龐明

摘 要：隨著油耗法規(guī)的日益嚴(yán)格，48VMicroBAS微混技術(shù)成為眾多車企選擇的低成本實(shí)現(xiàn)節(jié)油降排的主流技術(shù)。本文針對(duì)某48V微混車輛鑰匙起動(dòng)過程出現(xiàn)的嚴(yán)重起動(dòng)敲擊問題，進(jìn)行了基于整車的振動(dòng)與噪聲測(cè)試試驗(yàn)，識(shí)別出敲擊源為48V前端輪系雙向張緊器，通過對(duì)比敲擊劇烈的鑰匙起動(dòng)工況與無敲擊異響的自動(dòng)起動(dòng)工況，識(shí)別起動(dòng)敲擊的產(chǎn)生機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上提出了48V雙向張緊器減振降噪優(yōu)化方案。實(shí)車起動(dòng)驗(yàn)證試驗(yàn)表明：減振降噪結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，鑰匙起動(dòng)過程中48V雙向張緊器敲擊加速度降低75%，敲擊聲音顯著改善，有效提高了該微混車輛的起動(dòng)NVH性能。

關(guān)鍵詞：48V微混 NVH 前端輪系 鑰匙起動(dòng) 自動(dòng)起動(dòng)

Optimized Design of 48V Front-end Wheel Train of Micro-hybrid Vehicle for Start-percussion Control

Pang Ming

Abstract：48V MicroBAS technology is widely accepted by more and more automotive OEMs because it could effectively improve emission and reduce fuel economy with relative low cost. A severe key on start knocking issue of a 48V MicroBAS vehicle is deeply studied in this paper. Vehicle level noise and vibration test is conducted for sound source localization. By comparing the NVH performance between key on start condition which has noticeable knocking noise and auto start condition with no knocking at all， the root cause of the MicroBAS pulley tensioner knocking issue is revealed， and the noise and vibration reduction optimization design was proposed. Vehicle test shows that， the NVH optimization design could reduce 75% of knocking vibration of MicroBAS pulley tensioner during key on start event， and could greatly improve start knocking noise.

Key words：48V MicroBAS， NVH， front-end accessory system， key on start， auto start

1 前言

基于48V技術(shù)的微混技術(shù)，是當(dāng)前主流的低成本實(shí)現(xiàn)混動(dòng)，降低油耗和排放的前瞻技術(shù)[1]，可以在對(duì)原有動(dòng)力總成改造較小的情況下實(shí)現(xiàn)微混，達(dá)到降低油耗與排放的效果[2，3]。48V微混系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)原有12V電池的基礎(chǔ)上，增加了48V電池與電機(jī)。加速過程中，48V電機(jī)可以為發(fā)動(dòng)機(jī)提供助力，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出更加平順，提高車輛動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性;滑行過程中48V電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收，進(jìn)一步達(dá)到降低油耗的目的。

微混系統(tǒng)的核心部件48V電機(jī)，除具備傳統(tǒng)12V電機(jī)發(fā)電功能外，還具有自動(dòng)啟停（Auto Start）[4]、加速助力（boost）與制動(dòng)能量回收（regen）的功能，即既可以在起動(dòng)及加速工況下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸提供驅(qū)動(dòng)力，又可以作為曲軸負(fù)載提供車內(nèi)用電并在車輛滑行過程中實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收（regen）。為實(shí)現(xiàn)48V電機(jī)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)與被動(dòng)負(fù)載的切換，48V MicroBAS發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系張緊器需具有雙向張緊功能，前端附件結(jié)構(gòu)形式較之傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)有了較大改變[5]。

某車型48V MicroBAS發(fā)動(dòng)機(jī)前端皮帶驅(qū)動(dòng)輪系采用了雙搖臂式雙向張緊器，前端輪系示意圖如圖1所示，包括雙搖臂式雙向張緊器，曲軸皮帶輪與48V電機(jī)，前端輪系傳動(dòng)形式為皮帶傳動(dòng)。雙搖臂式雙向張緊器有左右兩個(gè)搖臂，兩搖臂中間用彈簧連接，為左右兩個(gè)張緊輪提供張緊力，在曲軸驅(qū)動(dòng)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下實(shí)現(xiàn)雙向皮帶張緊。曲軸皮帶輪與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連，通過皮帶帶動(dòng)前端輪系轉(zhuǎn)動(dòng)。全新的硬件結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)匹配造成新的NVH挑戰(zhàn)[6，7]，在發(fā)動(dòng)機(jī)鑰匙起動(dòng)過程中，雙搖臂式雙向張緊器產(chǎn)生嚴(yán)重的起動(dòng)敲擊問題，沖擊能量較大，可能造成硬件破壞，并伴隨強(qiáng)烈的振動(dòng)與噪聲。

