相龍洋 顧彥 魏娜

摘 要：插電混合動力汽車的怠速工況，發(fā)動機為電池充電，因此其怠速轉(zhuǎn)速比傳統(tǒng)燃油車更高。在熄火過程中可能會出現(xiàn)抖動較大的問題，引起較大抱怨，嚴重影響整車品質(zhì)。文章對車內(nèi)振動、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機內(nèi)部控制參數(shù)進行了深入測試及分析。綜合利用時頻分析，相關(guān)性分析和與燃油車對比分析的方法來識別熄火抖動較大的原因。研究表明，插電混合動力汽車由于怠速轉(zhuǎn)速較高，熄火時轉(zhuǎn)速下降較慢，激起了系統(tǒng)零部件結(jié)構(gòu)模態(tài)引起較大抖動。通過優(yōu)化標定策略可以迅速減小熄火過程的進氣量，使轉(zhuǎn)速更快下降至停止，該方案將熄火過程的抖動幅值改善了40%，主觀感受較好，達到優(yōu)化目標。

關(guān)鍵詞：插電混合動力汽車;熄火抖動;標定優(yōu)化;進氣量

中圖分類號：U469.72 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）12-129-03

Abstract： The idle condition of plug-in hybrid electric vehicle （PHEV） is different from that of traditional vehicle. The engine charges for the battery so that the idle engine rotational speed is higher than that of traditional vehicle. The power-off shake of PHEV may cause complaint. The vehicle vibration， engine speed and internal parameters are measured and analyzed. Then the time-frequency analysis， relevant analysis and comparison with traditional vehicle are conducted to identify the source of the power-off shake. The study reveals some conclusions. The slower engine speed drop stimulates the mode of one component to cause obvious shake. The calibration optimization allows less air into the engine during the power-off condition to make the speed drop much faster to zero. The optimization could improve the power-off shake by 40%.

Keywords： plug-in hybrid electric vehicle; power-off shake; calibration optimization; intake air

CLC NO.： U469.72 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-129-03

前言

汽車作為最常用的交通工具之一，各種工況下的車內(nèi)主觀感受越來越引起用戶和廠商的關(guān)注。汽車點火，怠速和熄火是每次開車時不可避免的工況。因而怠速熄火的車內(nèi)抖動水平也是需要重點關(guān)注的。汽車是一個極其復雜的系統(tǒng)，包含各種振動噪聲激勵源，這些激勵會通過不同的路徑傳遞到關(guān)注的響應點，在此過程中會經(jīng)過結(jié)構(gòu)的衰減或放大[1]。由于傳遞路徑的復雜性和局限性，為了從根本上降低響應點處的振動噪聲幅值，優(yōu)化激勵源才是最有效的措施。

插電混合動力汽車與傳統(tǒng)燃油車相比，工況更多，其怠速充電工況是最常用的工況之一。插電混動汽車的怠速工況是發(fā)動機為電池充電，此時發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高。怠速熄火工況也與燃油車有所區(qū)別，可能會出現(xiàn)抖動問題。通常怠速熄火抖動的頻率較低，人體對低頻振動更加敏感，所以會極大影響車內(nèi)用戶的主觀體驗[2-3]。

本文針對插電混合動力汽車的怠速熄火工況出現(xiàn)的抖動大的問題開展研究，首先根據(jù)試驗測試評估其抖動特征，然后針對實驗結(jié)果，基于時頻分析[4-5]和與燃油車對比分析的方法，對怠速熄火抖動問題的原因進行深入識別。根據(jù)研究結(jié)果，通過標定策略的優(yōu)化，從源頭上改善怠速熄火抖動大的問題。

1 怠速熄火抖動特征評估

首先對有熄火抖動抱怨的插電混合動力汽車進行試驗，測試客觀數(shù)據(jù)。對整車由怠速工況熄火過程的振動特征進行深入測試分析?；谡駝蛹铀俣葌鞲衅鳒y試車內(nèi)座椅導軌處的振動，如圖1所示。座椅導軌處的振動可以代表人體直接感受到的車內(nèi)振動。此外，由于發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)速在很大程度上反映發(fā)動機對整車的激勵特征，故試驗過程中同步采集了發(fā)動機曲軸的瞬時轉(zhuǎn)速，以此來判斷發(fā)動機的激勵水平。在試驗測試過程中，測試人員坐于車內(nèi)，對怠速熄火抖動水平進行主觀評價。

試驗過程中，為了測試正常怠速熄火工況，首先需要將被測車輛熱車，監(jiān)測發(fā)動機水溫達到90度以上。其次檢查冷卻風扇狀態(tài)，確認風扇處于不開啟的狀態(tài)，排除風扇振動的影響。然后基于專業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和采集軟件進行測試，對怠速熄火工況的振動信號進行采集。

對怠速熄火工況采集到的車內(nèi)振動信號進行時頻分析，如圖2所示。由此可以發(fā)現(xiàn)，在整車點熄火及怠速運行階段，10Hz附近有一條亮帶，說明系統(tǒng)中某個零部件的模態(tài)在10Hz附近。但是怠速過程振動較小，無明顯抱怨。熄火時明顯激起了該模態(tài)，使振動幅值明顯增大，引起抱怨。雖然系統(tǒng)中零部件存在模態(tài)是熄火抖動的一個路徑原因。但激勵源是發(fā)動機的熄火過程產(chǎn)生了過大的激勵，因此要從源頭改善該問題，需要對發(fā)動機的激勵特性進行研究。

