張紅黨　楊宏圖　王峰

摘要：對混合動力汽車的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，分析了混合動力汽車動力切換時產(chǎn)生較大噪聲和振動等缺點(diǎn)，提出了基于車內(nèi)聲品質(zhì)的混合動力汽車動力切換控制控制策略，設(shè)計(jì)基于車內(nèi)聲品質(zhì)的混動動力切換控制的技術(shù)路線，為動力系統(tǒng)動力耦合控制提供理論和技術(shù)方面的支持。

關(guān)鍵詞：混合動力汽車；動力切換；控制策略；技術(shù)路線

中圖分類號：TB文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.33.093

1前言

目前，汽車工業(yè)已經(jīng)成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車產(chǎn)銷量已連續(xù)多年穩(wěn)居世界各國之首?；旌蟿恿ζ囇b備有內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)兩種動力源，兼顧了電動汽車和內(nèi)燃機(jī)汽車的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為汽車技術(shù)發(fā)展的趨勢之一。混合動力汽車不僅在環(huán)保和低能耗上有出色表現(xiàn)，而且在振動與噪聲整體控制上也體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。然而，混合動力汽車相對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，增加了電池組、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)等零部件，結(jié)構(gòu)和工作方式都變得較為復(fù)雜，由此引起的噪聲與振動源及其特性也發(fā)生了較大變化，如噪聲和振動源的增加且呈分散特點(diǎn)導(dǎo)致噪聲和振動特性分析難度加大；發(fā)動機(jī)和電機(jī)等設(shè)備的頻繁起停引起瞬態(tài)沖擊振動和高頻噪聲現(xiàn)象突出；整車乘客室內(nèi)外聲學(xué)環(huán)境噪聲減小使得噪聲源的貢獻(xiàn)比發(fā)生重大改變，從而影響了車內(nèi)聲品質(zhì)和車外噪聲等級。

混合動力汽車車內(nèi)聲品質(zhì)的研究很少，特別是對發(fā)動機(jī)頻繁起停引起的噪聲、動力耦合裝置在不同工況下機(jī)電動力的切換產(chǎn)生的振動沖擊和噪聲，對車內(nèi)聲環(huán)境的影響還缺少研究。

2動力切換控制策略方案的技術(shù)路線

本文在分析了國內(nèi)混合動力切換控制研究的基礎(chǔ)上，提出了一種遵循“理論研究”→“建立模型”→“提出策略”→“模型仿真”→“分析比較”→“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的技術(shù)路線。分析了混合動力系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、動力耦合裝置的振動噪聲特性的基礎(chǔ)上，先建立各裝置的動力模型，然后建立總的混合動力系統(tǒng)分析模型，研究不同工況下動力切換過程中的沖擊振動與噪聲。與此同時進(jìn)行車內(nèi)聲品質(zhì)主客觀評價，研究汽車車內(nèi)聲品質(zhì)特性與機(jī)電耦合動力系統(tǒng)耦合方式和動力分配的關(guān)系。最后以車內(nèi)聲品質(zhì)為目標(biāo)，研究汽車動力系統(tǒng)機(jī)電動力切換控制理論和協(xié)調(diào)控制策略，提出改善振動性能和聲品質(zhì)的協(xié)調(diào)控制方案，最后進(jìn)行實(shí)車實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

本文研究技術(shù)路線分為三條，其中一條技術(shù)路線是進(jìn)行混合動力汽車動力系統(tǒng)動力學(xué)特性和振動研究（圖1），另一條技術(shù)路線是進(jìn)行混合動力汽車車內(nèi)聲品質(zhì)研究（圖2），最后是基于車內(nèi)聲品質(zhì)的混動動力切換控制技術(shù)路線（圖3）。

3基于車內(nèi)聲品質(zhì)的動力切換控制技術(shù)研究內(nèi)容和步驟

該控制策略的技術(shù)研究路內(nèi)容和步驟如下：

（1）分析混合動力汽車動力系統(tǒng)振動及影響因素。以豐田卡羅拉混合動力汽車的動力系統(tǒng)為研究對象，分別建立發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和動力耦合裝置各系統(tǒng)的動力學(xué)分析模型。然后運(yùn)用多體系統(tǒng)動力學(xué)理論，建立機(jī)電統(tǒng)一的動力系統(tǒng)動力學(xué)分析模型。結(jié)合有限元方法，利用所建立的機(jī)電混合動力系統(tǒng)動力學(xué)分析模型。