本文針對(duì)某48V微混車輛鑰匙起動(dòng)過程嚴(yán)重的起動(dòng)敲擊問題，進(jìn)行了整車振動(dòng)與噪聲測(cè)試分析，鎖定敲擊源頭為48V前端輪系雙向張緊器。通過對(duì)比敲擊嚴(yán)重的鑰匙起動(dòng)過程與沒有明顯敲擊的autostart過程，深入分析了雙向張緊器起動(dòng)敲擊產(chǎn)生機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，提出了48V雙向張緊器減振緩沖優(yōu)化方案，很好的解決了起動(dòng)敲擊問題。

2 48V Micro BAS系統(tǒng)起動(dòng)敲擊聲源定位試驗(yàn)與產(chǎn)生機(jī)理分析

某48V MicroBAS微混車輛key on start鑰匙起動(dòng)過程產(chǎn)生嚴(yán)重的起動(dòng)敲擊聲，而由48V電機(jī)完成的autostart自動(dòng)起動(dòng)過程沒有敲擊異響。針對(duì)鑰匙起動(dòng)與自動(dòng)起動(dòng)的顯著差異，進(jìn)行敲擊聲源查找與鎖定，判斷敲擊聲源為雙搖臂式雙向張緊器。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行雙向張緊器振動(dòng)與噪聲測(cè)試與敲擊機(jī)理分析。

2.1 雙搖臂式雙向張緊器起動(dòng)敲擊振動(dòng)與噪聲試驗(yàn)介紹

2.1.1 試驗(yàn)對(duì)象

整車試驗(yàn)試驗(yàn)對(duì)象為某48V MicroBAS微混車輛前端輪系雙搖臂式雙向張緊器，發(fā)動(dòng)機(jī)為1.3T 48V Micro BAS 三缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.1.2 測(cè)點(diǎn)布置

（1）振動(dòng)加速度：雙向張緊器搖臂。（2）近場(chǎng)聲音：距雙向張緊器10mm的近場(chǎng)麥克風(fēng)。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置信號(hào)，轉(zhuǎn)換成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，測(cè)試精度為6°。

2.1.3 試驗(yàn)工況

該車型在鑰匙起動(dòng)key on start（發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)起動(dòng)）時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重敲擊異響，而在48V電機(jī)自動(dòng)起動(dòng)auto-start工況起動(dòng)平順，沒有敲擊，故分別對(duì)鑰匙起動(dòng)（發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)起動(dòng)）與自動(dòng)起動(dòng)auto-start（ 48V電機(jī)起動(dòng)）進(jìn)行振動(dòng)與噪聲試驗(yàn)并進(jìn)行對(duì)比分析。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工況為車輛放置8小時(shí)后的第一次冷啟動(dòng)工況，即起動(dòng)敲擊最為顯著的工況。

2.1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

以雙向張緊器搖臂振動(dòng)加速與張緊器近場(chǎng)聲音為評(píng)價(jià)指標(biāo)，全面對(duì)比分析起動(dòng)敲擊現(xiàn)象。

2.2 雙搖臂式雙向張緊器起動(dòng)敲擊機(jī)理分析

鑰匙起動(dòng)（發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)）工況與自動(dòng)起動(dòng)（48V電機(jī)起動(dòng)）工況下雙向張緊器敲擊的NVH測(cè)試數(shù)據(jù)分別如圖2、圖3所示。

圖中紅色曲線為搖臂振動(dòng)加速度曲線，綠色曲線為張緊器近場(chǎng)敲擊聲數(shù)據(jù)，黑色曲線為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。由圖2可知，張緊器搖臂在起動(dòng)過程中發(fā)生嚴(yán)重敲擊，紅色曲線所示的搖臂敲擊加速度峰值達(dá)到1000g，敲擊能量巨大，且敲擊加速度峰值時(shí)刻與綠色曲線所示的近場(chǎng)敲擊聲峰值時(shí)刻完全對(duì)應(yīng)，說明敲擊聲源為雙向張緊器搖臂。對(duì)比圖2、圖3可知，鑰匙起動(dòng)工況雙向張緊器搖臂振動(dòng)加速度（紅色曲線）與近場(chǎng)敲擊聲（綠色曲線）明顯大于自動(dòng)起動(dòng)工況，與主觀感受一致。對(duì)比圖2、圖3中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線（黑色）可知，48V電機(jī)自動(dòng)起動(dòng)過程（圖3）起動(dòng)較為平順，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升，轉(zhuǎn)速波動(dòng)較小，而鑰匙起動(dòng)過程（圖2）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上沖劇烈，轉(zhuǎn)速波動(dòng)大，第一次點(diǎn)火時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升至925rpm，導(dǎo)致曲軸皮帶輪帶動(dòng)皮帶迅速繃緊，皮帶推動(dòng)張緊器滾輪，從而導(dǎo)致張緊器搖臂猛烈撞擊限位止點(diǎn)，產(chǎn)生劇烈敲擊聲，如圖4所示。需對(duì)雙向張緊器進(jìn)行減振緩沖優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決嚴(yán)重的鑰匙起動(dòng)敲擊問題。

