插电式混合动力汽车加速噪声分析和优化

王家辉，龙海威，刘渊，余淼



插电式混合动力汽车加速噪声分析和优化

王家辉，龙海威，刘渊，余淼

（广州汽车集团股份有限公司 汽车工程研究院，广东 广州 511434）

介绍了插电式混合动力汽车的动力系统结构形式和工作模式。针对增程模式下加速噪声大的问题，通过对噪声的频谱特征的分析，提出了优化发动机扭矩来降低加速噪声的方法。试验结果表明：优化发动机扭矩后，总声压级降低了6 dB(A)，二阶次噪声声压级降低了10 dB(A)，总声压级和二阶次噪声声压级差值由优化前的2 dB(A)增大到了6 dB(A)，主观评价轰鸣音完全消除，噪声水平可以接受。

插电式混合动力汽车；动力系统构型；加速噪声；发动机扭矩优化

插电式混合动力汽车（PHEV，Plug-in Hybrid Electric Vehicle）是目前市场上主流新能源车型的一种，是通过整车控制器（VCU，Vehicle Control Unit）控制电机、电池、离合器以及附件控制器，实现整车的驱动控制功能。插电式混合动力汽车的动力电池容量介于纯电动汽车和普通油电混合汽车的电池容量之间，动力电池既可以使用外部电源充电，又可以利用发动机带动发电机给电池充电。

插电式混合动力汽车工作模式一般有三种：

（1）纯电模式，发动机不启动；

（2）增程模式，发动机启动，仅用来发电；

（3）混动模式，发动机启动，同时参与发电及驱动。

在增程和混动模式，为了获得更高的充电效率，发动机往往处在高转速和高负荷的工况，车内噪声大，严重影响了车内乘客的舒适性。

本文针对某插电式混合动力汽车在增程模式下加速后排噪声大的问题，通过优化整车控制器软件标定参数，有效改善加速后排噪声，为以后类似问题的解决提供参考。

1 动力系统结构及噪声源判别

1.1 动力系统结构形式

本文介绍的插电式混合动力汽车，车辆采用广汽机电耦合器（GMC，GAC Mechatronics Coupling）动力系统构型，如图1所示。GMC系统是集成双电机、离合器和变速齿轮的机电耦合系统。双电机是指主驱动电机和发电机，其中，驱动电机通过变速齿轮将动力经差速器传递到车轮，发电机是经扭转减震器与发动机直接相连。此外，发动机输出轴上有离合器，当离合器接合时，发动机的动力可通过变速齿轮经差速器直接传递到轮端。

当发动机不工作时，驱动电机可以单独驱动整车，车辆可以在纯电动模式行驶；当发动机工作且离合器脱开时，发动机带动发电机发电作为增程器与动力电池共同驱动整车，车辆可以在增程模式行驶；当发动机工作且离合器结合时，发动机动力可以直接驱动整车行驶，同时发电机可发电调整发动机工作点，驱动电机可助力可发电，车辆可以在混动模式行驶。

图1 GMC动力系统构型

1.2 噪声源判别

由动力系统结构形式可以看出，主要的噪声源包括：发动机、发电机、驱动电机和差速器。根据各部件的工作特性及工程经验可知，发动机噪声主要是其转频的2阶和4阶噪声，噪声频率范围主要集中在中低频；发电机和驱动电机主要是中高频噪声，噪声在低转速和高转速段尤为明显；差速器噪声以齿轮的啸叫音为主，噪声的阶次与啮合齿轮的齿数有关。根据噪声的不同特征，主观评价可以初步判别出主要噪声源，再结合客观测试得到的噪声频谱确定噪声源。

2 加速噪声分析及优化

插电式混合动力车辆在增程模式下，主观感受噪声以中低频轰鸣为主，因此推断发动机仍然是最主要的噪声源。增程模式下，为了获得更高的充电功率，发动机的负荷往往会比较大，其噪声甚至比传统车的发动机噪声还要严重。为此，考虑通过优化发动机扭矩的方法来降低发动机噪声。

