雙電機(jī)混合動(dòng)力專(zhuān)用變速器發(fā)電路徑噪聲優(yōu)化控制

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力專(zhuān)用變速器（DHT）；嚙合齒輪；嘯叫；振動(dòng)傳遞

0 前言

隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的不斷推進(jìn)，混合動(dòng)力汽車(chē)以其突出的節(jié)能效果和良好的駕駛體驗(yàn)深受駕駛者的歡迎。目前，我國(guó)自主品牌汽車(chē)紛紛推出了串并聯(lián)架構(gòu)的雙電機(jī)混合動(dòng)力汽車(chē)方案。該方案可實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車(chē)在低速行駛時(shí)采用串聯(lián)模式，在高速行駛時(shí)采用并聯(lián)模式，因此可兼顧車(chē)輛在各種工況下的節(jié)油效果。

由于發(fā)電路徑存在發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)2 個(gè)動(dòng)力源，在發(fā)電工況下更容易出現(xiàn)噪聲?振動(dòng)?聲振粗糙度（NVH）問(wèn)題，為此針對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)電路徑嘯叫問(wèn)題，以上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司（SGMW）某P1+P3 架構(gòu)混合動(dòng)力車(chē)型為例，詳述了此類(lèi)問(wèn)題的分析過(guò)程和優(yōu)化改進(jìn)方案，以供參考。

1 雙電機(jī)混合動(dòng)力專(zhuān)用變速器混合動(dòng)力系統(tǒng)

SGMW 的某混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中混合動(dòng)力專(zhuān)用變速器（DHT）處于發(fā)動(dòng)機(jī)和雙電機(jī)中間，其主要功能為：① 承接發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸入，通過(guò)齒輪增速給P1 發(fā)電機(jī)發(fā)電，使發(fā)動(dòng)機(jī)和P1 發(fā)電機(jī)高效匹配，同時(shí)通過(guò)P1 發(fā)電機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟停控制；② 承接P3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力，通過(guò)齒輪減速增扭輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，同時(shí)在滑行或剎車(chē)時(shí)通過(guò)P3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)能回收；③ 集成差速器，通過(guò)差速器連接左右半軸，輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，同時(shí)在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)外側(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)速；④ 集成離合器，通過(guò)離合器的結(jié)合與分離實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力系統(tǒng)的串聯(lián)與并聯(lián)模式切換，提高動(dòng)力系統(tǒng)的工作效率。

2 DHT 嘯叫問(wèn)題測(cè)試

該車(chē)型在整車(chē)軟工裝開(kāi)發(fā)階段，DHT 在原地發(fā)電和并聯(lián)加速工況下存在嘯叫聲，通過(guò)實(shí)車(chē)主觀評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)60～95 km/h 加速工況嘯叫聲明顯可辨，油門(mén)幅度越大，聲音越明顯；90～95 km/h 以上嘯叫聲不可辨識(shí)，被發(fā)動(dòng)機(jī)及其他噪聲遮蓋，或嘯叫聲消失；加速油門(mén)放緩，保持60～95 km/h 勻速行駛，在駕駛室內(nèi)聽(tīng)不到嘯叫聲音。對(duì)嘯叫問(wèn)題車(chē)型進(jìn)行了實(shí)車(chē)噪聲采集，分析嘯叫的階次為61 和122 階，經(jīng)判斷為DHT 內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)輸入軸與發(fā)電機(jī)齒輪嚙合階次，如圖2 所示。

為了確定嘯叫點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和扭矩區(qū)間，布置傳感器的采集點(diǎn)分別為：① DHT 變速器殼體加速度傳感器；② 駕駛座右耳設(shè)置麥克風(fēng)；③ DHT 變速器左側(cè)設(shè)置近場(chǎng)麥克風(fēng)。對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、扭矩及油門(mén)開(kāi)度由行車(chē)電腦讀取，其信號(hào)采集點(diǎn)布置如圖3所示。

