某混合動力汽車動力總成噪聲的試驗評價

鮮敏，相龍洋

某混合動力汽車動力總成噪聲的試驗評價

鮮敏，相龍洋

（上海汽車集團股份有限公司技術中心，上海 201804）

介紹了某混合動力汽車的動力系統結構和工作模式，針對不同工作模式下動力總成噪聲的不同表現，通過測試動力總成噪聲、發動機、驅動電機和發電機的轉速和扭矩和動力電池電量等參數，并運用客觀試驗和聲功率級的方法對動力總成噪聲進行評價。結果表明：某混合動力汽車怠速+充電模式的動力總成噪聲聲功率級較純怠速模式高0.5dB(A)，差異主要集中在80-400Hz；發動機巡航+充電模式的噪聲聲功率級較純驅動電機巡航模式高2dB(A)，整個頻段的噪聲差異明顯。

混合動力；動力總成噪聲；怠速充電；巡航充電

前言

2018年中國汽車產銷完成2780.9萬輛和2808.1萬輛，連續十年蟬聯全球第一，產銷量比上年同期分別下降4.2%和2.8%。而新能源汽車增長明顯，較上年同期分別增長59.9%和61.7%，其中插電式混合動力汽車產銷比上年同期分別增長122%和118%[1]。

目前世界各國制定了更加苛刻的油耗目標以及禁售傳統燃油車的時間表，傳統燃油車將逐步退出歷史舞臺，比如德國和法國將于2030年和2040年將停售傳統燃油車，新能源汽車（含純電動，增程式和插電式油電混合汽車等）將成立主力軍。而作為全球最暢銷的混動汽車之一的某混合動力汽車，其獨有的混合動力結構專利技術一直被各大汽車品牌追逐[2][6]。

HEV混動系統不僅對降低油耗有巨大貢獻，而且對整車的NVH性能有重要影響。本文將通過試驗方法分析和評價某混合動力汽車的動力總成（發動機和減速器）在不同模式的穩態工況下的噪聲，為研究新能源汽車混動系統的NVH性能提供工程依據[3-4]。

1 某混合動力汽車混動結構概述

某混合動力汽車的動力總成結構如圖1所示，主要由動力電池、發動機、減速器、驅動電機和發電機等構成。發動機、驅動電機和發電機根據動力電池電量(SOC)狀態、加速需求和能量回收需求等，實時調整發動機、驅動電機和發電機的轉速比實現充電、加速、換擋和制動能量回收等功能。

圖1 某混合動力汽車動力總成結構簡圖

當動力電池電量（SOC）足夠高時，當需要急加速時，發動機、驅動電機和發電機的連接狀態如圖2所示[5]。

圖2 急加速工況下的動力總成連接狀態

當車輛處于倒檔狀態時，發動機、驅動電機和發電機的連接狀態如圖3所示，此時處于制動能量回收狀態，發電機工作，對動力電池進行充電[5]。

圖3 倒檔工況下的動力總成連接狀態

2 整車狀態下動力總成噪聲客觀試驗評價方法

整車狀態下動力總成噪聲客觀試驗評價采用聲功率級的方法，將動力總成(含發動機和減速器等)等效為一個立方體，在動力總成的正前方、左上方和右上方分別布置3個自由場傳聲器，如圖4所示。

圖4 動力總成噪聲聲功率級客觀試驗方法

試驗中，首先，根據動力總成的尺寸參數在整車上布置3個傳聲器；其次，測試整車狀態下動力總成在不同工況（如怠速、巡航等）下3個傳聲器的聲壓級；最后，通過聲功率級合成方法將3個傳聲器獲取的聲壓級進行合成，并得到整車狀態下動力總成的噪聲聲功率級。

圖4中，傳聲器2和傳聲器3位置對稱。

聲功率級合成方法：

LW=10*log10{C/(A0*P02)*(A1*P12+A2*P22+A3*P32)}+Lc（1）

其中

Lw-聲功率級；

C-常數；

Lc-加權系數，根據動力總成美化罩蓋的包覆面積確定；

A0-參考面積，1m2；

A1、A2和A3-分別為3個傳聲器對應的等效聲場面積(m2)，其中A2=A3；

P0-參考聲壓，20*10-6Pa；

P1、P2和P2-分別為3個傳聲器的聲壓。

3 動力總成怠速噪聲聲功率級

針對文中的某混合動力汽車，其發動機、驅動電機和發電機處于不同的連接狀態下，會引起整個動力總成噪聲的變化。因此本文將主要研究發動機、驅動電機和發電機處于不同模式下的怠速和巡航工況下的動力總成噪聲聲功率級。

