增程式电动汽车振动噪声匹配策略研究

增程式电动汽车振动噪声匹配策略研究

黄忠辕 陈芳 刘思源

1. 中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司 天津 300300 2. 3武警后勤学院 天津 300309

摘要：增程式电动汽车作为电动汽车的一种新型技术路线，通过增加一套增程器系统来克服纯电动汽车续驶里程短的缺陷。然而，受增程器控制策略的影响，增程式电动汽车的噪声、振动及声振粗糙度（NVH）问题更为复杂。不合理的匹配控制逻辑，极易造成加速噪声大、轰鸣等问题，且后期更改成本大、周期长。本文旨在对增程式电动汽车的振动噪声匹配策略进行深入研究，提出有效的优化方案，以提升整车的NVH性能。

关键词：增程式；电动汽车；振动噪声

引言

随着电动汽车技术的不断发展，增程式电动汽车作为一种结合了纯电动汽车和混合动力汽车优点的车型，逐渐受到市场的青睐。然而，增程器的引入也给整车的NVH性能带来了新的挑战。增程器在工作过程中产生的振动和噪声，会直接影响乘客的乘坐舒适性。因此，如何有效匹配增程器的振动噪声，成为增程式电动汽车研发过程中需要重点解决的问题。

1增程式电动汽车NVH问题概述

增程式电动汽车的NVH问题具有其独特性。增程器作为其核心部件，通常由发动机、发电机、连接轴系和控制器等组成，其工作原理是在电池电量低时启动发动机发电，为电池充电或直接驱动电动机，以延长续驶里程。增程器的结构特点使得其质心、转动惯量等与传统发动机有显著差异，这对整车的NVH性能产生了影响。相较于传统燃油车和纯电动车，增程式电动汽车的NVH问题更为复杂。增程器在工作时会产生振动和噪声，同时其控制策略还需与整车动力系统协调匹配，以确保性能。若匹配控制逻辑不合理，极易导致加速噪声大、轰鸣等NVH问题，影响乘坐舒适性。

2增程式电动汽车振动噪声来源分析

2.1 发动机振动噪声

发动机作为增程器的主要噪声源，其振动噪声构成复杂且显著。首先，燃烧噪声是发动机振动噪声的重要组成部分，其源于燃料在气缸内燃烧时产生的压力波动，这种波动通过发动机结构向外辐射，形成可闻的噪声。其次，进排气噪声同样不可忽视，是由气体在进排气管道中流动时产生的涡流和湍流引起的，特别是在气体流速较高或管道存在突变时，噪声尤为明显。此外，冷却风扇噪声也是发动机噪声的一个来源，当风扇叶片高速旋转时，会切割空气产生空气动力噪声，对整车NVH性能产生影响。这些噪声源相互叠加，使发动机成为增程式电动汽车振动噪声控制的关键对象。因此，在增程式电动汽车的研发过程中，必须针对发动机振动噪声进行深入研究和有效控制。

2.2 发电机振动噪声

发电机作为增程器的另一重要噪声源，其振动噪声同样不可忽视。发电机振动噪声主要来源于两个方面：电磁噪声和机械振动噪声。电磁噪声是由于发电机定子绕组中的电流变化所产生的磁场变化所引发的，这种磁场变化会导致定子铁芯振动，进而产生噪声。而机械振动噪声则是由发电机转子旋转时产生的离心力和不平衡力引起的，这些力会导致发电机结构振动，从而产生噪声。因此，在增程式电动汽车的NVH设计中，对发电机振动噪声的有效控制同样至关重要。

2.3传动系统振动噪声

传动系统是增程器中连接发动机与发电机的重要部分，其振动噪声对整车的NVH性能有着显著影响。传动系统的振动噪声主要源自齿轮啮合噪声、轴承噪声以及轴系振动噪声。齿轮在啮合过程中会产生冲击和摩擦，进而引发噪声；轴承内部零件的相对运动则会产生摩擦和振动，同样贡献噪声；而轴系的不平衡和弯曲变形也会导致振动噪声的产生。这些噪声源相互交织，使得传动系统成为增程式电动汽车振动噪声控制的关键环节之一。因此，在增程式电动汽车的设计中，对传动系统的振动噪声进行有效控制显得尤为重要。

2.4进排气系统振动噪声

进排气系统是增程式电动汽车中负责气体交换的关键系统，其振动噪声对整车的NVH性能有着重要影响。进排气系统的振动噪声主要来源于气流噪声和管壁振动噪声。气体在进气管和排气管中流动时，会产生涡流和湍流，这些流动现象会激发出气流噪声。同时，高速流动的气体冲击管壁，会引起管壁的振动，进而产生管壁振动噪声。这些噪声不仅影响乘坐舒适性，还可能对周围环境造成干扰。因此，在增程式电动汽车的设计中，需要针对进排气系统的振动噪声进行精细化控制，以提升整车的NVH性能。

