并联混合动力系统踩油门冲击异响问题研究

王维振　银铭强　张欣　张帅

摘 要：为了提高并联式混合动力汽车的稳定性和舒适性，本文针对并联式混合动力公交车混动模式行驶过程中，伴随司机松油门踩油门操作出现的冲击异响问题进行了原因分析，策略修改以及试验验证。通过增加预紧扭矩的方式，可有效解决并联混合动力公交车松油门踩油门异响问题。

关键词：并聯混合动力 异响 传动系 预紧扭矩

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

随着大气环境污染的日趋严重和石油危机的不断加剧，传统燃油汽车逐渐为人们所诟病，目前，各国都在研发新型的节能无污染绿色汽车[1]，包括：纯电动EV（electric vehicle）、混合动力电动汽车HEV（hybrid electric vehicle）、燃料电池汽车FCV（fuel cell vehicle）。其中，纯电动汽车因其续航里程短，能源补给慢，废旧电池二次污染等问题诸多应用场景受到限制;燃料电池汽车目前成本昂贵、运行寿命较低、氢燃料基础设施缺乏，短期内推广困难;在这种情况下，混合动力汽车便成为目前新能源汽车中最具产业化和市场化前景的车辆，混合动力汽车将两种或更多能量转换技术和一种或更多能量储存技术合为一体，使得混合动力汽车兼具新能源车节能、环保的特点，同时还具有传统燃油车续航里程长，补给方便的优势[2]。

相较于传统动力系统，混合动力系统更加复杂。既包括传统动力系统形式的发动机、传动机构，同时还包括电机、电池、电控“大三电”系统。混合动力系统按照能量合成的方式可分为3种基本类型： 串联式、并联式和混联式。其中并联式混合动力系统以其动力性好、道路适应强等特点得到了广泛的推广配套。并联式混合动力可由发动机和电机共同驱动或各自单独驱动，具有纯电动驱动模式，纯发动机驱动模式以及混合驱动模式，其结构如图1所示：

混合动力系统多具有两套动力装置，使其可在短时间内提供更大的驱动力矩，获得更高的加速度，但由于部件较多，不同部件之间的连接非绝对刚性，如果控制策略不完善，极易产生异响。车辆异响不但影响舒适性，更可能导致机械部件疲劳损坏，影响产品可靠性，造成财产损失，威胁人身安全。目前学者们已经对混合动力汽车动力性和操控性方面进行了大量探索研究，但目前关于混动公交车起步阶段振动噪声控制研究尚不多见，本文针对并联混合动力公交车，松油门踩油门异响问题进行了详细研究。

2 松油门踩油门问题异响简述及原因分析

当并联式混合动力公交车以混合驱动模式行驶，司机由于疲劳或者路况发生变化，快速松开油门，间隔较短时间，重新踩下油门时，可明显听到车辆后部传来冲击异响，而纯电动行驶时，同样工况和控制策略情况下，基本听不到异响。

冲击异响产生机理推测如图2所示：

1）当司机踩油门行驶时，发动机输出正扭矩，传动系驱动扭矩正向;混动变速器输入轴扭振大小会影响变速器敲击，当变速器输入轴扭振大于变速器单体敲击阈值时，敲击现象明显，小于阈值时，敲击现象则不明显。

2）当松开油门时，由于司机无驱动意图，电机扭矩下降直至为0Nm，发动机进入断油模式，由于发动机摩擦扭矩和附件扭矩的存在，发动机曲轴端净扭矩为负值;传动系驱动扭矩反向，传动系间隙分开;

3）当司机重新踩油门时，发动机（气体机）初始喷油扭矩较大且难以控制，导致传动系扭矩突然变为正向，传动系间隙快速结合，导致整车冲击异响。

司机松踩油门时，发动机扭矩变化见图3所示。

3 消除冲击异响控制模型搭建

针对上述对松踩油门冲击异响的原因分析，拟通过预紧扭矩的方式消除松踩油门冲击异响，控制策略如图4所示：

1）当油门松开时，司机无加速需求，控制电机扭矩下降直到为0Nm，控制发动机扭矩下降直到某一小扭矩，该小扭矩存在的目的在于保证传动系间隙不分开，同时保证车辆无加速趋势;

2）当发动机扭矩达到目标值后，开始计时。目的在于避免该小扭矩长时间保持，导致经济性严重恶化，同时又可最大限度解决司机松开油门，短时间后，重踩油门导致的冲击异响问题;

3）计时结束后，发动机扭矩清零，整车进入能量回收状态。

为消除冲击异响搭建的部分控制模型见图5所示：

4 预紧扭矩标定及试验验证

4.1 试验准备

利用Artemis SUITS振动噪声测试设备测量变速箱处于后桥处的振动噪声，同时将整车CAN数据接入Artemis SUITS数据采集模块，便于对比分析整车CAN数据与振动、噪声数据。传感器布置与设备连接如图6所示：

4.2 预紧扭矩标定与试验结果分析

通过对公交车运行数据分析，当预紧扭矩即发动机小扭矩保持时间标定为3s时，可覆盖大多数短时间内松踩油门情况。

分别标定预紧扭矩为0Nm，20Nm，40Nm，50Nm，80Nm，测试松踩油门过程中发动机扭矩变化及车辆行驶方向的加速度变化情况。测试结果发现，当预紧扭矩小于50Nm时，松踩油门冲击异响明显，预紧扭矩50Nm以上时，车内基本感受不到冲击异响，其中预紧扭矩为0Nm和50Nm时的测试结果如图7和图8所示。对比图7和图8可见，当无预紧扭矩时（预紧扭矩等于0），随着发动机扭矩的突然变化，可见车辆行驶方向的振动加速度波动明显，最大超过80m/s2，车内可听到明显异响;当预紧扭矩标定为50Nm时，发动机扭矩无突变，车辆行驶方向振动加速度仅有一处超过20m/s2，绝大部分时间车辆行驶方向振动加速度未超过10m/s2，车内基本听到不异响。

5 结论

本文对短时间内松踩油门导致车辆冲击异响的原因进行了分析，冲击异响的产生需满足两个条件：1）传动系存在间隙;2）驱动扭矩存在突变。由于传动系间隙无法消除且发动机（气体机）初始喷气扭矩难以精确控制，导致混合驱动模式下冲击异响难以避免。本文通过增加发动机预紧扭矩的方式，防止传动系间隙的突然分合，避免了冲击异响的产生。本文为解决冲击异响问题提供了方向，借助电机扭矩响应快速、精确的特性可解决其他工况下由传动系间隙导致的冲击异响问题。

参考文献：

[1]万佳. 混合动力电动汽车总成参数匹配与控制策略研究[D].南昌大学，2008.

[2]信继欣. 清洁汽车的发展与东风公司的发展战略研究[D].武汉理工大学，2002.

[3]彭涛，陈全世. 并联混合动力电动汽車动力系统的参数匹配[J].机械工程学报，2003.Vol.39 No.2pp.69-73.

[4]郭孔辉.汽车操纵动力学 吉林科学技术出版社，1991.

[5]侯俊剑，马军，肖艳秋. 某中型客车传动系异常振响问题分析和控制[J] 机械设计与制造，2017.Vol8 pp57-60.