相龍洋 顧彥 魏娜

摘 要：插電混合動(dòng)力汽車的怠速工況，發(fā)動(dòng)機(jī)為電池充電，因此其怠速轉(zhuǎn)速比傳統(tǒng)燃油車更高。在熄火過程中可能會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)較大的問題，引起較大抱怨，嚴(yán)重影響整車品質(zhì)。文章對(duì)車內(nèi)振動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部控制參數(shù)進(jìn)行了深入測(cè)試及分析。綜合利用時(shí)頻分析，相關(guān)性分析和與燃油車對(duì)比分析的方法來識(shí)別熄火抖動(dòng)較大的原因。研究表明，插電混合動(dòng)力汽車由于怠速轉(zhuǎn)速較高，熄火時(shí)轉(zhuǎn)速下降較慢，激起了系統(tǒng)零部件結(jié)構(gòu)模態(tài)引起較大抖動(dòng)。通過優(yōu)化標(biāo)定策略可以迅速減小熄火過程的進(jìn)氣量，使轉(zhuǎn)速更快下降至停止，該方案將熄火過程的抖動(dòng)幅值改善了40%，主觀感受較好，達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：插電混合動(dòng)力汽車;熄火抖動(dòng);標(biāo)定優(yōu)化;進(jìn)氣量

中圖分類號(hào)：U469.72 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）12-129-03

Abstract： The idle condition of plug-in hybrid electric vehicle （PHEV） is different from that of traditional vehicle. The engine charges for the battery so that the idle engine rotational speed is higher than that of traditional vehicle. The power-off shake of PHEV may cause complaint. The vehicle vibration， engine speed and internal parameters are measured and analyzed. Then the time-frequency analysis， relevant analysis and comparison with traditional vehicle are conducted to identify the source of the power-off shake. The study reveals some conclusions. The slower engine speed drop stimulates the mode of one component to cause obvious shake. The calibration optimization allows less air into the engine during the power-off condition to make the speed drop much faster to zero. The optimization could improve the power-off shake by 40%.

Keywords： plug-in hybrid electric vehicle; power-off shake; calibration optimization; intake air

CLC NO.： U469.72 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-129-03

前言

汽車作為最常用的交通工具之一，各種工況下的車內(nèi)主觀感受越來越引起用戶和廠商的關(guān)注。汽車點(diǎn)火，怠速和熄火是每次開車時(shí)不可避免的工況。因而怠速熄火的車內(nèi)抖動(dòng)水平也是需要重點(diǎn)關(guān)注的。汽車是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)，包含各種振動(dòng)噪聲激勵(lì)源，這些激勵(lì)會(huì)通過不同的路徑傳遞到關(guān)注的響應(yīng)點(diǎn)，在此過程中會(huì)經(jīng)過結(jié)構(gòu)的衰減或放大[1]。由于傳遞路徑的復(fù)雜性和局限性，為了從根本上降低響應(yīng)點(diǎn)處的振動(dòng)噪聲幅值，優(yōu)化激勵(lì)源才是最有效的措施。

插電混合動(dòng)力汽車與傳統(tǒng)燃油車相比，工況更多，其怠速充電工況是最常用的工況之一。插電混動(dòng)汽車的怠速工況是發(fā)動(dòng)機(jī)為電池充電，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高。怠速熄火工況也與燃油車有所區(qū)別，可能會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題。通常怠速熄火抖動(dòng)的頻率較低，人體對(duì)低頻振動(dòng)更加敏感，所以會(huì)極大影響車內(nèi)用戶的主觀體驗(yàn)[2-3]。

本文針對(duì)插電混合動(dòng)力汽車的怠速熄火工況出現(xiàn)的抖動(dòng)大的問題開展研究，首先根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試評(píng)估其抖動(dòng)特征，然后針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，基于時(shí)頻分析[4-5]和與燃油車對(duì)比分析的方法，對(duì)怠速熄火抖動(dòng)問題的原因進(jìn)行深入識(shí)別。根據(jù)研究結(jié)果，通過標(biāo)定策略的優(yōu)化，從源頭上改善怠速熄火抖動(dòng)大的問題。

