王維振　銀銘強(qiáng)　張欣　張帥

摘 要：為了提高并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的穩(wěn)定性和舒適性，本文針對(duì)并聯(lián)式混合動(dòng)力公交車混動(dòng)模式行駛過(guò)程中，伴隨司機(jī)松油門踩油門操作出現(xiàn)的沖擊異響問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，策略修改以及試驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)增加預(yù)緊扭矩的方式，可有效解決并聯(lián)混合動(dòng)力公交車松油門踩油門異響問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)混合動(dòng)力 異響 傳動(dòng)系 預(yù)緊扭矩

Research on Abnormal Noise of Parallel Hybrid Power System when Stepping on Accelerator

Wang WeizhenYin Mingqiang Zhang Xin Zhang Shuai

Abstract：To improve the stability and comfort of the parallel hybrid electric vehicle， this article analyzes the modification and test verification and cause of the abnormal noise caused by the driver's operation of releasing the accelerator pedal and stepping on the accelerator during the hybrid mode of the parallel hybrid electric bus. By increasing the pre-tightening torque， it can effectively solve the abnormal noise of the parallel hybrid bus when the accelerator is released and when the accelerator is stepped on.

Key words：parallel hybrid power， abnormal noise， drive train， preload torque

1 引言

隨著大氣環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重和石油危機(jī)的不斷加劇，傳統(tǒng)燃油汽車逐漸為人們所詬病，目前，各國(guó)都在研發(fā)新型的節(jié)能無(wú)污染綠色汽車[1]，包括：純電動(dòng)EV（electric vehicle）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車HEV（hybrid electric vehicle）、燃料電池汽車FCV（fuel cell vehicle）。其中，純電動(dòng)汽車因其續(xù)航里程短，能源補(bǔ)給慢，廢舊電池二次污染等問(wèn)題諸多應(yīng)用場(chǎng)景受到限制;燃料電池汽車目前成本昂貴、運(yùn)行壽命較低、氫燃料基礎(chǔ)設(shè)施缺乏，短期內(nèi)推廣困難;在這種情況下，混合動(dòng)力汽車便成為目前新能源汽車中最具產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化前景的車輛，混合動(dòng)力汽車將兩種或更多能量轉(zhuǎn)換技術(shù)和一種或更多能量?jī)?chǔ)存技術(shù)合為一體，使得混合動(dòng)力汽車兼具新能源車節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，同時(shí)還具有傳統(tǒng)燃油車?yán)m(xù)航里程長(zhǎng)，補(bǔ)給方便的優(yōu)勢(shì)[2]。

相較于傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)，混合動(dòng)力系統(tǒng)更加復(fù)雜。既包括傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)形式的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)還包括電機(jī)、電池、電控“大三電”系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)按照能量合成的方式可分為3種基本類型： 串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。其中并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)以其動(dòng)力性好、道路適應(yīng)強(qiáng)等特點(diǎn)得到了廣泛的推廣配套。并聯(lián)式混合動(dòng)力可由發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)或各自單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，具有純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式，純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式以及混合驅(qū)動(dòng)模式，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：

混合動(dòng)力系統(tǒng)多具有兩套動(dòng)力裝置，使其可在短時(shí)間內(nèi)提供更大的驅(qū)動(dòng)力矩，獲得更高的加速度，但由于部件較多，不同部件之間的連接非絕對(duì)剛性，如果控制策略不完善，極易產(chǎn)生異響。車輛異響不但影響舒適性，更可能導(dǎo)致機(jī)械部件疲勞損壞，影響產(chǎn)品可靠性，造成財(cái)產(chǎn)損失，威脅人身安全。目前學(xué)者們已經(jīng)對(duì)混合動(dòng)力汽車動(dòng)力性和操控性方面進(jìn)行了大量探索研究，但目前關(guān)于混動(dòng)公交車起步階段振動(dòng)噪聲控制研究尚不多見(jiàn)，本文針對(duì)并聯(lián)混合動(dòng)力公交車，松油門踩油門異響問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)研究。

2 松油門踩油門問(wèn)題異響簡(jiǎn)述及原因分析

當(dāng)并聯(lián)式混合動(dòng)力公交車以混合驅(qū)動(dòng)模式行駛，司機(jī)由于疲勞或者路況發(fā)生變化，快速松開(kāi)油門，間隔較短時(shí)間，重新踩下油門時(shí)，可明顯聽(tīng)到車輛后部傳來(lái)沖擊異響，而純電動(dòng)行駛時(shí)，同樣工況和控制策略情況下，基本聽(tīng)不到異響。

沖擊異響產(chǎn)生機(jī)理推測(cè)如圖2所示：

1）當(dāng)司機(jī)踩油門行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出正扭矩，傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)扭矩正向;混動(dòng)變速器輸入軸扭振大小會(huì)影響變速器敲擊，當(dāng)變速器輸入軸扭振大于變速器單體敲擊閾值時(shí)，敲擊現(xiàn)象明顯，小于閾值時(shí)，敲擊現(xiàn)象則不明顯。

