某混合动力汽车动力总成噪声的试验评价

鲜敏，相龙洋

某混合动力汽车动力总成噪声的试验评价

鲜敏，相龙洋

（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）

介绍了某混合动力汽车的动力系统结构和工作模式，针对不同工作模式下动力总成噪声的不同表现，通过测试动力总成噪声、发动机、驱动电机和发电机的转速和扭矩和动力电池电量等参数，并运用客观试验和声功率级的方法对动力总成噪声进行评价。结果表明：某混合动力汽车怠速+充电模式的动力总成噪声声功率级较纯怠速模式高0.5dB(A)，差异主要集中在80-400Hz；发动机巡航+充电模式的噪声声功率级较纯驱动电机巡航模式高2dB(A)，整个频段的噪声差异明显。

混合动力；动力总成噪声；怠速充电；巡航充电

前言

2018年中国汽车产销完成2780.9万辆和2808.1万辆，连续十年蝉联全球第一，产销量比上年同期分别下降4.2%和2.8%。而新能源汽车增长明显，较上年同期分别增长59.9%和61.7%，其中插电式混合动力汽车产销比上年同期分别增长122%和118%[1]。

目前世界各国制定了更加苛刻的油耗目标以及禁售传统燃油车的时间表，传统燃油车将逐步退出历史舞台，比如德国和法国将于2030年和2040年将停售传统燃油车，新能源汽车（含纯电动，增程式和插电式油电混合汽车等）将成立主力军。而作为全球最畅销的混动汽车之一的某混合动力汽车，其独有的混合动力结构专利技术一直被各大汽车品牌追逐[2][6]。

HEV混动系统不仅对降低油耗有巨大贡献，而且对整车的NVH性能有重要影响。本文将通过试验方法分析和评价某混合动力汽车的动力总成（发动机和减速器）在不同模式的稳态工况下的噪声，为研究新能源汽车混动系统的NVH性能提供工程依据[3-4]。

1 某混合动力汽车混动结构概述

某混合动力汽车的动力总成结构如图1所示，主要由动力电池、发动机、减速器、驱动电机和发电机等构成。发动机、驱动电机和发电机根据动力电池电量(SOC)状态、加速需求和能量回收需求等，实时调整发动机、驱动电机和发电机的转速比实现充电、加速、换挡和制动能量回收等功能。

图1 某混合动力汽车动力总成结构简图

当动力电池电量（SOC）足够高时，当需要急加速时，发动机、驱动电机和发电机的连接状态如图2所示[5]。

图2 急加速工况下的动力总成连接状态

当车辆处于倒档状态时，发动机、驱动电机和发电机的连接状态如图3所示，此时处于制动能量回收状态，发电机工作，对动力电池进行充电[5]。

图3 倒档工况下的动力总成连接状态

2 整车状态下动力总成噪声客观试验评价方法

整车状态下动力总成噪声客观试验评价采用声功率级的方法，将动力总成(含发动机和减速器等)等效为一个立方体，在动力总成的正前方、左上方和右上方分别布置3个自由场传声器，如图4所示。

图4 动力总成噪声声功率级客观试验方法

试验中，首先，根据动力总成的尺寸参数在整车上布置3个传声器；其次，测试整车状态下动力总成在不同工况（如怠速、巡航等）下3个传声器的声压级；最后，通过声功率级合成方法将3个传声器获取的声压级进行合成，并得到整车状态下动力总成的噪声声功率级。

图4中，传声器2和传声器3位置对称。

声功率级合成方法：

LW=10*log10{C/(A0*P02)*(A1*P12+A2*P22+A3*P32)}+Lc（1）

其中

Lw-声功率级；

C-常数；

Lc-加权系数，根据动力总成美化罩盖的包覆面积确定；

A0-参考面积，1m2；

A1、A2和A3-分别为3个传声器对应的等效声场面积(m2)，其中A2=A3；

P0-参考声压，20*10-6Pa；

P1、P2和P2-分别为3个传声器的声压。

3 动力总成怠速噪声声功率级

针对文中的某混合动力汽车，其发动机、驱动电机和发电机处于不同的连接状态下，会引起整个动力总成噪声的变化。因此本文将主要研究发动机、驱动电机和发电机处于不同模式下的怠速和巡航工况下的动力总成噪声声功率级。