（2）對混合動力汽車動力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定工況動力學(xué)特性分析，在建立的動力學(xué)模型上進(jìn)行仿真分析的同時，進(jìn)行穩(wěn)定工況下動力系統(tǒng)振動特性研究試驗(yàn)。在發(fā)動機(jī)處于某一特定工況時，分別測量電機(jī)單獨(dú)工作、發(fā)動機(jī)單獨(dú)工作、電機(jī)與發(fā)動機(jī)同時工作三種狀態(tài)下動力系統(tǒng)的振動參數(shù)，與此同時測量動力系統(tǒng)的噪聲。通過數(shù)據(jù)分析，判斷振動參數(shù)的改變對動力系統(tǒng)噪聲的影響。怠速工況下驅(qū)動電機(jī)不工作，僅有發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，此時分別分析發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)時和發(fā)動機(jī)發(fā)電時兩種情況下混合動力系統(tǒng)的振動噪聲特性。另外電機(jī)工作時，通過控制電流大小來測量動力系統(tǒng)的振動，從而分析電機(jī)參數(shù)對系統(tǒng)振動的影響，進(jìn)行試驗(yàn)分析。

（3）對混合動力汽車動力系統(tǒng)進(jìn)行過渡工況動力學(xué)特性分析。在結(jié)合動力學(xué)模型及切換協(xié)調(diào)控制策略仿真分析的基礎(chǔ)上，研究發(fā)動機(jī)起停、由電機(jī)驅(qū)動切換為機(jī)電混合驅(qū)動以及汽車加減速過渡工況下的混合動力系統(tǒng)的振動噪聲特性。具體是通過控制油門踏板、車速和蓄電池充電狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)控制發(fā)動機(jī)起停、不同模式切換和汽車加減速等工況，進(jìn)而對不同過渡工況下動力系統(tǒng)振動和噪聲進(jìn)行測試。

（4）以改善混合動力汽車車內(nèi)聲品質(zhì)為目標(biāo)的混合動力系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略優(yōu)化。基于試驗(yàn)和仿真分析，研究分析機(jī)電驅(qū)動方式的切換和不同供能比例對動力系統(tǒng)振動噪聲特性、車內(nèi)噪聲和聲品質(zhì)的影響；同時運(yùn)用最優(yōu)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等理論，研究混合動力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略，在保證汽車其他性能不變差的情況下，對混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和混合動力系統(tǒng)控制策略進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)課題研究目標(biāo)。

（5）最后進(jìn)行基于改良車內(nèi)聲品質(zhì)的為目標(biāo)的混合動力切換協(xié)調(diào)控制策略試驗(yàn)驗(yàn)證。選擇郊區(qū)車輛較少的平整柏油公路，選取混聯(lián)式試驗(yàn)樣車，利用多通道數(shù)采系統(tǒng)進(jìn)行聲音樣本采集。運(yùn)用已經(jīng)設(shè)計(jì)的動力切協(xié)調(diào)控制策略，分別采集混合動力汽車穩(wěn)定工況和過渡工況下的聲音樣本。然后對所采集的聲音樣本進(jìn)行主觀評價試驗(yàn)，對于穩(wěn)定工況下的車內(nèi)聲品質(zhì)的主觀評價采用成對比較法進(jìn)行評價，而對于過渡工況下的車內(nèi)聲品質(zhì)主觀評價采用等級評分法進(jìn)行主觀評價試驗(yàn)。

4結(jié)論

國內(nèi)外對混動汽車車內(nèi)聲環(huán)境的影響有不少研究，而機(jī)電混合動力切換的協(xié)調(diào)制策略及其對汽車沖擊振動和噪聲影響方面的研究幾乎是空白，尤其是對發(fā)動機(jī)頻繁起停引起的噪聲、動力耦合裝置在不同工況下機(jī)電動力的切換產(chǎn)生的振動沖擊和噪聲。因此，研究動力耦合裝置在不同工況下機(jī)電動力的切換產(chǎn)生的振動沖擊和噪聲對車內(nèi)聲環(huán)境的影響機(jī)制，將動力系統(tǒng)動力耦合控制與車內(nèi)聲品質(zhì)改善有機(jī)結(jié)合，為動力系統(tǒng)動力耦合控制提供理論和技術(shù)方面的支持。

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