1 怠速熄火抖動(dòng)特征評(píng)估

首先對(duì)有熄火抖動(dòng)抱怨的插電混合動(dòng)力汽車進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試客觀數(shù)據(jù)。對(duì)整車由怠速工況熄火過程的振動(dòng)特征進(jìn)行深入測(cè)試分析?；谡駝?dòng)加速度傳感器測(cè)試車內(nèi)座椅導(dǎo)軌處的振動(dòng)，如圖1所示。座椅導(dǎo)軌處的振動(dòng)可以代表人體直接感受到的車內(nèi)振動(dòng)。此外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速在很大程度上反映發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)整車的激勵(lì)特征，故試驗(yàn)過程中同步采集了發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，以此來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)水平。在試驗(yàn)測(cè)試過程中，測(cè)試人員坐于車內(nèi)，對(duì)怠速熄火抖動(dòng)水平進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。

試驗(yàn)過程中，為了測(cè)試正常怠速熄火工況，首先需要將被測(cè)車輛熱車，監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫達(dá)到90度以上。其次檢查冷卻風(fēng)扇狀態(tài)，確認(rèn)風(fēng)扇處于不開啟的狀態(tài)，排除風(fēng)扇振動(dòng)的影響。然后基于專業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和采集軟件進(jìn)行測(cè)試，對(duì)怠速熄火工況的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集。

對(duì)怠速熄火工況采集到的車內(nèi)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，如圖2所示。由此可以發(fā)現(xiàn)，在整車點(diǎn)熄火及怠速運(yùn)行階段，10Hz附近有一條亮帶，說明系統(tǒng)中某個(gè)零部件的模態(tài)在10Hz附近。但是怠速過程振動(dòng)較小，無明顯抱怨。熄火時(shí)明顯激起了該模態(tài)，使振動(dòng)幅值明顯增大，引起抱怨。雖然系統(tǒng)中零部件存在模態(tài)是熄火抖動(dòng)的一個(gè)路徑原因。但激勵(lì)源是發(fā)動(dòng)機(jī)的熄火過程產(chǎn)生了過大的激勵(lì)，因此要從源頭改善該問題，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)特性進(jìn)行研究。

因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速可以一定程度上反映發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)激勵(lì)，所以提取熄火過程的振動(dòng)時(shí)域信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速進(jìn)行深入分析，如圖3所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，剛熄火時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然略有上升，引起了第一次抖動(dòng)，但幅值較小，且與怠速工況連續(xù)，主觀感受不甚明顯，不會(huì)引起較大的抱怨。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，車內(nèi)抖動(dòng)迅速下降，然后抖動(dòng)幅值突然增大，引起二次抖動(dòng)。其幅值最大達(dá)到0.25m/s2，導(dǎo)致主觀感受很差，會(huì)引起明顯抱怨。

2 怠速熄火抖動(dòng)原因識(shí)別

為了深入分析插電混合動(dòng)力汽車怠速熄火二次抖動(dòng)大的原因。又針對(duì)使用類似發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油車進(jìn)行了熄火過程的測(cè)試。因?yàn)槿加蛙囅ɑ鸲秳?dòng)沒有抱怨，所以可以作為對(duì)比進(jìn)行分析。

發(fā)動(dòng)機(jī)是熄火過程的激勵(lì)源，所以針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)輸出轉(zhuǎn)速進(jìn)行對(duì)比分析。將有熄火抖動(dòng)抱怨的插電混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速與沒有抱怨的燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速對(duì)比，其熄火過程轉(zhuǎn)速下降速率如圖4所示。

因?yàn)椴咫娀旌蟿?dòng)力汽車怠速工況，發(fā)動(dòng)機(jī)需要給電池充電，所以怠速轉(zhuǎn)速較高。燃油車怠速轉(zhuǎn)速較低。對(duì)比熄火過程發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速降低的速率可以發(fā)現(xiàn)。燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降更快，轉(zhuǎn)速下降速率為813rpm/s，可以較快的跨過系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)模態(tài)，不會(huì)引起較大抖動(dòng)。而插電混合動(dòng)力汽車轉(zhuǎn)速下降較慢，速率為693rpm/s，比燃油車慢了15%。因?yàn)檗D(zhuǎn)速下降慢，所以經(jīng)過零部件的10Hz左右的模態(tài)時(shí)產(chǎn)生明顯激勵(lì)，激發(fā)了該模態(tài)共振，產(chǎn)生了較大的抖動(dòng)，引起明顯抱怨。