根據(jù)右耳麥克風(fēng)②和近場(chǎng)麥克風(fēng)③采集的色圖（color MAP），可判斷61、122 階次線和垂直的共振頻率線在2 800 Hz 附近存在嘯叫共振點(diǎn)，如圖4所示。

將color MAP 找到的階次線轉(zhuǎn)換為階次切片圖，如圖5 所示。由階次切片圖可識(shí)別出61 階嘯叫對(duì)應(yīng)的主要工況點(diǎn)，該工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速為2 783 r/min，扭矩為 127 N·m。

3 DHT 發(fā)電路徑嘯叫原因分析

對(duì)DHT 發(fā)電機(jī)的61 階嘯叫問(wèn)題進(jìn)行故障樹(shù)分析，如圖6 所示。鎖定嘯叫的原因?yàn)椋孩?殼體剛度不足，導(dǎo)致在齒輪受載工作時(shí)產(chǎn)生較大的變形量，造成嘯叫；② 齒輪微觀修形不合理，導(dǎo)致齒輪嚙合傳遞誤差大，造成嘯叫；③ 發(fā)動(dòng)機(jī)軸、殼體模態(tài)頻率低，部分轉(zhuǎn)速與齒輪產(chǎn)生的激勵(lì)共振，造成部分工況嘯叫明顯。

4 解決方案

針對(duì)導(dǎo)致61 階嘯叫的問(wèn)題，主要從以下3 個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)： ① 提高殼體剛度，減小變形； ② 調(diào)整微觀修形，減小激勵(lì)； ③ 調(diào)整軸模態(tài)，減小共振影響。

4. 1 提高殼體剛度

殼體加強(qiáng)設(shè)計(jì)前后的數(shù)模狀態(tài)如圖7 所示。對(duì)左右殼體均進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，包括加強(qiáng)軸承座剛度，降低軸承座受載荷時(shí)的變形及軸承位置位移，提升殼體整體模態(tài)，以此來(lái)提高輸入軸的頻率響應(yīng)，見(jiàn)表1和表2。

4. 2 齒輪微觀修形

基于發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)齒輪嘯叫及殼體更新，對(duì)齒輪進(jìn)行齒廓修形和螺旋角修形計(jì)算，降低61 階嘯叫噪聲激勵(lì)源，修形前齒面存在偏載問(wèn)題，發(fā)電機(jī)軸齒輪載荷偏向齒根偏向左齒面，修形后齒輪接觸更加居中，齒面應(yīng)力明顯降低，如圖8 所示。

4. 3 發(fā)動(dòng)機(jī)輸入齒軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化

結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)軸模態(tài)分析和MASTA 軟件總成分析結(jié)果，考慮軸的工藝性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將齒輪腹板由矩形改為錐形，如圖9 所示。提高發(fā)動(dòng)機(jī)軸齒圈的扭曲模態(tài)頻率，優(yōu)化后齒圈扭曲模態(tài)由2 901 Hz 提高到4 614 Hz，如圖10 所示。

5 優(yōu)化效果

實(shí)施上述加強(qiáng)殼體、修形齒輪、修改輪輻措施后，將DHT 總成裝入整車(chē)，進(jìn)行NVH 測(cè)試。分別在30%、40%、50%、60% 油門(mén)開(kāi)度（60% 以上開(kāi)度發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩不變）下進(jìn)行測(cè)試。在駕駛員耳旁布置麥克風(fēng)采集數(shù)據(jù)，在各油門(mén)開(kāi)度下，駕駛員耳旁61 階噪聲較原方案有明顯降低，如圖11 所示。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)故障樹(shù)分析等多種分析方法，確定DHT 嘯叫問(wèn)題的主要原因，并為此制定改善方向。運(yùn)用工程技術(shù)思想，通過(guò)提高殼體剛度、調(diào)整微觀修形、調(diào)整齒軸殼體模態(tài)等措施，解決整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中DHT 嘯叫問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)DHT 嘯叫問(wèn)題的原因分析及改進(jìn)措施，不僅可從系統(tǒng)層面解決嘯叫問(wèn)題，并且可為以后類(lèi)似項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提供參考。