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CN106515737B - 四轴动力分流式混合动力汽车齿轮敲击噪音消除控制方法 - Google Patents

四轴动力分流式混合动力汽车齿轮敲击噪音消除控制方法 Download PDF

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CN106515737B
CN106515737B CN201611109246.8A CN201611109246A CN106515737B CN 106515737 B CN106515737 B CN 106515737B CN 201611109246 A CN201611109246 A CN 201611109246A CN 106515737 B CN106515737 B CN 106515737B
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Abstract

一种四轴动力分流式混合动力汽车齿轮敲击噪音消除控制方法，首先确定不同发动机实际转矩下齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围，之后根据车速和油门踏板开度查表得到齿圈需求转矩，结合当前的发动机实际转矩，判断齿圈需求转矩是否在齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围内，如果是，则将根据车速和油门踏板开度查表得到的齿圈需求转矩最靠近的齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩边界值作为TR代入转矩解耦算法公式(1)和公式(2)分别获得小电机和大电机的目标转矩并控制输出；如果否，则将根据车速和油门踏板开度查表得到的齿圈需求转矩作为TR代入转矩解耦算法按公式(1)和公式(2)分别获得小电机和大电机的目标转矩并控制输出。本发明方法，简单易于实现。

Description

四轴动力分流式混合动力汽车齿轮敲击噪音消除控制方法
技术领域
本发明涉及一种汽车齿轮敲击噪音消除控制方法，特别涉及一种四轴动力分流式混合动力汽车齿轮敲击噪音消除控制方法。
背景技术
混合动力汽车凭借节油、无续驶里程限制且与传统车驾驶性差异小的优点，在近几年呈现出蓬勃的发展态势。同时消费者对汽车的舒适性要求越来越高，其中汽车的NVH(Noise,Vibration and Harshness)品质越来越受到重视，并已成衡量汽车制造工艺的一个重要标志。
然而由于发动机的转矩波动和变速箱工艺等造成的齿轮敲击噪音(Rattle)，严重影响车辆的乘坐舒适性。在实际应用中，受技术条件和工艺等方面的影响，齿轮间隙无法消除，同时由于发动机控制的响应慢、精度差等，使其转速波动也很难避免。这些因素导致传统齿轮变速箱的齿与齿在传动过程中会产生令乘员不愉快的Rattle，该问题一直无法很好的解决。
专利名称为混合动力车的控制装置和控制方法(申请号：201110037648.2)中提到，利用电机来调节使齿轮避开Rattle，但该方案主要是针对发动机起动和熄火时波动较大的情况，且只能应用在四驱的车型中，因此受限较多。
目前针对由于发动机转矩波动和齿轮间隙而产生Rattle的问题，有一些专利，但大多解决方案不是成本太高，就是技术上有局限。其中应用较多的是通过减小扭转减震器的刚度或采用双质量飞轮(或离合器)，使输入端的转矩波动降至一个可接受的范围，但扭转刚度越小整车的动力响应就越慢，这两者是一个相反的关系，很难从中求平衡。还有方法通过将轮齿设计为两片，一片带有扭簧装置与非工作面接触，以消除齿轮间隙，但该方法不适用于传递大转矩且存在装配困难的问题。
发明内容
针对发动机转矩波动和齿轮间隙很难避免的问题，本发明结合四轴动力分流式混合动力汽车使用的现有系统即双行星排混合动力变速箱，在不增加成本和影响驾驶性情况下，旨在提供一种简单、易于实现的四轴动力分流式混合动力汽车齿轮敲击噪音消除控制方法。
本发明通过以下方案实现：
一种四轴动力分流式混合动力汽车齿轮敲击噪音消除控制方法，首先确定不同发动机实际转矩下齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围，之后根据车速和油门踏板开度查表得到齿圈需求转矩，结合当前的发动机实际转矩，判断齿圈需求转矩是否在齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围内，如果是，则将根据车速和油门踏板开度查表得到的齿圈需求转矩最靠近的齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩边界值作为TR代入转矩解耦算法公式(1)和公式(2)分别获得小电机和大电机的目标转矩并控制输出；如果否，则将根据车速和油门踏板开度查表得到的齿圈需求转矩作为TR代入转矩解耦算法按公式(1)和公式(2)分别获得小电机和大电机的目标转矩并控制输出；