2）當(dāng)松開(kāi)油門時(shí)，由于司機(jī)無(wú)驅(qū)動(dòng)意圖，電機(jī)扭矩下降直至為0Nm，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入斷油模式，由于發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦扭矩和附件扭矩的存在，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸端凈扭矩為負(fù)值;傳動(dòng)系驅(qū)動(dòng)扭矩反向，傳動(dòng)系間隙分開(kāi);

3）當(dāng)司機(jī)重新踩油門時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)（氣體機(jī)）初始噴油扭矩較大且難以控制，導(dǎo)致傳動(dòng)系扭矩突然變?yōu)檎?，傳?dòng)系間隙快速結(jié)合，導(dǎo)致整車沖擊異響。

司機(jī)松踩油門時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩變化見(jiàn)圖3所示。

3 消除沖擊異響控制模型搭建

針對(duì)上述對(duì)松踩油門沖擊異響的原因分析，擬通過(guò)預(yù)緊扭矩的方式消除松踩油門沖擊異響，控制策略如圖4所示：

1）當(dāng)油門松開(kāi)時(shí)，司機(jī)無(wú)加速需求，控制電機(jī)扭矩下降直到為0Nm，控制發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩下降直到某一小扭矩，該小扭矩存在的目的在于保證傳動(dòng)系間隙不分開(kāi)，同時(shí)保證車輛無(wú)加速趨勢(shì);

2）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩達(dá)到目標(biāo)值后，開(kāi)始計(jì)時(shí)。目的在于避免該小扭矩長(zhǎng)時(shí)間保持，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性嚴(yán)重惡化，同時(shí)又可最大限度解決司機(jī)松開(kāi)油門，短時(shí)間后，重踩油門導(dǎo)致的沖擊異響問(wèn)題;

3）計(jì)時(shí)結(jié)束后，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩清零，整車進(jìn)入能量回收狀態(tài)。

為消除沖擊異響搭建的部分控制模型見(jiàn)圖5所示：

4 預(yù)緊扭矩標(biāo)定及試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

利用Artemis SUITS振動(dòng)噪聲測(cè)試設(shè)備測(cè)量變速箱處于后橋處的振動(dòng)噪聲，同時(shí)將整車CAN數(shù)據(jù)接入Artemis SUITS數(shù)據(jù)采集模塊，便于對(duì)比分析整車CAN數(shù)據(jù)與振動(dòng)、噪聲數(shù)據(jù)。傳感器布置與設(shè)備連接如圖6所示：

4.2 預(yù)緊扭矩標(biāo)定與試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)公交車運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，當(dāng)預(yù)緊扭矩即發(fā)動(dòng)機(jī)小扭矩保持時(shí)間標(biāo)定為3s時(shí)，可覆蓋大多數(shù)短時(shí)間內(nèi)松踩油門情況。

分別標(biāo)定預(yù)緊扭矩為0Nm，20Nm，40Nm，50Nm，80Nm，測(cè)試松踩油門過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩變化及車輛行駛方向的加速度變化情況。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)預(yù)緊扭矩小于50Nm時(shí)，松踩油門沖擊異響明顯，預(yù)緊扭矩50Nm以上時(shí)，車內(nèi)基本感受不到?jīng)_擊異響，其中預(yù)緊扭矩為0Nm和50Nm時(shí)的測(cè)試結(jié)果如圖7和圖8所示。對(duì)比圖7和圖8可見(jiàn)，當(dāng)無(wú)預(yù)緊扭矩時(shí)（預(yù)緊扭矩等于0），隨著發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的突然變化，可見(jiàn)車輛行駛方向的振動(dòng)加速度波動(dòng)明顯，最大超過(guò)80m/s2，車內(nèi)可聽(tīng)到明顯異響;當(dāng)預(yù)緊扭矩標(biāo)定為50Nm時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩?zé)o突變，車輛行駛方向振動(dòng)加速度僅有一處超過(guò)20m/s2，絕大部分時(shí)間車輛行駛方向振動(dòng)加速度未超過(guò)10m/s2，車內(nèi)基本聽(tīng)到不異響。

5 結(jié)論

本文對(duì)短時(shí)間內(nèi)松踩油門導(dǎo)致車輛沖擊異響的原因進(jìn)行了分析，沖擊異響的產(chǎn)生需滿足兩個(gè)條件：1）傳動(dòng)系存在間隙;2）驅(qū)動(dòng)扭矩存在突變。由于傳動(dòng)系間隙無(wú)法消除且發(fā)動(dòng)機(jī)（氣體機(jī)）初始噴氣扭矩難以精確控制，導(dǎo)致混合驅(qū)動(dòng)模式下沖擊異響難以避免。本文通過(guò)增加發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)緊扭矩的方式，防止傳動(dòng)系間隙的突然分合，避免了沖擊異響的產(chǎn)生。本文為解決沖擊異響問(wèn)題提供了方向，借助電機(jī)扭矩響應(yīng)快速、精確的特性可解決其他工況下由傳動(dòng)系間隙導(dǎo)致的沖擊異響問(wèn)題。

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