并聯混合動力系統踩油門沖擊異響問題研究

王維振　銀銘強　張欣　張帥

摘 要：為了提高并聯式混合動力汽車的穩定性和舒適性，本文針對并聯式混合動力公交車混動模式行駛過程中，伴隨司機松油門踩油門操作出現的沖擊異響問題進行了原因分析，策略修改以及試驗驗證。通過增加預緊扭矩的方式，可有效解決并聯混合動力公交車松油門踩油門異響問題。

關鍵詞：并聯混合動力 異響 傳動系 預緊扭矩

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

隨著大氣環境污染的日趨嚴重和石油危機的不斷加劇，傳統燃油汽車逐漸為人們所詬病，目前，各國都在研發新型的節能無污染綠色汽車[1]，包括：純電動EV（electric vehicle）、混合動力電動汽車HEV（hybrid electric vehicle）、燃料電池汽車FCV（fuel cell vehicle）。其中，純電動汽車因其續航里程短，能源補給慢，廢舊電池二次污染等問題諸多應用場景受到限制;燃料電池汽車目前成本昂貴、運行壽命較低、氫燃料基礎設施缺乏，短期內推廣困難;在這種情況下，混合動力汽車便成為目前新能源汽車中最具產業化和市場化前景的車輛，混合動力汽車將兩種或更多能量轉換技術和一種或更多能量儲存技術合為一體，使得混合動力汽車兼具新能源車節能、環保的特點，同時還具有傳統燃油車續航里程長，補給方便的優勢[2]。

相較于傳統動力系統，混合動力系統更加復雜。既包括傳統動力系統形式的發動機、傳動機構，同時還包括電機、電池、電控“大三電”系統。混合動力系統按照能量合成的方式可分為3種基本類型： 串聯式、并聯式和混聯式。其中并聯式混合動力系統以其動力性好、道路適應強等特點得到了廣泛的推廣配套。并聯式混合動力可由發動機和電機共同驅動或各自單獨驅動，具有純電動驅動模式，純發動機驅動模式以及混合驅動模式，其結構如圖1所示：

混合動力系統多具有兩套動力裝置，使其可在短時間內提供更大的驅動力矩，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剛性，如果控制策略不完善，極易產生異響。車輛異響不但影響舒適性，更可能導致機械部件疲勞損壞，影響產品可靠性，造成財產損失，威脅人身安全。目前學者們已經對混合動力汽車動力性和操控性方面進行了大量探索研究，但目前關于混動公交車起步階段振動噪聲控制研究尚不多見，本文針對并聯混合動力公交車，松油門踩油門異響問題進行了詳細研究。

2 松油門踩油門問題異響簡述及原因分析

當并聯式混合動力公交車以混合驅動模式行駛，司機由于疲勞或者路況發生變化，快速松開油門，間隔較短時間，重新踩下油門時，可明顯聽到車輛后部傳來沖擊異響，而純電動行駛時，同樣工況和控制策略情況下，基本聽不到異響。

沖擊異響產生機理推測如圖2所示：

1）當司機踩油門行駛時，發動機輸出正扭矩，傳動系驅動扭矩正向;混動變速器輸入軸扭振大小會影響變速器敲擊，當變速器輸入軸扭振大于變速器單體敲擊閾值時，敲擊現象明顯，小于閾值時，敲擊現象則不明顯。

2）當松開油門時，由于司機無驅動意圖，電機扭矩下降直至為0Nm，發動機進入斷油模式，由于發動機摩擦扭矩和附件扭矩的存在，發動機曲軸端凈扭矩為負值;傳動系驅動扭矩反向，傳動系間隙分開;

3）當司機重新踩油門時，發動機（氣體機）初始噴油扭矩較大且難以控制，導致傳動系扭矩突然變為正向，傳動系間隙快速結合，導致整車沖擊異響。

司機松踩油門時，發動機扭矩變化見圖3所示。

3 消除沖擊異響控制模型搭建

針對上述對松踩油門沖擊異響的原因分析，擬通過預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）當油門松開時，司機無加速需求，控制電機扭矩下降直到為0Nm，控制發動機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系間隙不分開，同時保證車輛無加速趨勢;

2）當發動機扭矩達到目標值后，開始計時。目的在于避免該小扭矩長時間保持，導致經濟性嚴重惡化，同時又可最大限度解決司機松開油門，短時間后，重踩油門導致的沖擊異響問題;

3）計時結束后，發動機扭矩清零，整車進入能量回收狀態。

為消除沖擊異響搭建的部分控制模型見圖5所示：

4 預緊扭矩標定及試驗驗證

4.1 試驗準備

利用Artemis SUITS振動噪聲測試設備測量變速箱處于后橋處的振動噪聲，同時將整車CAN數據接入Artemis SUITS數據采集模塊，便于對比分析整車CAN數據與振動、噪聲數據。傳感器布置與設備連接如圖6所示：

4.2 預緊扭矩標定與試驗結果分析

通過對公交車運行數據分析，當預緊扭矩即發動機小扭矩保持時間標定為3s時，可覆蓋大多數短時間內松踩油門情況。

分別標定預緊扭矩為0Nm，20Nm，40Nm，50Nm，80Nm，測試松踩油門過程中發動機扭矩變化及車輛行駛方向的加速度變化情況。測試結果發現，當預緊扭矩小于50Nm時，松踩油門沖擊異響明顯，預緊扭矩50Nm以上時，車內基本感受不到沖擊異響，其中預緊扭矩為0Nm和50Nm時的測試結果如圖7和圖8所示。對比圖7和圖8可見，當無預緊扭矩時（預緊扭矩等于0），隨著發動機扭矩的突然變化，可見車輛行駛方向的振動加速度波動明顯，最大超過80m/s2，車內可聽到明顯異響;當預緊扭矩標定為50Nm時，發動機扭矩無突變，車輛行駛方向振動加速度僅有一處超過20m/s2，絕大部分時間車輛行駛方向振動加速度未超過10m/s2，車內基本聽到不異響。

5 結論

本文對短時間內松踩油門導致車輛沖擊異響的原因進行了分析，沖擊異響的產生需滿足兩個條件：1）傳動系存在間隙;2）驅動扭矩存在突變。由于傳動系間隙無法消除且發動機（氣體機）初始噴氣扭矩難以精確控制，導致混合驅動模式下沖擊異響難以避免。本文通過增加發動機預緊扭矩的方式，防止傳動系間隙的突然分合，避免了沖擊異響的產生。本文為解決沖擊異響問題提供了方向，借助電機扭矩響應快速、精確的特性可解決其他工況下由傳動系間隙導致的沖擊異響問題。

參考文獻：

[1]萬佳. 混合動力電動汽車總成參數匹配與控制策略研究[D].南昌大學，2008.

[2]信繼欣. 清潔汽車的發展與東風公司的發展戰略研究[D].武漢理工大學，2002.

[3]彭濤，陳全世. 并聯混合動力電動汽車動力系統的參數匹配[J].機械工程學報，2003.Vol.39 No.2pp.69-73.

[4]郭孔輝.汽車操縱動力學 吉林科學技術出版社，1991.

[5]侯俊劍，馬軍，肖艷秋. 某中型客車傳動系異常振響問題分析和控制[J] 機械設計與制造，2017.Vol8 pp57-60.