通過與燃油車對(duì)比標(biāo)定策略，進(jìn)一步分析插電混合動(dòng)力汽車熄火過程轉(zhuǎn)速下降慢的原因。對(duì)于燃油車的熄火工況，其策略為當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火時(shí)轉(zhuǎn)速低于800rpm時(shí)立即通過減小節(jié)氣門開度將進(jìn)氣量調(diào)到0.8kg/h。因?yàn)槿加蛙嚨∷俎D(zhuǎn)速為680rpm，考慮到轉(zhuǎn)速波動(dòng)也不會(huì)超過800rpm，所以當(dāng)熄火命令發(fā)出時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量立即調(diào)整到最低，轉(zhuǎn)速迅速下降，達(dá)到停機(jī)狀態(tài)。

而對(duì)于有熄火抖動(dòng)抱怨的插電混合動(dòng)力汽車，其策略為當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火轉(zhuǎn)速低于1000rpm時(shí)通過減小節(jié)氣門開度將進(jìn)氣量調(diào)到較小值1.3kg/h。但是插電混合動(dòng)力汽車由于怠速充電的需要，怠速轉(zhuǎn)速高于1000rpm，當(dāng)熄火命令發(fā)出時(shí)，其進(jìn)氣量通過節(jié)氣門開度緩慢下調(diào)，調(diào)節(jié)速度較慢。因此轉(zhuǎn)速下降較慢，經(jīng)過零部件模態(tài)頻率附近時(shí)產(chǎn)生了較大的共振，引起了較大的熄火抖動(dòng)。

3 怠速熄火抖動(dòng)優(yōu)化

由以上分析可知，插電混合動(dòng)力汽車怠速熄火的標(biāo)定策略導(dǎo)致了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降慢，引起了明顯的怠速抖動(dòng)。因此可以通過標(biāo)定來進(jìn)行優(yōu)化。

經(jīng)過深入研究，標(biāo)定策略的優(yōu)化方案為，熄火命令發(fā)出后，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于1500rpm時(shí)立即通過減小節(jié)氣門開度將進(jìn)氣量調(diào)到最小值0.8kg/h，以此方法使熄火時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，快速跨過系統(tǒng)零部件的模態(tài)區(qū)域，減小對(duì)結(jié)構(gòu)的激勵(lì)。然后進(jìn)行優(yōu)化后的整車熄火過程測(cè)試，并與優(yōu)化前進(jìn)行對(duì)比。測(cè)得的熄火過程進(jìn)氣量對(duì)比如圖5所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后，熄火過程發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量更小，以此可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降速率。

優(yōu)化前后整車車內(nèi)座椅導(dǎo)軌振動(dòng)時(shí)域信號(hào)對(duì)比如圖6所示。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后由于轉(zhuǎn)速下降慢引起的二次抖動(dòng)幅值得到大幅改善。優(yōu)化前抱怨的抖動(dòng)幅值為0.25m/s2， 優(yōu)化后該幅值降低到0.15m/s2，優(yōu)化幅度達(dá)到40%。優(yōu)化后主觀感受很好，不會(huì)有明顯抱怨，達(dá)到了優(yōu)化目的。

4 結(jié)論

本文針對(duì)插電混合動(dòng)力汽車怠速熄火抖動(dòng)大的問題進(jìn)行了深入研究和優(yōu)化。首先根據(jù)試驗(yàn)評(píng)估熄火抖動(dòng)的特征并識(shí)別出其原因。由于熄火過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門開度和進(jìn)氣量下調(diào)較慢，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降較慢，經(jīng)過系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)模態(tài)時(shí)引起共振，產(chǎn)生明顯的熄火抖動(dòng)。通過標(biāo)定策略優(yōu)化，熄火時(shí)迅速減小進(jìn)氣量，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，快速跨過結(jié)構(gòu)共振區(qū)，不會(huì)產(chǎn)生較大的激勵(lì)，因此抖動(dòng)幅值明顯降低。優(yōu)化后，車內(nèi)熄火抖動(dòng)幅值改善了40%，車內(nèi)不會(huì)感受到明顯的抖動(dòng)，達(dá)到了良好的優(yōu)化效果。

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