NVH問題增程器通常在電池電量較低的時候啟動，工作時主要存在如下的三個NVH問題:1、低電量充電車內(nèi)聲音與振動大2、低電量充電車內(nèi)聲品質(zhì)差3、發(fā)動機高轉(zhuǎn)速運行車內(nèi)噪聲與振動大雖然同樣是由發(fā)動機工作，但是增程器不再是車輛能量的唯一提供來源，功率輸出不取決于行駛阻力及汽車功能附件的需求，而取決于整車對增程器的功率需求。由于增程器系統(tǒng)主要振動噪聲源仍是發(fā)動機，從優(yōu)化發(fā)動機自身運行策略角度考慮降低增程器運行時的振動噪聲是主要方向。增程式電動汽車動力總成比傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，動力系統(tǒng)配備的大功率電池起到了儲能作用，發(fā)電機提供行駛動力而發(fā)動機與驅(qū)動輪間無直接機械連接，工作狀態(tài)不直接受負(fù)載功率需求影響。發(fā)動機功率的理論計算公式如下:P=(n*V*p)/30t發(fā)動機扭矩計算公式如下:9550*P(2)(3)T= (2)(3)n將式（1）代入式（2）可得:9550*n*V*p

T=30t

n以上公式中:〃為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，隨發(fā)動機運行狀態(tài)變化；P為缸內(nèi)平均壓力Mpa，隨發(fā)動機運行狀態(tài)變化；V為發(fā)動機排量，不隨發(fā)動機運行狀態(tài)變化；，為發(fā)動機行程，不隨發(fā)動機運行狀態(tài)變化。從如上式中可以看出，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和缸壓變化對應(yīng)輸出不同的發(fā)動機扭矩和發(fā)動機功率，增程器工作時，通過缸壓與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的標(biāo)定，實現(xiàn)不同的功率輸出。從NVH的角度看，增程發(fā)動機的轉(zhuǎn)速越低越好，但這與要盡量減小發(fā)動機尺寸的需求相矛盾，因為轉(zhuǎn)速的減小會降低可達到的輸出功率，所以在設(shè)計增程器工作點轉(zhuǎn)速和輸出功率時，應(yīng)綜合考慮NVH特性、發(fā)動機的效率和輸出功率。圖1增程式純電動汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.1問題1—怠速充電或低電量低速行駛車內(nèi)聲音與振動大增程純電動中，低電量怠速充電或低電量低速行駛時會對應(yīng)低的發(fā)動機輸出功率，通常會采用定轉(zhuǎn)速的發(fā)動機工作點，根據(jù)式（3）可看出，在轉(zhuǎn)速不變時，增大缸內(nèi)平均壓力p可以增大輸出功率，發(fā)動機的輻射噪聲及結(jié)構(gòu)振動是缸壓激勵再乘以傳遞函數(shù)的結(jié)果，因此，增大缸內(nèi)平均壓力p，發(fā)動機工作時的最大缸壓增大，發(fā)動機的輻射噪聲及結(jié)構(gòu)振動均會增大，導(dǎo)致車內(nèi)聲音與振動增大。

Cylind&rPressureCylind&rPressure圖2缸壓與發(fā)動機振動和聲音關(guān)系20N*M以某車型原地發(fā)電工況車內(nèi)噪聲統(tǒng)計為例，在900RPM怠速轉(zhuǎn)速下，60N*M與20N*M(傳統(tǒng)燃油車怠速開空調(diào)發(fā)動機扭矩)扭矩輸出產(chǎn)生了5dB(A)的噪聲增大。900RPM車內(nèi)聲壓-扭矩關(guān)系圖■車內(nèi)聲壓值■車內(nèi)聲壓值圖3同轉(zhuǎn)速車內(nèi)聲壓與發(fā)動機扭矩關(guān)系圖4.2問題2—怠速允電或低電量低速行駛車內(nèi)聲品質(zhì)差同一發(fā)動機同一工作轉(zhuǎn)速，比對其更高的扭矩輸出時，需要特別關(guān)注發(fā)動機本體在200-600HZ頻段的振動噪聲變化。該頻段的振動噪聲與曲軸、輪系的頻響特性有很高的關(guān)聯(lián)性，伴有很強的半階律動，既能通過空氣聲，也能通過結(jié)構(gòu)聲傳遞到乘員艙，是增程器最有挑戰(zhàn)的問題之一。以某一增程器為例，下圖此為增程器在1000RPM時，4Kw充電和14Kw充電時懸置振動及車內(nèi)噪聲對比，當(dāng)充電功率增大至14Kw后，懸置振動及車內(nèi)聲音整體變大，但200-500Hz之間的能量增大更明顯，使得車內(nèi)中頻段聲特征更容易被人感知，主觀體驗變差。