3增程式电动汽车振动噪声匹配策略

3.1增程器选型及匹配

增程器的选型及匹配是增程式电动汽车NVH性能优化的关键环节。在选型过程中，必须全面考虑增程器的工作区间、燃油经济性、动力性能以及NVH性能等多方面因素。为了确保整车的舒适性和静谧性，建议稳态常用工况下增程器的工作转速控制在2500RPM以内，而稳态极限工况下的转速则不应超过3000RPM。超过3000RPM的工况应仅限于瞬态，以避免长时间高转速运行带来的振动和噪声问题。此外，根据发动机的具体工作转速边界，结合其万有特性曲线以及整车的功率需求，精准选择合适的发动机型号，是实现增程器与整车完美匹配、提升NVH性能的重要保障。通过科学合理的选型及匹配，可以有效降低增程器在运行过程中的振动和噪声，为乘客提供更加愉悦的驾乘体验。

3.2 增程器附件匹配

增程器附件的匹配在整车NVH性能中扮演着至关重要的角色。为了确保发动机的高效稳定运行并降低振动噪声，必须确保发动机本体具备足够的结构刚度，包括曲轴刚度、曲拐刚度以及轴承座安装点刚度等关键指标的严格把控。此外，外围件的NVH匹配同样不容忽视，如TVD（扭转减振器）的精准匹配、皮带的合理选型以及模态避频设计等都是提升NVH性能的重要手段。在发动机与发电机的连接上，采用花键连接是确保动力传输平稳、减少振动和噪声的有效途径。为此，必须严格控制花键的加工精度，并确保花键轴的刚度达到既定标准，以承受发动机运行过程中的各种载荷和振动。通过精细化的附件匹配设计，可以显著提升增程器的整体NVH性能，为乘客提供更加安静、舒适的驾乘环境。

3.3 增程器本体NVH匹配

增程器本体的NVH匹配是提升增程式电动汽车整体舒适性的关键一环，主要包括悬置匹配、进气系统匹配以及排气系统匹配等多个方面。在悬置匹配方面，悬置系统的设计至关重要，直接关系到发动机振动能否得到有效隔离，从而减少车身振动，提升乘坐舒适性。建议采用钟摆式布置方式，这种设计能够兼顾纯电动限位与发动机振动隔振的双重需求。在匹配过程中，需特别关注发动机的低频振动和噪声问题，优先考虑通过优化发动机激励控制来从根本上解决这些问题。若后悬置拉杆的可靠性无法满足实际需求，可以考虑增加一个限位悬置，以进一步优化NVH性能，确保发动机在各种工况下都能保持平稳运行。

进气系统匹配方面，受限于机舱空间的有限布置，增程器的空滤器通常采用顶置空滤布置。在消声容积满足设计要求的情况下，这种布置方式可以满足NVH开发的基本需求。但值得注意的是，为了进一步降低进气噪声，需要预留好谐振腔的位置，通过合理的谐振腔设计来有效吸收和衰减进气过程中产生的噪声。

在排气系统的开发过程中，声包及密封环节的设计至关重要。为了有效控制电动车的吸声以及增程器的中低频噪声，需要精心设计声学包方案，确保声包的吸声性能、密封性能以及耐久性都能满足实际需求。特别需要注意的是，在增程器怠速等低背景噪声的工况下，其声音相对较大，因此需要提出比传统燃油车和纯电动车更为出色的声包设计方案，以进一步降低噪声水平，提升整车的NVH性能。

3.4 增程器标定策略匹配

增程器的标定策略匹配是提升整车NVH性能的关键措施之一。以转速及输出功率（或扭矩）为变量，通过综合考量增程器、电机、电控、电池控制以及电器附件的工作点和相互匹配关系，选择合适的增程器工作点。这样可以最大程度地挖掘动力总成的NVH潜力。通常需要通过大量的测试获得整车增程器工作NVH性能MAP图，用于增程器工作点的选择。标定工作主要在样车阶段开展，需要NVH部门与标定部门联合开展，制定合理的标定策略。在标定过程中，需密切关注增程器在不同工况下的噪声、振动表现，不断优化控制策略，确保增程器与整车系统的高效协同。同时，应验证标定策略的实际效果，及时调整优化，以达成最佳的NVH性能，提升整车的驾驶舒适性和品质感。

4结语

本文通过对增程式电动汽车振动噪声匹配策略的研究，提出了有效的优化方案。通过增程器选型及匹配、附件匹配、本体NVH匹配以及标定策略匹配等方面的优化措施，可以显著提升整车的NVH性能。然而，随着电动汽车技术的不断发展，增程式电动汽车的NVH问题也将面临新的挑战。未来需要进一步深入研究增程器与整车动力系统的协调匹配关系，探索更加先进的NVH控制技术和方法，以不断提升增程式电动汽车的乘坐舒适性和市场竞争力。

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