因為發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速可以一定程度上反映發(fā)動機的瞬態(tài)激勵，所以提取熄火過程的振動時域信號和發(fā)動機曲軸的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速進行深入分析，如圖3所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，剛熄火時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速突然略有上升，引起了第一次抖動，但幅值較小，且與怠速工況連續(xù)，主觀感受不甚明顯，不會引起較大的抱怨。隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降，車內(nèi)抖動迅速下降，然后抖動幅值突然增大，引起二次抖動。其幅值最大達到0.25m/s2，導致主觀感受很差，會引起明顯抱怨。

2 怠速熄火抖動原因識別

為了深入分析插電混合動力汽車怠速熄火二次抖動大的原因。又針對使用類似發(fā)動機的燃油車進行了熄火過程的測試。因為燃油車熄火抖動沒有抱怨，所以可以作為對比進行分析。

發(fā)動機是熄火過程的激勵源，所以針對發(fā)動機瞬時輸出轉(zhuǎn)速進行對比分析。將有熄火抖動抱怨的插電混合動力汽車發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速與沒有抱怨的燃油車發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速對比，其熄火過程轉(zhuǎn)速下降速率如圖4所示。

因為插電混合動力汽車怠速工況，發(fā)動機需要給電池充電，所以怠速轉(zhuǎn)速較高。燃油車怠速轉(zhuǎn)速較低。對比熄火過程發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速降低的速率可以發(fā)現(xiàn)。燃油車的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降更快，轉(zhuǎn)速下降速率為813rpm/s，可以較快的跨過系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)模態(tài)，不會引起較大抖動。而插電混合動力汽車轉(zhuǎn)速下降較慢，速率為693rpm/s，比燃油車慢了15%。因為轉(zhuǎn)速下降慢，所以經(jīng)過零部件的10Hz左右的模態(tài)時產(chǎn)生明顯激勵，激發(fā)了該模態(tài)共振，產(chǎn)生了較大的抖動，引起明顯抱怨。

通過與燃油車對比標定策略，進一步分析插電混合動力汽車熄火過程轉(zhuǎn)速下降慢的原因。對于燃油車的熄火工況，其策略為當發(fā)動機熄火時轉(zhuǎn)速低于800rpm時立即通過減小節(jié)氣門開度將進氣量調(diào)到0.8kg/h。因為燃油車怠速轉(zhuǎn)速為680rpm，考慮到轉(zhuǎn)速波動也不會超過800rpm，所以當熄火命令發(fā)出時，發(fā)動機進氣量立即調(diào)整到最低，轉(zhuǎn)速迅速下降，達到停機狀態(tài)。

而對于有熄火抖動抱怨的插電混合動力汽車，其策略為當發(fā)動機熄火轉(zhuǎn)速低于1000rpm時通過減小節(jié)氣門開度將進氣量調(diào)到較小值1.3kg/h。但是插電混合動力汽車由于怠速充電的需要，怠速轉(zhuǎn)速高于1000rpm，當熄火命令發(fā)出時，其進氣量通過節(jié)氣門開度緩慢下調(diào)，調(diào)節(jié)速度較慢。因此轉(zhuǎn)速下降較慢，經(jīng)過零部件模態(tài)頻率附近時產(chǎn)生了較大的共振，引起了較大的熄火抖動。

3 怠速熄火抖動優(yōu)化

由以上分析可知，插電混合動力汽車怠速熄火的標定策略導致了發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降慢，引起了明顯的怠速抖動。因此可以通過標定來進行優(yōu)化。

經(jīng)過深入研究，標定策略的優(yōu)化方案為，熄火命令發(fā)出后，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于1500rpm時立即通過減小節(jié)氣門開度將進氣量調(diào)到最小值0.8kg/h，以此方法使熄火時發(fā)動機轉(zhuǎn)速迅速下降，快速跨過系統(tǒng)零部件的模態(tài)區(qū)域，減小對結(jié)構(gòu)的激勵。然后進行優(yōu)化后的整車熄火過程測試，并與優(yōu)化前進行對比。測得的熄火過程進氣量對比如圖5所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后，熄火過程發(fā)動機進氣量更小，以此可以提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降速率。

優(yōu)化前后整車車內(nèi)座椅導軌振動時域信號對比如圖6所示。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后由于轉(zhuǎn)速下降慢引起的二次抖動幅值得到大幅改善。優(yōu)化前抱怨的抖動幅值為0.25m/s2， 優(yōu)化后該幅值降低到0.15m/s2，優(yōu)化幅度達到40%。優(yōu)化后主觀感受很好，不會有明顯抱怨，達到了優(yōu)化目的。

4 結(jié)論

本文針對插電混合動力汽車怠速熄火抖動大的問題進行了深入研究和優(yōu)化。首先根據(jù)試驗評估熄火抖動的特征并識別出其原因。由于熄火過程中，發(fā)動機的節(jié)氣門開度和進氣量下調(diào)較慢，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速下降較慢，經(jīng)過系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)模態(tài)時引起共振，產(chǎn)生明顯的熄火抖動。通過標定策略優(yōu)化，熄火時迅速減小進氣量，可以使發(fā)動機轉(zhuǎn)速迅速下降，快速跨過結(jié)構(gòu)共振區(qū)，不會產(chǎn)生較大的激勵，因此抖動幅值明顯降低。優(yōu)化后，車內(nèi)熄火抖動幅值改善了40%，車內(nèi)不會感受到明顯的抖動，達到了良好的優(yōu)化效果。

參考文獻

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