混合动力汽车噪声和振动特性及其控制

许林倩 　岳志强

摘 要：本文主要阐述了混合动力汽车的构成，分析了由组件变化导致的噪声和振动源以及其特性的变化，并提出了针对该汽车噪声和振动源的控制办法。

关键词：混合动力汽车 噪声 振动特性

Hybrid Electric Vehicle Noise and Vibration Characteristic and its Control

Xu Linqian，Yue Zhiqiang

Abstract：This article mainly describes the composition of hybrid electric vehicles， analyzes the noise and vibration sources and changes in their characteristics caused by component changes， and proposes control methods for the vehicle noise and vibration sources.

Key words：hybrid electric vehicle， noise， vibration characteristics

当今社会，在汽车研发的新领域中出现了一种混合动力汽车，该汽车的研发使国际汽车行业的霸主也很是关注。但是，在国际上针对该汽车振动和噪声的研究并不是很多。基于此，本文主要对该汽车的振动和噪声展开了比对、认真的分析和仔细的研究;讲述了与典型内燃机汽车相比，混合动力汽车的结构和组件的变化，以及由此和其他因素引起的噪声和振动源及主要特性变化。

1 混合动力汽车的构成以及噪声和振动源的特性

1.1 车辆的构造

混合動力汽车是一种新型的环保节能汽车，由两个动力源（发动机和电动机）驱动。使用两种能源的混合动力汽车特性为了使其能够适应并满足多种能源驱动的车辆的不同要求，在质量、结构和关键部件上都有重大变化。该汽车的结构和布局很复杂，添加了经典汽车里没有安装的一些其他组件，比如，配电设施、电机、能量转换器和大容量电池。通常，与具有内燃机的常规车辆相比，混合动力车辆的结构和零件的变化主要体现在以下几点。

1.1.1 动力体系

（1）常规的内燃机车辆全部依靠发动机来提供动力，而混合动力车辆是由发动机和电动机的组合驱动或两者分开驱动的;（2）混合动力汽车添加了电池用来供给辅助动力。因为想要最大力度的重复利用制动能，还添加了发电机，把制动能变换成电能并且保存在电池内;（3）使用了动力耦合设备来达到动力合成分配，让变速箱越发的复杂。

1.1.2 辅助体系

经典汽车的辅助体系一般靠发动机供给电力，包括冷却、转向压力泵、水泵、空调压缩机等都是使用电力的，而混合动力汽车把这些全部改为了电驱动，达到了只使用电动压缩机和电动泵就能保障每个部分正常使用。

1.1.3 车身和底盘体系

车辆的结构、质量、承受载重分配和运作的性能都因为动力体系和辅助体系的改变而改变，如果想要接受这种改变，混合动力车辆的车身和底盘体系就一定要做到改变。

1.2 动源和噪声振特性

按照对汽车的全车结构和组件改变的分析，该汽车的噪声和振动有着其独有的特性，与经典的内燃机车辆相对比较，具备以下特征：（1）全车结构的噪声和振动很受质量的影响;（2）减少了车辆的室内和室外声学环境中的噪声，并且车辆的声学特性改变;（3）噪声和振动源的分布更加分散;（4）瞬态冲击振动和高频噪声现象十分明显;（5）对噪声和振动源的渗透要求越发苛刻。

2 振动源和噪声分析

混合动力车辆虽然具备与经典汽车一样的振动和噪声问题，但也有其独特的振动和噪声问题。本文详细分析了混合动力车辆的振动和噪声问题。其振动和噪声来源一般是发动机、加/减速、升压电路、电机、车辆结构、动力耦合设备、制动等产生的噪声和振动。

2.1 发动机

在混合动力车辆中，发动机仍旧占据着噪声和振动的大部分，尽管噪声和振动已经有了很大的减少，但其特性也发生了显着变化。关于汽车发动机的噪声和振动，可以归纳以下几点：

（1）在汽车在城市之内慢速行驶过程中，发动机的热效率特别低，而且为了增加其燃料效率，必须经常启动、停止，就是因为发动机频繁地启动和停止，导致了经常出现噪声和振动，使乘客非常不舒服并且易于引起注意。（2）汽车开动时，变速箱处于主动齿轮中，因此发动机的扭矩脉动和振动就能够传送到整个动力体系，从而导致底板和座椅产生振动和噪音。（3）发动机在缓慢燃烧过程中，汽车会被初始扭矩波动影响，发出振动和噪声。该问题是因为发动机与变速箱相连。

2.2 发电机/电机

发电机/电机一般在汽车内有着辅助动力和发电的功能。其在车辆提速或爬升过程中能够供给其他的辅助动力，在降速或制动过程中还能够回收部分能量保存在电池内。如果发电机/电机供给辅助动力或发电，则主要噪声源为：电磁噪声，机械噪声和空气动力学噪声。

2.3 升压电路系统

如果要增加汽车的燃油率和动力，一般将升压电路系统添加到车辆中;升压电路系统会显着提高动力电压用来改变系统的功率和效率。伴随该汽车的电池电压增加，在感应器线圈内产生的交流磁场能够由交流快速转换电路来形成，随后产生磁芯的胀大和缩小、线圈振动以及磁致伸缩的情况。车辆内外噪声的噪声源也很大部分是因为系统导致的辐射噪声和振动;系统中发出的噪声与电流成正比，电机增加电流越大，系统发出的噪声就越大。