3 雙向張緊器減振緩沖結(jié)構(gòu)優(yōu)化

起動(dòng)敲擊產(chǎn)生機(jī)理為鑰匙起動(dòng)過程中張緊器搖臂在皮帶推動(dòng)下快速轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致限位Bumper（即圖4中紅圈）猛烈撞擊搖臂限位止點(diǎn)。為解決該敲擊問題，需對(duì)敲擊源雙搖臂式雙向張緊器進(jìn)行減振降噪結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減緩發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)搖臂與限位止點(diǎn)的敲擊過程。從以下兩個(gè)方面對(duì)張緊器搖臂進(jìn)行減振緩沖的結(jié)構(gòu)優(yōu)化[8-10]：

（1）增大搖臂擺動(dòng)阻尼，衰減張緊器搖臂擺動(dòng)能量，從而減緩撞擊：搖臂擺動(dòng)阻尼由6Nm增大至10Nm。（2）降低張緊器搖臂擺動(dòng)至限位止點(diǎn)時(shí)的撞擊線速度，從而減緩撞擊：撞擊線速度V=ω·l，ω為搖臂擺動(dòng)角速度，l為搖臂有效擺動(dòng)半徑。降低撞擊線速度的實(shí)現(xiàn)方式為限位bumper上移6mm，即搖臂有效擺動(dòng)半徑l（見圖4）縮短6mm，從而降低搖臂撞擊線速度，減緩撞擊。

雙向張緊器結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后鑰匙起動(dòng)過程中搖臂敲擊加速度與敲擊近場(chǎng)聲音對(duì)比分別如圖5、圖6所示。圖中紅色曲線為雙向張緊器結(jié)構(gòu)優(yōu)化前的敲擊加速度與近場(chǎng)敲擊聲，綠色曲線為優(yōu)化后的敲擊加速度與近場(chǎng)敲擊聲，黑色曲線為鑰匙起動(dòng)過程的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

增大搖臂擺動(dòng)阻尼并減小擺動(dòng)半徑后，鑰匙起動(dòng)過程中搖臂撞擊限位止點(diǎn)的敲擊聲顯著降低，近場(chǎng)聲壓由66Pa降低至30Pa。由敲擊源頭振動(dòng)加速度對(duì)比圖6也可以看出，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后雙向張緊器搖臂起動(dòng)敲擊明顯改善，搖臂的敲擊加速度由950g降低至236g，降低了75%，敲擊能量大大減少，保護(hù)硬件的同時(shí)，有效改善了鑰匙起動(dòng)過程的NVH性能。

4 結(jié)語

本文針對(duì)某48V微混車輛鑰匙起動(dòng)工況嚴(yán)重的起動(dòng)敲擊問題進(jìn)行了深入的研究。開展了起動(dòng)敲擊整車振動(dòng)與噪聲試驗(yàn)，通過對(duì)比劇烈敲擊的鑰匙起動(dòng)工況與無敲擊異響的自動(dòng)起動(dòng)工況，識(shí)別出起動(dòng)敲擊產(chǎn)生機(jī)理為鑰匙起動(dòng)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)轉(zhuǎn)速上沖劇烈，導(dǎo)致48V前端輪系雙向張緊器搖臂猛烈敲擊限位止點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)了行48V前端輪系雙向張緊器減振緩沖結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過增大搖臂擺動(dòng)阻尼并減小擺動(dòng)半徑，搖臂敲擊加速度由950g降至236g，敲擊聲音顯著降低，有效解決了該48V車型起動(dòng)敲擊問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]董學(xué)鋒，王軍雷，梁金廣.基于多種混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型的48V技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].汽車技術(shù).2019，（1）.31-37.

[2]劉桂彬，劉志超.48V車型燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)分析及試驗(yàn)研究[J].汽車工程.2019（7）： 757-762.

[3]Alan Brown，Marc Nalbach，Sebastian Kahnt，et al.CO2 Emissions Reduction via 48V Active Engine-Off Coasting[J].SAE International Journal of Alternative Powertrains，2016，5（1）.

[4]伍慶龍，張?zhí)鞆?qiáng)，楊鈁.48V汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起停功能分析及設(shè)計(jì)研究[J].汽車文摘.2021（2）：35-40.

[5]黃蔚，姚源，馮應(yīng)超.48V發(fā)動(dòng)機(jī)前端附件系統(tǒng)淺析[J].時(shí)代汽車.2021（8）：158-159.

[6]梅鵬，張新塘.混合動(dòng)力商用車48V動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版）.2019（3）：495-501.

[7]汪若英，席安靜.48V皮帶式啟動(dòng)發(fā)電一體機(jī)開發(fā)[J].汽車電器.2019（3）：6-8.

[8]余晨光.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化匹配[D].武漢理工大學(xué)，2002.52頁.

[9]莫愁，陳吉清，蘭鳳崇.混合動(dòng)力汽車動(dòng)力集成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析[J].汽車工程，2016，（1）.36-41.

[10]王志鵬，杜常清.基于結(jié)構(gòu)分析的48V微混系統(tǒng)的故障診斷[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2019（6）：636-642.