2.1 加速噪声测试分析

以某插电式混合动力汽车为例，主观评价该车在急加速工况、2000～2200 r/min的转速范围，后排存在明显的轰鸣音。图2为试验记录的后排右侧乘客左耳位置的加速噪声Colormap图，可以看到，在加速过程中的1800～2500 r/min范围，发动机2阶噪声具有明显的峰值，测试结果与主观评价基本一致。

图2 后排加速噪声Colormap图

为了更直观地表现发动机2阶噪声对总声压级的贡献，分别计算加速后排噪声总声压级和2阶噪声声压级，如图3所示，可以看到，后排噪声总声压级在2000～2300 r/min，有两个明显的峰值，同时2阶噪声也有对应的峰值，总声压级和2阶次声压级差值在2 dB(A)左右，因此主观评价会有明显的轰鸣和压耳感。

图3 后排加速噪声总值和2阶次噪声

2.2 发动机扭矩优化

增程模式下，发动机主要用来带动发电机给电池充电。为了获得更高的充电功率，保证整车的动力性，发动机实际工作的负荷较大、噪声较大。为了改善加速后排噪声的问题，同时尽可能保证整车的动力性，考虑只优化问题转速区间内的发动机扭矩。发动机扭矩优化前后的对比如表1所示，可以看到优化后，适当减小了1600～2600 r/min范围内的发动机扭矩。图4可更直观地看到扭矩优化前后的对比情况。

表1 发动机扭矩优化值

2.3 优化后噪声测试

优化发动机扭矩后，实车主观评价急加速后排噪声，有明显的改善，随后进行噪声的客观测试。图5为优化发动机扭矩后，客观试验记录的后排右侧乘客左耳位置的加速噪声Colormap图，对比图2可看到，发动机扭矩优化后，在加速过程的1800～2500 r/min范围，发动机2阶噪声峰值有明显改善，与主观评价结果一致。

图4 优化前后的发动机扭矩

图5 优化发动机扭矩后后排加速噪声Colormap图

图6为优化发动机扭矩前后，后排加速噪声总声压级和2阶次噪声声压级的对比，可以看到，优化发动机扭矩后，在发动机转速2000～2300 r/min范围内，后排噪声总声压级和2阶次噪声声压级有非常明显的降低，其中总声压级降低了6 dB(A)左右，2阶次噪声声压级降低了10 dB(A)左右，并且噪声总声压级和2阶次噪声声压级的差值由优化前的2 dB(A)扩大到了优化后的6 dB(A)，很好地消除了加速过程中后排轰鸣噪声，效果明显。

3 结论

针对某插电式混合动力汽车后排加速轰鸣的问题，通过主观评价及客观测试相结合的方法，确定加速轰鸣问题点对应的发动机转速范围。随后针对问题转速，优化发动机扭矩，主观评价后排加速轰鸣有明显的改善。最后，通过客观测试，验证了优化发动机扭矩可以非常有效地降低后排加速轰鸣音。

图6 发动机扭矩优化前后噪声曲线对比

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Analysis and Optimization on Speedup Noise in Plug-in Hybrid Electric Vehicle

WANG Jiahui，LONG Haiwei，LIU Yuan，YU Miao

( Automotive Engineering Institute, Guangzhou Automobile Group Co., Ltd.,Guangzhou 511434, China )

The aim of this paper was to analyze and optimize the speedup noise in Plug-in Hybrid Electric Vehicle(PHEV). Firstly, the structure and working mode of power system for PHEV were introduced in this paper. And then, based on the analysis of the noise spectrum characteristics, a method was proposed to decrease the acceleration noise in the extended range mode by optimizing engine torque. The test results show that the overall sound pressure level is decreased by 6 dB(A) and the 2ndsound pressure level is decreased by 10 dB(A) while the engine torque is optimized. The difference value between the overall sound level and the 2ndsound level is increased from 2 dB(A) to 6 dB(A). The booming sound had been eliminated completely and the sound level is acceptable.

plug-in hybrid electric vehicle；power system structure；acceleration noise；engine torque optimization

U467.1+1

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.10.004

1006－0316 (2018) 10－0016－04

2018－01－03

国家重点研发计划（2017YFB0103300）

王家辉（1989－），男，山东德州人，硕士研究生，主要研究方为新能源汽车整车控制器软件标定、新能源汽车振动噪声控制。