对于某混合动力汽车，当车辆处于怠速（发动机起动）状态时，存在两种状态：

（1）动力电池电量（SOC）高于阈值时，发动机纯怠速，仅发动机工作，不对动力电池进行充电，如图1所示。

（2）动力电池电量（SOC）低于阈值时，发动机将会起动，处于怠速状态，同时发电机工作对动力电池进行充电，直至动力电池电量（SOC）高于阈值，如图5所示。

图5 怠速充电工况下动力总成连接状态

两种不同怠速模式，动力总成参数变化对动力总成噪声声功率级的影响值得研究。

图6和图7显示，发动机纯怠速模式下，发动机工作，驱动电机不工作，发电机空转，不对动力电池进行充电，三者的扭矩均为零；

发动机怠速+充电模式下，发动机工作，提供正扭矩，发电机正转，提供负扭矩给动力电池充电，驱动电机不工作。

图8显示，两种模式的怠速状态下的动力总成噪声声功率级的总体量级差异不大，差值0.5 dB(A)。80-400Hz段的噪声声功率级，发动机怠速充电状态高于发动机纯怠速状态，其他频率段噪声声功率差异较小。

图6 不同怠速模式下动力总成转速和动力电池电量变化

图7 不同怠速模式下动力总成扭矩变化

图8 不同怠速模式下的动力总成噪声声功率级

4 动力总成巡航噪声声功率级

对于某混合动力汽车，当车辆在道路上巡航(匀速)行驶的过程中，也存在两种状态：

（1）动力电池电量(SOC)高于阈值时，发动机不工作，仅依靠驱动电机驱动车辆行驶，发电机不对动力电池充电，如图9所示。

图9 纯驱动电机驱动的巡航工况

（2）动力电池电量(SOC)低于阈值时，发动机将会起动，对动力电池充电，同时驱动车辆行驶，发电机工作对动力电池进行充电，直至动力电池电量(SOC)高于阈值，如图10所示。

图10 发动机和驱动电机驱动的巡航工况

巡航时，发动机、驱动电机和发电机的连接状态对动力总成噪声声功率级有重要影响，有必要进行深入研究，以80kph巡航为例进行分析。

图11 不同模式巡航下的动力总成转速和动力电池电量变化

图11和图12显示，仅依靠驱动电机驱动模式的巡航下，驱动电机正转，提供正扭矩驱动车辆，发电机空转，不提供扭矩，不对动力电池进行充电，发动机不工作，转速为零。

发动机巡航+充电模式下，发动机工作，提供正扭矩驱动车辆，发电机正转，提供负扭矩给动力电池充电，驱动电机空转，不提供正扭矩，不驱动车辆。

图13显示，两种模式巡航状态下的动力总成噪声声功率级在总体和频段的量级差异明显，差值2 dB(A)。主要原因在于发动机巡航+充电模式下，发动机和发电机同时工作，发动机引起的噪声声功率级明显增大和突显，发动机工作对应频段引起的噪声声功率级增大。

图12 不同模式巡航下的动力总成扭矩变化

图13 不同模式巡航下的动力总成噪声声功率级

5 结论

针对某混合动力汽车的动力总成结构形式，通过客观试验的方法研究了其在不同模式下的怠速和巡航工况下的动力总成噪声声功率级，并得到了以下结论。

（1）从发动机纯怠速模式到发动机怠速+充电模式的转换，两者的动力总成噪声声功率级总体差异较小。

（2）从纯驱动电机驱动的巡航模式到发动机驱动巡航+充电模式的转换，两者的动力总成噪声声功率级差异明显，发动机工作的主要频率段声功率级突显。

（3）下一步将研究混合动力结构不同的连接模式对加速噪声声功率级的影响。

[1] http://www.auto-stats.org.cn/ReadArticle.asp?NewsID=10406,2018年汽车工业经济运行情况.

[2] 丰田普锐斯油电混合动力系统概述,徐礼财,技术与市场,2006-25, 36-37.

[3] 混合动力汽车NVH问题研究进展,李良,制造研究,2017-11,114.

[4] HEV动力切换过程车内振动与噪声试验分析,吴赛赛,噪声与振动控制,2015年10月,第35卷第5期,91-96.

[5] http://www.diandong.com/zixun/39894.html,第四代普锐斯混合动力亮点解析.

[6] http://www.sohu.com/a/191132371_777213,工信部已启动制定我国燃油车停产停售时间表.

Test Evaluation of HEV Powertrain Noise

Xian Min, Xiang Longyang

（SAIC Motor Technical Center, Shanghai 201804）

This paper introduced a HEV powertrain structure and working modes, based on different reflection of powertrain noise in various working modes, the powertrain noise was evaluated with noise power method through measuring noise, rotational speed and torque of engine, driving motor and generator, state of charge of battery. Results shows: Powertrain noise power of the HEV in Idle charging mode is higher than pure Idle mode for 0.5 dB(A), main frequency difference is between 80Hz and 400Hz; engine cruise and charging mode is higher than pure driving motor cruise mode for 2dB(A), the whole frequency noise is very different.

HEV; Powertrain Noise; Idle Charging; Cruise Charging

U469.7

B

1671-7988(2019)18-135-04

U469.7

B

1671-7988(2019)18-135-04

鲜敏，就职于上海汽车集团股份有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.045