双电机混合动力专用变速器发电路径噪声优化控制
摘要：在双电机混合动力专用变速器（DHT）开发过程中，发电路径齿轮容易出现啸叫问题。针对某混合动力车型搭载的双电机 DHT 啸叫问题，分别对发电路径上啮合齿轮激励源和振动传递路径进行系统分析，最终通过对激励源的阶次对比及对传递路径的解耦验证，确定了车辆啸叫的主要原因为变速器壳体刚度不足、齿轮微观修形不合理、发动机轴模态频率低。为此，提出了量化发电路径啸叫问题的改进措施，并进行整车搭载验证，有效地解决了DHT 啸叫问题。关键词：混合动力专用变速器（DHT）；啮合齿轮；啸叫；振动传递随着我国“双碳”目标的不断推进，混合动力汽车以其突出的节能效果和良好的驾驶体验深受驾驶者的欢迎。目前，我国自主品牌汽车纷纷推出了串并联架构的双电机混合动力汽车方案。该方案可实现混合动力汽车在低速行驶时采用串联模式，在高速行驶时采用并联模式，因此可兼顾车辆在各种工况下的节油效果。由 于 发 电 路 径 存 在 发 动 机 和 发 电 机 2 个 动 力源，在发电工况下更容易出现噪声‑振动‑声振粗糙度（NVH）问题，为此针对混合动力汽车发电路径啸叫问题，以上汽通用五菱汽车股份有限公司（SGMW）某 P1+P3 架构混合动力车型为例，详述了此类问题的分析过程和优化改进方案，以供参考。SGMW 的某混合动力汽车传动系统结构如图 1所示。其中混合动力专用变速器（DHT）处于发动机和双电机中间，其主要功能为：① 承接发动机动力输入，通过齿轮增速给 P1 发电机发电，使发动机和 P1 发电机高效匹配，同时通过 P1 发电机对发动机进行启停控制；② 承接 P3 驱动电机动力，通过齿轮减速增扭输出动力驱动车辆，同时在滑行或刹车时通过 P3 驱动电机进行动能回收；③ 集成差速器，通过差速器连接左右半轴，输出驱动电机或发动机动力，同时在车辆转弯时自动调节内外侧车轮转速；④ 集成离合器，通过离合器的结合与分离实现混合动力系统的串联与并联模式切换，提高动力系统的工作效率。该车型在整车软工装开发阶段，DHT 在原地发电和并联加速工况下存在啸叫声，通过实车主观评价，发现 60~95 km/h 加速工况啸叫声明显可辨，油门幅度越大，声音越明显；90~95 km/h 以上啸叫声不可辨识，被发动机及其他噪声遮盖，或啸叫声消失；加速油门放缓，保持 60~95 km/h 匀速行驶，在驾驶室内听不到啸叫声音。对啸叫问题车型进行了实车噪声采集，分析啸叫的阶次为 61 和 122 阶，经判断为 DHT 内发动机输入轴与发电机齿轮啮合阶次，如图 2 所示。为了确定啸叫点对应的转速和扭矩区间，布置传感器的采集点分别为：① DHT 变速器壳体加速度传感器；② 驾驶座右耳设置麦克风；③ DHT 变速器左侧设置近场麦克风。对应的转速、扭矩及油门开度 由 行 车 电 脑 读 取 ，其 信 号 采 集 点 布 置 如 图 3所示。根据右耳麦克风②和近场麦克风③采集的色图（color MAP），可判断 61、122 阶次线和垂直的共振频 率 线 在 2 800 Hz 附 近 存 在 啸 叫 共 振 点 ，如 图 4所示。将 color MAP 找 到 的 阶 次 线 转 换 为 阶 次 切 片图，如图 5 所示。由阶次切片图可识别出 61 阶啸叫对应的主要工况点，该工况点的转速为 2 783 r/min，扭矩为 127 N·m。对 DHT 发电机的 61 阶啸叫问题进行故障树分析，如图 6 所示。锁定啸叫的原因为：① 壳体刚度不足，导致在齿轮受载工作时产生较大的变形量，造成啸叫；② 齿轮微观修形不合理，导致齿轮啮合传递误差大，造成啸叫；③ 发动机轴、壳体模态频率低，部分转速与齿轮产生的激励共振，造成部分工况啸叫明显。针对导致 61 阶啸叫的问题，主要从以下 3 个方面进行改进：① 提高壳体刚度，减小变形；② 调整微 观 修 形 ，减 小 激 励 ；③ 调 整 轴 模 态 ，减 小 共 振影响。壳体加强设计前后的数模状态如图 7 所示。对左右壳体均进行加强设计，包括加强轴承座刚度，降低轴承座受载荷时的变形及轴承位置位移，提升壳体整体模态，以此来提高输入轴的频率响应，见表 1和表 2。基于发动机侧齿轮啸叫及壳体更新，对齿轮进行齿廓修形和螺旋角修形计算，降低 61 阶啸叫噪声激励源，修形前齿面存在偏载问题，发电机轴齿轮载荷偏向齿根偏向左齿面，修形后齿轮接触更加居中，齿面应力明显降低，如图 8 所示。结合发动机轴模态分析和 MASTA 软件总成分析结果，考虑轴的工艺性对发动机轴结构进行优化，将齿轮腹板由矩形改为锥形，如图 9 所示。提高发动机轴齿圈的扭曲模态频率，优化后齿圈扭曲模态由 2 901 Hz 提高到 4 614 Hz，如图 10 所示。实施上述加强壳体、修形齿轮、修改轮辐措施后，将 DHT 总成装入整车，进行 NVH 测试。分别在30%、40%、50%、60% 油门开度（60% 以上开度发动机扭矩不变）下进行测试。在驾驶员耳旁布置麦克风采集数据，在各油门开度下，驾驶员耳旁 61 阶噪声较原方案有明显降低，如图 11 所示。本 文 通 过 故 障 树 分 析 等 多 种 分 析 方 法 ，确 定DHT 啸叫问题的主要原因，并为此制定改善方向。运用工程技术思想，通过提高壳体刚度、调整微观修形、调整齿轴壳体模态等措施，解决整车开发过程中DHT 啸叫问题。通过对 DHT 啸叫问题的原因分析及改进措施，不仅可从系统层面解决啸叫问题，并且可为以后类似项目的开发提供参考。作者单位：（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545000）
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首次发布时间：2023-07-03
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