1.4 增程式電動汽車動力總成存在的問題分析

1.4.1 增程器系統存在的問題分析

2015年12月8日，楊裕生院士在《中國科學報》上發表了題為《“十三五”電動汽車展望》一文，文章指出：十三五期間，以電池水平為依據，大力發展增程式電動汽車。增程式電動汽車可以比相同功能的燃油汽車節油一半以上，當前成熟的、高安全性的電池完全可以用作其電源；電池始終處于半充半放的運行狀態，不會過充，保障了安全性，不致過放，延長了使用壽命；增程式電動汽車可以不用充電（免建充電樁）而可長途行駛并保持接近50%的節油率。因此，發展增程式電動汽車不僅可以節約燃油和控制環境污染，而且保證了車輛電池的安全，延長了使用壽命，對于促進新能源汽車行業的發展具有重要的意義。

在增程器系統研制過程中，發現采用現有技術研制的增程器系統存在振動噪聲大（駕駛人右耳的平均聲壓級達到85dB）、增程器系統中發動機與發電機的連接軸經常發生斷裂現象而可靠性低（連續開啟增程器的可靠運行時間不大于200h）等缺點而無法實現增程式電動汽車大規模的產業化。因此，研制低噪聲高可靠性的增程器系統有很大的必要性。通過制訂增程器動力總成臺架總體布置方案，規范增程器系統振動、噪聲和可靠性試驗儀器設備的布置及安裝方案，獲取增程器各測試工況下正常運行時的機體振動烈度，輻射噪聲聲壓，發動機油耗率、轉速及轉矩數據，為全面評估增程式電動汽車動力總成NVH性能和優化增程器發動機工況點提供依據。該項目的研究對于開發低噪聲高可靠性的高性能增程器產品應用于電動汽車具有重要的指導意義，為增程式電動汽車早日實現產業化提供了一定的幫助。

1.4.2 電機和減速器存在的噪聲問題分析

汽車車的振動噪聲作為汽車乘坐舒適性的重要評價指標，很大程度反映了生產廠家的設計和工藝水平。近年來，隨著國家法規對電動汽車NVH性能的要求日益嚴格和汽車購買者對整車乘坐舒適性要求越來越高，電動汽車減速器的振動噪聲作為電動汽車主要噪聲來源，對其進行分析、優化與控制對電動汽車大規模產業化具有重要意義。

電動汽車整車振動噪聲比同等燃油車低3～6dB。由于電機磁場力波高階激勵，中低速車內噪聲頻譜成分以中高頻為主，人耳對1000～2000Hz中高頻率噪聲非常敏感，電動汽車噪聲雖然不大，但很容易產生惱人的尖銳噪聲^[10]。

對應用于電動汽車的永磁同步電機，電機的振動噪聲主要由定子轉子諧波磁場相互作用引起，電機制造加工過程存在的誤差和定子開槽等原因使氣隙磁場無法滿足理想正弦分布，因此，電機主要振動中不僅包括氣隙基波磁場引起的振動階次，還包括倍電流基頻成分，如果定子槽數是電機極數的整數倍，也會產生相應階次的振動噪聲。調速永磁同步電機還會產生正弦波脈寬調制（PWM）變頻器載波頻率附近的高頻振動噪聲，PWM輸出的并不是標準的正弦波，而是等幅不等寬的周期性電壓或電流脈沖，經過傅里葉級數分解可以得到一系列諧波，因此會產生基于開關頻率的諧波頻率噪聲^[12-14]。

減速器噪聲主要包括兩種：嘯叫噪聲和敲擊噪聲。在汽車減速器中，空套齒輪比承載齒輪更容易產生敲擊噪聲，同時空套齒輪也是最主要的敲擊噪聲源；減速器嘯叫是由內部齒輪在嚙合傳動中所受的不平穩的激振力引起的一種中高頻噪聲，由齒輪系統嚙合過程中的傳遞誤差而引起^[11，12]。嘯叫噪聲是一種很容易被人耳識別的中高頻純音，是一種嚴重的汽車質量問題，必須降低或者消除減速器的嘯叫噪聲。在齒輪傳動過程中，由于存在齒輪傳動誤差、彈性變形等因素，使得齒輪副在相互嚙入、嚙出時，偏離了理論嚙合線，從而導致輪齒干涉、沖撞，進而產生激振力，引起傳動機構的振動，在振動傳動到變速器外部結構的過程中產生共振而引發嘯叫噪聲^[13]。對于齒輪副的非正常嚙合，僅僅依靠提高齒輪的制造和安裝精度來改善齒輪傳動質量往往不能滿足要求，而且會增加齒輪的制造成本；可通過齒輪修形，將發生干涉的部分進行適量修除，改善齒面的接觸，使傳動變得平穩。研究表明，齒輪修形是降低減速器齒輪嘯叫噪聲的一種有效的途徑。

齒面微觀修形是有意識地去除齒面上部分材料，以減小由于系統和輪齒變形而引起的齒輪錯位，盡可能地使齒輪在發生接觸受載變形后，齒面壓力分布均勻，減輕齒面的偏載現象，保證輪齒受載變形后依然能夠相對平穩地傳遞力矩。這樣，通過優化齒面的微觀修形，改善嚙合剛度的波動，減小了靜傳遞誤差，即減小了齒輪嚙合過程中的激勵，從而降低了減速器的嘯叫噪聲。