其中，TE1为小电机E1的目标转矩，TE2为大电机E2的目标转矩，TEng为发动机实际扭矩，JS1为小太阳轮S1的转动惯量，JS2为大太阳轮S2的转动惯量，JPC为行星架的转动惯量，i01为前排轮系的传动比，i02为后排轮系的传动比，aR为齿圈的角速度，apc为行星架的角速度，TR为齿圈需求转矩。
不同发动机实际转矩下齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围按以下步骤进行确定：
Ⅰ在一定发动机实际转矩下，让其中一个太阳轮不受力，此时若有齿轮敲击噪音则通过该不受力太阳轮相连接的电机开始增加或减小转矩使该不受力太阳轮受力，直至齿轮敲击噪音消除，记录此时该不受力太阳轮相连接的电机的转矩值，以增加转矩方式消除齿轮敲击噪音得到的电机转矩值作为该发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的该不受力太阳轮相连接的电机的转矩最大边界值，以减小转矩方式消除齿轮敲击噪音得到的电机转矩值作为该发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的该不受力太阳轮相连接的电机转矩最小边界值；
Ⅱ使用步骤Ⅰ中的方法获取产生齿轮敲击噪音的另一个太阳轮相连接的电机的转矩最大边界值和最小边界值；
Ⅲ以一定的增长速度增加发动机实际转矩，依次使用步骤Ⅰ、步骤Ⅱ中的方法获得该发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的大电机和小电机的转矩最大边界值和最小边界值；直至获得一定范围发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的大电机和小电机的转矩最大边界值和最小边界值；
Ⅳ将发动机实际转矩与对应的产生齿轮敲击噪音的小电机的转矩最大边界值、最小边界值分别根据转矩解耦算法公式(3)、公式(4)得到产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩边界值TR_edg1、TR_edg2；将发动机实际转矩与对应的产生齿轮敲击噪音的大电机的转矩最大边界值、最小边界值分别根据转矩解耦算法公式(5)、公式(6)得到产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩边界值TR_edg3、TR_edg4，其中TR_edg1与TR_edg2之间、TR_edg3与TR_edg4之间为产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩范围；
TR_edg1＝((TE1_max-JS1(aRi01+apc (1-i01)))
×i01-i02)-(TEng-JPCapc)i02)/(i02-1).............(3)
TR_edg2＝((TE1_min-JS1(aRi01+apc (1-i01)))
×(i01-i02)-(TEng-JPCapc)i02)/(i02-1)............(4)
TR_edg3＝((TE2_max-JS2(aRi02+apc (1-i02)))
×(i02-i01)-(TEng-JPCapc)i01)/(i01-1)............(5)
TR_edg4＝((TE2_min-JS2(aRi02+apc (1-i02)))
×(i02-i01)-(TEng-JPCapc)i01)/(i01-1)............(6)
其中，TE1_max为产生齿轮敲击噪音的小电机的转矩最大边界值，TE1_min为产生齿轮敲击噪音的小电机的转矩最小边界值，TE2_max为产生齿轮敲击噪音的大电机的转矩最大边界值，TE2_min为产生齿轮敲击噪音的大电机的转矩最小边界值，TEng为发动机实际扭矩，JS1为小太阳轮S1的转动惯量，JS2为大太阳轮S2的转动惯量，JPC为行星架的转动惯量，i01为前排轮系的传动比，i02为后排轮系的传动比，aR为齿圈的角速度，apc为行星架的角速度。
所述步骤III中，所述发动机实际转矩的范围为10～90Nm，发动机实际转矩的增长速度为3～8Nm/10ms。
实际使用过程中，车速和油门踏板开度与齿圈需求转矩对应表一般都是通过内插值外边界查表法查表。车速和油门踏板开度与齿圈需求转矩对应表可以通过试验数据获得，其获取方法也比较简单，属于常规现有技术，其获取方法一般为：在一定车速下，先根据发动机、大电机和小电机外特性曲线计算出该车速下的齿圈扭矩的最大能力值，再根据该车速下驾驶员的意图即油门踏板开度来初步设计齿圈的需求扭矩从而得到该车速下各种油门踏板开度对应的齿圈需求扭矩；按相同的方法依次初步确定各车速下各油门踏板开度对应的齿圈需求扭矩；最后在实车上进行标定调整并最终确定各车速下各油门踏板开度对应的齿圈需求扭矩。在标定过程中需要考虑驾驶平顺性和油门响应速度等等因素的影响。对于车速、油门踏板开度的选择，可根据实际情况确定若干个数据。