圖4同轉(zhuǎn)速不同充電功率懸置振動及車內(nèi)聲音FFT4.3問題3-發(fā)動機高轉(zhuǎn)速運行車內(nèi)噪聲大發(fā)動機高功率輸出時，為了保證較好的燃油經(jīng)濟性，需要在合適的高轉(zhuǎn)速運行。以下圖為例，發(fā)動機引起的噪聲隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速增高總體呈現(xiàn)增大的趨勢，4000RPM與2500RPM整體聲壓級增加5dB(A)，二階噪聲增加10dB(A)，如增程器因為整車功率需求的原因，存在4000RPM前后的工作點，將帶來車內(nèi)嚴(yán)重的噪聲問題；70.6365.77如M口［1.?十-一| 以口120000 2000 2400 70.6365.77如M口［1.?十-一| 以口120000 2000 2400 3003 3400 4000 4400 5000.00rpnISI1：EMSEn?Stl..Ezl^SdI(CH5T)圖5增程器加速車內(nèi)聲音曲線五、增程式車輛NVH控制策略增程式車輛NVH控制主要從基礎(chǔ)NVH性能匹配及增程器標(biāo)定策略匹配兩個方向?qū)崿F(xiàn)，增程器選型及匹配是保障增程器NVH性能的基礎(chǔ)，而標(biāo)定則是增程器NVH表現(xiàn)的最重要控制措施。在不考慮特殊的頻譜掩蔽效應(yīng)的與車速有關(guān)的車內(nèi)聲壓級目標(biāo)值分布帶如1-5所示，增程器發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和功率要根據(jù)不同的車速范圍采取不同的運行策略。低速行駛時，空氣噪聲和輪胎噪聲水平較低，此時若開啟增程器，發(fā)動機噪聲成為車廂內(nèi)噪聲主要成分，因此動力電池電量允許的情況下低速時應(yīng)盡量以純電動模式行駛；高速行駛時，空氣噪聲和輪胎噪聲水平隨車速提高而逐漸升高，合理控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升速率，使其隨車速上升而增加，并分別在某些固定車速下對發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)定限值，在增程器輸出功率能夠滿足整車控制器功率需求的情況下始終保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于當(dāng)前車速對應(yīng)的轉(zhuǎn)速限值。5.1增程器選型增程器選型需要考慮增程噪的工作區(qū)間，建議穩(wěn)態(tài)常用工況下增程噪的工作轉(zhuǎn)速不超過2500RPM，穩(wěn)態(tài)極限工況不超過3000RPM，超過3000RPM以上的工況只能為瞬態(tài)工況，根據(jù)如上發(fā)動機的工作轉(zhuǎn)速邊界，結(jié)合發(fā)動機萬有特性曲線及整車功率需求，選擇合適的發(fā)動機。5.2增程器附件匹配發(fā)動機的NVH開發(fā)是另一個更龐大的話題，足夠的結(jié)構(gòu)剛度（包括曲軸剛度、曲拐剛度、軸承座安裝點剛度等）是發(fā)動機本體NVH的基礎(chǔ)，同時做好外圍件的NVH匹配，包括TVD的匹配，皮帶的選型和模態(tài)避頻等，同時，發(fā)動機與發(fā)電機之間用花鍵連接，花鍵的精度、花鍵軸的剛度也需要明確的控制。5.3懸置匹配鐘擺式布置，考慮純電動限位及發(fā)動機振動隔振，而發(fā)動機的低頻振動和噪聲問題，可能引起更大的抱怨，優(yōu)先以發(fā)動機激勵控制為主，若后懸置拉桿無法滿足可靠性需求，可再增加一個限位懸置。

圖6懸置布置5.4進氣系統(tǒng)受限于機艙空間布置，增程器的空濾器通常采用頂置空濾布置，消聲容積滿足要求的情況下可滿足進行NVH開發(fā)需要，但做好諧振腔的預(yù)留。圖7進氣系統(tǒng)開發(fā)5.5排氣系統(tǒng)受電池影響，排氣總布置可能存在空間風(fēng)險，總布置需要滿足排氣消聲容積的需要，做好排氣的聲學(xué)調(diào)音及排氣結(jié)構(gòu)傳遞控制。

圖8排氣系統(tǒng)開發(fā)5.6聲包及密封兼顧電動車吸聲與增程器中低頻噪聲控制所需要的隔聲進行聲學(xué)包的方案設(shè)計，由于增程器在怠速等低背景噪聲工況下的聲音更大，需要比燃油車及純電動車更好的聲包方案。有無鼻中學(xué)沖對比圖9聲學(xué)包開發(fā)5.7增程器標(biāo)定策略匹配以轉(zhuǎn)速及輸出功率（或扭矩）為變量，通過增程器、電機&電控、電池控制、電器附件的工作點和相互匹配控制，選擇合適的增程器工作點，最大程度的挖掘動力總成的NVH潛力，通常需要通過大量的測試獲得整車增程器工作NVH性能MAP圖，用于增程