對于某混合動力汽車，當車輛處于怠速（發動機起動）狀態時，存在兩種狀態：

（1）動力電池電量（SOC）高于閾值時，發動機純怠速，僅發動機工作，不對動力電池進行充電，如圖1所示。

（2）動力電池電量（SOC）低于閾值時，發動機將會起動，處于怠速狀態，同時發電機工作對動力電池進行充電，直至動力電池電量（SOC）高于閾值，如圖5所示。

圖5 怠速充電工況下動力總成連接狀態

兩種不同怠速模式，動力總成參數變化對動力總成噪聲聲功率級的影響值得研究。

圖6和圖7顯示，發動機純怠速模式下，發動機工作，驅動電機不工作，發電機空轉，不對動力電池進行充電，三者的扭矩均為零；

發動機怠速+充電模式下，發動機工作，提供正扭矩，發電機正轉，提供負扭矩給動力電池充電，驅動電機不工作。

圖8顯示，兩種模式的怠速狀態下的動力總成噪聲聲功率級的總體量級差異不大，差值0.5 dB(A)。80-400Hz段的噪聲聲功率級，發動機怠速充電狀態高于發動機純怠速狀態，其他頻率段噪聲聲功率差異較小。

圖6 不同怠速模式下動力總成轉速和動力電池電量變化

圖7 不同怠速模式下動力總成扭矩變化

圖8 不同怠速模式下的動力總成噪聲聲功率級

4 動力總成巡航噪聲聲功率級

對于某混合動力汽車，當車輛在道路上巡航(勻速)行駛的過程中，也存在兩種狀態：

（1）動力電池電量(SOC)高于閾值時，發動機不工作，僅依靠驅動電機驅動車輛行駛，發電機不對動力電池充電，如圖9所示。

圖9 純驅動電機驅動的巡航工況

（2）動力電池電量(SOC)低于閾值時，發動機將會起動，對動力電池充電，同時驅動車輛行駛，發電機工作對動力電池進行充電，直至動力電池電量(SOC)高于閾值，如圖10所示。

圖10 發動機和驅動電機驅動的巡航工況

巡航時，發動機、驅動電機和發電機的連接狀態對動力總成噪聲聲功率級有重要影響，有必要進行深入研究，以80kph巡航為例進行分析。

圖11 不同模式巡航下的動力總成轉速和動力電池電量變化

圖11和圖12顯示，僅依靠驅動電機驅動模式的巡航下，驅動電機正轉，提供正扭矩驅動車輛，發電機空轉，不提供扭矩，不對動力電池進行充電，發動機不工作，轉速為零。

發動機巡航+充電模式下，發動機工作，提供正扭矩驅動車輛，發電機正轉，提供負扭矩給動力電池充電，驅動電機空轉，不提供正扭矩，不驅動車輛。

圖13顯示，兩種模式巡航狀態下的動力總成噪聲聲功率級在總體和頻段的量級差異明顯，差值2 dB(A)。主要原因在于發動機巡航+充電模式下，發動機和發電機同時工作，發動機引起的噪聲聲功率級明顯增大和突顯，發動機工作對應頻段引起的噪聲聲功率級增大。

圖12 不同模式巡航下的動力總成扭矩變化

圖13 不同模式巡航下的動力總成噪聲聲功率級

5 結論

針對某混合動力汽車的動力總成結構形式，通過客觀試驗的方法研究了其在不同模式下的怠速和巡航工況下的動力總成噪聲聲功率級，并得到了以下結論。

（1）從發動機純怠速模式到發動機怠速+充電模式的轉換，兩者的動力總成噪聲聲功率級總體差異較小。

（2）從純驅動電機驅動的巡航模式到發動機驅動巡航+充電模式的轉換，兩者的動力總成噪聲聲功率級差異明顯，發動機工作的主要頻率段聲功率級突顯。

（3）下一步將研究混合動力結構不同的連接模式對加速噪聲聲功率級的影響。

[1] http://www.auto-stats.org.cn/ReadArticle.asp?NewsID=10406,2018年汽車工業經濟運行情況.

[2] 豐田普銳斯油電混合動力系統概述,徐禮財,技術與市場,2006-25, 36-37.

[3] 混合動力汽車NVH問題研究進展,李良,制造研究,2017-11,114.

[4] HEV動力切換過程車內振動與噪聲試驗分析,吳賽賽,噪聲與振動控制,2015年10月,第35卷第5期,91-96.

[5] http://www.diandong.com/zixun/39894.html,第四代普銳斯混合動力亮點解析.

[6] http://www.sohu.com/a/191132371_777213,工信部已啟動制定我國燃油車停產停售時間表.

Test Evaluation of HEV Powertrain Noise

Xian Min, Xiang Longyang

（SAIC Motor Technical Center, Shanghai 201804）

This paper introduced a HEV powertrain structure and working modes, based on different reflection of powertrain noise in various working modes, the powertrain noise was evaluated with noise power method through measuring noise, rotational speed and torque of engine, driving motor and generator, state of charge of battery. Results shows: Powertrain noise power of the HEV in Idle charging mode is higher than pure Idle mode for 0.5 dB(A), main frequency difference is between 80Hz and 400Hz; engine cruise and charging mode is higher than pure driving motor cruise mode for 2dB(A), the whole frequency noise is very different.

HEV; Powertrain Noise; Idle Charging; Cruise Charging

U469.7

B

1671-7988(2019)18-135-04

U469.7

B

1671-7988(2019)18-135-04

鮮敏，就職于上海汽車集團股份有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.045