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引言

增程式纯电动一直被视为是传统燃油到纯电动过渡阶段的一种解决方案，尤其是理想ONE在市场上的成功表现，让主机厂看到了增程纯电动的市场空间，增程纯电动项目越来越多的被启动起来，随之而来的增程器噪声和振动问题，也成为了主机厂在开发增程纯电动过程中必须面对的一个挑战。

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增程器在整车上的NVH风险

增程器通常在电池电量较低的时候启动，工作时主要存在如下的三个NVH风险：

• 低电量充电车内声音与振动大

• 低电量充电车内声品质差

• 发动机高转速运行车内噪声与振动大

虽然同样是由发动机工作，但是增程器不再是车辆能量的唯一提供来源，功率输出不取决于行驶阻力及汽车功能附件的需求，而取决于整车对增程器的功率需求，增程器工作时，配合电池可实现发动机功率输出的削峰填谷，可在大部分工作状态下追求极致的燃油经济性，下图所示为某增程器的万有特性曲线：

增程器工作点

为了所求极致的燃油经济性，满足整车对增程器功率需求的工作点通常会在绿色线附近选择，从曲线可以看出，增程器工作时，低功率输出对应低转速高扭矩，而高功率对应高转速中扭矩的思路才能实现较好的燃油经济性。

发动机功率的理论计算公式如下：

发动机扭矩计算公式如下：

将式（1）代入式（2）可得：

以上公式中：

n为发动机转速，随发动机运行状态变化；

p为缸内平均压力Mpa，随发动机运行状态变化；

V为发动机排量，不随发动机运行状态变化；

t为发动机行程，不随发动机运行状态变化

从如上式中可以看出,  发动机转速和缸压变化对应输出不同的发动机扭矩和发动机功率，增程器工作时，通过缸压与发动机转速的标定，实现不同的功率输出。

NVH风险1—怠速充电或低电量低速行驶车内声音与振动大

增程纯电动中，低电量怠速充电或低电量低速行驶时会对应低的发动机输出功率，通常会采用定转速的发动机工作点，根据式（3）可看出，在转速不变时，增大缸内平均压力p可以增大输出功率，发动机的辐射噪声及结构振动是缸压激励再乘以传递函数的结果，因此，增大缸内平均压力p，发动机工作时的最大缸压增大，发动机的辐射噪声及结构振动均会增大，导致车内声音与振动增大。

缸压与发动机振动和声音关系

以某车型原地发电工况车内噪声统计为例，在900RPM怠速转速下，60N*M与20N*M（传统燃油车怠速开空调发动机扭矩）扭矩输出产生了5dB(A)的噪声增大。

同转速车内声压与发动机扭矩关系图

风险2—怠速允电或低电量低速行驶车内声品质差

同一发动机同一工作转速，比对其更高的扭矩输出时，需要特别关注发动机本体在200-600HZ频段的振动噪声变化。该频段的振动噪声与曲轴、轮系的频响特性有很高的关联性，伴有很强的半阶律动，既能通过空气声，也能通过结构声传递到乘员舱，是增程器最有挑战的问题之一。

以某一增程器为例，下图此为增程器在1000RPM时，4Kw充电和14Kw充电时悬置振动及车内噪声对比，当充电功率增大至14Kw后，悬置振动及车内声音整体变大，但200-500Hz之间的能量增大更明显，使得车内中频段声特征更容易被人感知，主观体验变差。

同转速不同充电功率悬置振动及车内声音FFT

风险3—发动机高转速运行车内噪声大

发动机高功率输出时，为了保证较好的燃油经济性，需要在合适的高转速运行。以下图为例，发动机引起的噪声随发动机转速增高总体呈现增大的趋势，4000RPM与2500RPM整体声压级增加5dB(A)，二阶噪声增加10dB(A)，如增程器因为整车功率需求的原因，存在4000RPM前后的工作点，将带来车内严重的噪声问题；

增程器加速车内声音曲线

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增程器NVH应对策略

增程器的NVH控制主要从基础NVH性能匹配及增程器标定策略匹配两个方向实现，增程器选型及匹配是保障增程器NVH体验的基础，而标定则是增程器NVH表现的最重要控制措施。

增程器选型：增程器选型需要考虑增程噪的工作区间，建议稳态常用工况下增程噪的工作转速不超过2500RPM，稳态极限工况不超过3000RPM，超过3000RPM以上的工况只能为瞬态工况，根据如上发动机的工作转速边界，结合发动机万有特性曲线及整车功率需求，选择合适的发动机；

增程器附件匹配：发动机的NVH开发是另一个更庞大的话题，足够的结构刚度（包括曲轴刚度、曲拐刚度、轴承座安装点刚度等）是发动机本体NVH的基础，同时做好外围件的NVH匹配，包括TVD的匹配，皮带的选型和模态避频等，同时，发动机与发电机之间用花键连接，花键的精度、花键轴的刚度也需要明确的控制。

增程器本体NVH匹配示例

悬置匹配：钟摆式布置，考虑纯电动限位及发动机振动隔振，而发动机的低频振动和噪声问题，可能引起更大的抱怨，优先以发动机激励控制为主，若后悬置拉杆无法满足可靠性需求，可再增加一个限位悬置。

悬置布置示例

进气系统：受限于机舱空间布置，增程器的空滤器通常采用顶置空滤布置，消声容积满足要求的情况下可满足进行NVH开发需要，但做好谐振腔的预留。

进气系统开发示例

排气系统：受电池影响，排气总布置可能存在空间风险，总布置需要满足排气消声容积的需要，做好排气的声学调音及排气结构传递控制。

排气系统开发示例

声包及密封：兼顾电动车吸声与增程器中低频噪声控制所需要的隔声进行声学包的方案设计，由于增程器在怠速等低背景噪声工况下的声音更大，需要比燃油车及纯电动车更好的声包方案。

声学包开发示例

增程器标定策略匹配 ：以转速及输出功率（或扭矩）为变量，通过增程器、电机&电控、电池控制、电器附件的工作点和相互匹配控制，选择合适的增程器工作点，最大程度的挖掘动力总成的NVH潜力，通常需要通过大量的测试获得整车增程器工作NVH 性能MAP图，用于增程器工作点选择。

声音和振动、发动机转速及输出扭矩MAP图

标定工作主要在样车阶段开展，需要NVH部门与标定部门联合开展，制定合理的标定策略会是样车阶段增程器NVH性能问题优化的最重要措施之一。

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总结

增程纯电动开发时，由于整车功率及经济性的需要，增程器工作时会存在怠速充电及低速行驶车内振动噪声大、声品质差，增程器高转速工作车内声音大的开发风险，选择合适的发动机，做好基础NVH性能开发，NVH部门与标定部门成立联合标定组开展联调是增程器NVH性能开发的主要保障措施。

参考文献

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