某混动车加速轰鸣诊断及优化
摘要：针对某搭载混合动力系统的车型在混联一挡小油门加速过程中，发动机转速在 2 200 r/min时出现嗡嗡声。通过排查悬置、排气、高压线束管路等传递路径，采用带通滤波、阶次分析等信号处理技术，确认嗡嗡声为发动机四阶噪声通过高压线束支架共振放大，经过此结构路径传递到车内。测试发现高压线束支架模态为 150 Hz，与混联一档模式下四阶共振。根据整车控制器的加速换挡点及模态避频策略，提出支架模态目标为 180 Hz，并进行结构优化。结合测试结果建立仿真模型并优化提升高压线束支架系统模态，实车验证模态提升后四阶轰鸣降低 3 dB(A)。关键词：高压线束支架；混合动力车；混联一挡模态；四阶轰鸣噪声、振动与声振粗糙度（Noise, Vibration,Harshness, NVH）是消费者购买乘用车时评价整车舒适性的重要性能指标[1]。在乘用车售后市场，大约 30%的质量问题与汽车的 NVH性能有关，因此，整车 NVH 性能开发已成为各主机厂的重要研发项目[2-3]。混合动力车型在车型定位中比较高端，其加速噪声作为整车 NVH 性能开发重要组成部分，在迅速诊断及优化混联模式下，加速轰鸣问题对提高产品市场竞争力具有重要意义[4-5]。本文首先分析多个传统车领域的传递路径，包括悬置、排气等，然后再排查高压线束管路等混动车新增传递路径，确定车内轰鸣为发动机主阶次通过高压线束传递到车内的结构噪声。采用阶次分析诊断，确定高压线束支架系统模态与发动机转速 2 200 r/min 四阶噪声对应 150 Hz 频率共振。然后基于试验测试结果校核有限元模型，通过加厚高压线束支架腿部结构、增加加强筋等方案，将模态提升到 190 Hz，避开混联一挡换挡点转速。经过实车验证四阶轰鸣降低 3 dB(A)。混动车驱动模式根据发动机是否参与驱动分为串联和混联模式。串联模式发动机发电，驱动电机提供驱动力；混联模式发动机直接驱动，通过换挡机构提供两个挡位的直驱模式，同时电机根据功率需求驱动或者发电。随机选取四台试验样车进行主观评价，均发现在混联一挡小油门加速过程中，发动机转速达到 2 200 r/min 时车内出现轰鸣（嗡嗡声），初步判断为发动机主阶次激励产生的结构噪声。
为分析此问题的频率，在驾驶员右耳布置麦克风，在悬置主被动侧、防撞板、高压配电盒（Power Distribution Unit, PDU）支架等位置布置三向振动传感器，如图 1 所示。试验路面为光滑沥青路，小油门加速到 70 km/h。利用带阻滤波技术，通过音频回放对比确认轰鸣问题频率为 150 Hz四阶噪声，如图 2 所示。
1.3 数据分析传统燃油车内低频噪声通常经悬置、排气吊钩等路径，激励车身钣金结构产生结构辐射噪声。控制车内低频噪声可以通过优化传递路径和优化车身结构面板响应。分析车内噪声传递函数，发现均处于正常水平，在 150 Hz 频带附近无明显噪声峰值。排查主要传递路径（悬置主被动隔振、排气吊耳主被动侧、空滤振动、高压线束系统支架等），在高压线束系统支架上存在明显的 150 Hz 左右共振带，如图 3 所示。
混联一挡模式发动机转速为 2 200 r/min 时，高压线束支架四阶振动振幅达到 16 m/s2。初步推测支架模态与发动机四阶激励耦合共振，为进一步确认问题产生机理，通过增加 2 kg 质量块改变支架模态及动刚度，降低共振幅值，如图 4 所示。高压线束系统支架增加质量改制后，进行实车客观测试分析及主观评价：1）车内发动机低频嗡嗡声改善明显，主观评价 3 辆车均未复现嗡嗡声；2）在混联一挡模式发动机转速为 2 200 r/min时，驾驶员右耳 150 Hz 改善 4.5 dB(A)，对应支架的 X 向降低 10 m/s2，Z 向降低 7 m/s2。增加支架质量块后，支架振动幅值降低，动刚度增加模态频率降低，如图 5 所示，实线为原状态，虚线为加质量块。
因车辆机舱布置结构紧凑，支架结构复杂，采用频响函数的方式测试高压线束系统支架模态。在整车约束状态下支架模态为 155 Hz，如图6 所示，四条曲线分别为 PDU 支架测点 X 和 Z 向频响曲线、防撞板测点 X 和 Z 向频响曲线。
基于整车控制器的加速工况换挡点，小油门混联一挡工况发动机转速在 2 500 r/min 左右换挡进混联二挡。根据四阶转速避频策略，并考虑频率间隔，高压线束系统支架模态目标为大于 180 Hz。
建立支架系统有限元模型，其中钣金采用壳单元，网格尺寸为 5 mm，支架连接采用刚性单元模拟螺栓连接，建立约束状态的高压线束系统支架有限元模型。有限元模型包括混动变速箱总成、电机控制器、电源分配控制器、高压线束支架、防撞板等结构，如图 7 所示。
根据布置空间约束及调整优化，支架 Z 向高度降低 10 mm，使支架小型化。再通过加强支架腿部宽度、支撑肋板、增加局部加强筋等方案，优化高压线束系统支架应变能集中部位，如图 8、图9 所示。最终支架模态由 159 Hz 提升到 186 Hz，达到目标要求。
基于结构分析优化数据，制作样件装车，测试验证高压线束支架模态由155 Hz提升到190 Hz，如图 10 所示。图中实线为原状态频响曲线，虚线为优化后样件测试频响曲线。
1）在混联一挡模式小油门加速，发动机转速2 000～2 300 r/min 及匀速发动机转速 2 200 r/min工况，主观评价 3 台优化件样车无轰鸣。2）客观数据显示，车内驾驶员右耳由 56 dB(A)降低到 53 dB(A)，无明显四阶噪声峰值；高压线束系统支架四阶振动降低到 8 m/s2，无明显四阶振动峰值，如图 11 和图 12 所示。
1）混联一挡小油门加速 2 200 r/min 工况轰鸣问题，传统结构路径（悬置、排气吊钩等）无明显振动峰值，高压线束系统支架模态与发动机四阶共振，放大了结构传递噪声。高压线束较普通低压线束的结构刚度强隔振差，因此混动车型要着重关注新的传递路径。2）混动车混联模式发动机直驱扭矩高激励大，因此要根据整车控制器的发动机转速换挡点，避开转速对应的激励频率。本文提出高压线束系统支架模态大于 180 Hz，作为前期支架设计参考。3）在诊断轰鸣、异响等整车噪声问题时，阶次分析及带通滤波等信号分析处理技术，能够快速有效识别问题频段。作者单位：（广州汽车集团股份有限公司 汽车工程研究院，广东 广州 511434）
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首次发布时间：2024-02-27
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