2.4 动力耦合装置

在汽车行驶阻力大时，产生的驱动力是由发动机和电机共同完成的，而动力耦合设备就是承担这种驱动力的。该设备的品质是能够关系到动力耦合效率和耦合时稳定性的重要因素。一旦在功率合成时耦合装置发现问题，那么耦合装置就会产生振动并发出噪音，另外，如果耦合功率输出不稳定，则连接到耦合设备的传统电源系统也会振动。

2.5 其他噪声和振动

在汽车加/减速度过程中，电机会随之加/减辅助转矩的输送。一旦电机产生的辅助转矩比发动机产生的转矩加/减得更快，那么两者都会导致不稳定的转矩，牵引转矩波动以及最终导致动力传递系统的扭转振动发生。高压镍氢或锂电池已被添加到混合动力汽车中，这种混合动力汽车非常重，数十或数百公斤，这些电池的放置和支撑会影响车辆的结构模式，随着电池质量的增加，整个车辆的模式频率会降低。因为混合动力汽车使用先进的电子电路控制技术，所以其电路系统和通风管道比传统的内燃机汽车更为复杂，而且在车身结构和内部之间通过会带有大量气孔，从而引起噪音和振动的问题。

3 混合动力汽车噪声和振动源的防控措施

3.1 发动机

发动机可以通过以下方式控制发动机噪音和振动：（1）改善发动机混合动力的变换掌控，用来减少发动机启用过程中产生的外部振动力;（2）改善发动机支撑系统用来传送振动特性;（3）采取低噪音的组成和传动方式;（4）加大主要零件的质量和配置精度;（5）在振动表面上使用弹性物体接收振动能。

3.2 电机

如要汽车的电机减少噪声，第一步要先降低电磁噪声，第二步降低机械结构噪声。

降低电磁噪声的办法有：（1）达到正弦励磁场并合理设计爪极用来降低谐波含量;（2）采用科学的气隙磁密度;（3）选用相应的槽配合，以免发生低次力波;（4）定子和转子之间的连接路径要对称且均匀，并且重叠紧密，尤其是，定子和其线圈一定要牢牢固定;（5）圆度和同轴度是定子和转子在加工与安装过程中一定要注意的事情。

降低机械结构的噪声办法：（1）把主要结构组件的固定频率偏离激振力的频率，特别是远离高激振力的振动频率;（2）在电机盖和定子之中安装弹性连接组件;（3）增加阻尼设备，提升电机的阻尼能力，用高能量来消耗内部能量，达到降低电机的振动情况。

3.3 升压电路系统

汽车在承载重物的情况下加速会产生更多的噪音。想要使系统里的噪声减少发生，一般采取几种办法来有效控制：（1）按时替换电磁线圈的磁芯材料，能够减少因磁变形和磁芯的胀大和缩小而产生的外力;（2）改变外壳和支架的振动特性;（3）改变车身振动和噪声的隔绝与吸收。

3.4 動力耦合设备

该设备的质量会严重影响动力开关过程中的稳定性及其工作效率。一方面，改善设备的控制算法;另一方面，应用仿真软件来模仿设备的性能，找出不科学的设计并对其进行改善。

3.5 其他噪音和振动

在汽车加/减速度过程中，如果主动力产生的扭矩和辅助动力产生的扭矩不配合，会导致冲击或不平稳。为了避免这种情况，设计控制器要准确地算出主动力产生的转矩，按照功率需要，再准确的算出辅助动力需要的扭矩，使两种动力产生的扭矩能够配合。

高压镍氢或锂电池在混合动力汽车中的放置和支撑会影响汽车的整体结构，把电池放在接近汽车振动节点的位置上能够减少噪声和振动，比如放于二排座位底下。

应该在空气动力学中针对汽车的电路系统和通风管道导致的气体噪声和振动进行改进。经空气动力学实验研究，完善回路系统和通风管道系统的结构设计，可以符合减少噪音和振动要求。

4 混合动力汽车噪声和振动控制的发展趋势

从汽车噪声和振动的特性和结构改变分析，其发展方向可归纳如下：（1）车辆噪声和振动源的综合分析;（2）车辆开发过程中的噪声和振动设计;（3）车辆内部和外部的客观和主观评估以及声学质量分析;（4）车辆模型条件分析和频率设计;（5）发动机运行的刹那振动研究和控制方法;（6）动力耦合过程中的研究和控制方法;（7）研究不同功率之间切换时的噪声和振动情况;（8）研究质量和布局改变对汽车噪声和振动的影响。

5 结语

要想解决混合动力汽车的噪声和振动问题，必须要重视其的振动和噪声特性。对于目前领域已经发现的特性，可以使用研发出来的一些办法，对于这些刚发现的噪声和振动问题，就需要研究出新的防控办法来减少汽车的噪声和振动，以达到乘坐的舒适性。

参考文献：

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