本发明的四轴动力分流式混合动力汽车齿轮敲击噪音消除控制方法，不需改变现有系统结构和参数等，不影响发动机的工作点，即不影响整车油耗；本发明方法，简单易于实现，无需额外增加成本，可覆盖多种工况。
附图说明
图1为本发明中的四轴动力分流式混合动力汽车上使用的变速箱及其与车身等相连接的示意图；
图2为不同发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的大电机和小电机的转矩最大边界值和最小边界值的分布图；
图3为不同发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩边界值的分布图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
本发明中的四轴动力分流式混合动力汽车上使用的变速箱及其与车身等相连接的示意图如图1所示，其主要部件包括：发动机ENG、扭转减振器1、小电机E1、大电机E2、双行星排2、第一制动器3、第二制动器4、传动轴及轮胎5以及车身6。发动机ENG经扭转减振器1与双行星排2的行星架PC相连，双行星排2中的小太阳轮S1和小电机E1相连，大太阳轮S2和大电机E2相连，第一制动器3和行星架PC相连，第二制动器4和小电机E1转子相连，双行星排的齿圈R与传动轴及轮胎5及车身6相连。该变速箱中，小电机E1、大电机E2和发动机三者的动力经共用齿圈功率复合后传递至输出端。
实施例1
一种四轴动力分流式混合动力汽车齿轮敲击噪音消除控制方法，首先确定不同发动机实际转矩下齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围，之后根据车速和油门踏板开度查表得到齿圈需求转矩，结合当前的发动机实际转矩，判断齿圈需求转矩是否在齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围内，如果是，则将根据车速和油门踏板开度查表得到的齿圈需求转矩最靠近的齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩边界值作为TR代入转矩解耦算法公式(1)和公式(2)分别获得小电机和大电机的目标转矩并控制输出；如果否，则将根据车速和油门踏板开度查表得到的齿圈需求转矩作为TR代入转矩解耦算法按公式(1)和公式(2)分别获得小电机和大电机的目标转矩并控制输出；
其中，TE1为小电机E1的目标转矩，TE2为大电机E2的目标转矩，TEng为发动机实际扭矩，JS1为小太阳轮S1的转动惯量，JS2为大太阳轮S2的转动惯量，JPC为行星架的转动惯量，i01为前排轮系的传动比，i02为后排轮系的传动比，aR为齿圈的角速度，apc为行星架的角速度，TR为齿圈需求转矩。
不同发动机实际转矩下齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围按以下步骤进行确定：
Ⅰ在一定发动机实际转矩下，让其中一个太阳轮不受力，此时若有齿轮敲击噪音则通过该不受力太阳轮相连接的电机开始增加或减小转矩使该不受力太阳轮受力，直至齿轮敲击噪音消除，记录此时该不受力太阳轮相连接的电机的转矩值，以增加转矩方式消除齿轮敲击噪音得到的电机转矩值作为该发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的该不受力太阳轮相连接的电机的转矩最大边界值，以减小转矩方式消除齿轮敲击噪音得到的电机转矩值作为该发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的该不受力太阳轮相连接的电机转矩最小边界值；
Ⅱ使用步骤Ⅰ中的方法获取产生齿轮敲击噪音的另一个太阳轮相连接的电机的转矩最大边界值和最小边界值；
Ⅲ以一定的增长速度增加发动机实际转矩，依次使用步骤Ⅰ、步骤Ⅱ中的方法获得该发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的大电机和小电机的转矩最大边界值和最小边界值；直至获得一定范围发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的大电机和小电机的转矩最大边界值和最小边界值；
Ⅳ将发动机实际转矩与对应的产生齿轮敲击噪音的小电机的转矩最大边界值、最小边界值分别根据转矩解耦算法公式(3)、公式(4)得到产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩边界值TR_edg1、TR_edg2；将发动机实际转矩与对应的产生齿轮敲击噪音的大电机的转矩最大边界值、最小边界值分别根据转矩解耦算法公式(5)、公式(6)得到产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩边界值TR_edg3、TR_edg4，其中TR_edg1与TR_edg2之间、TR_edg3与TR_edg4之间为产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩范围；
TR_edg1＝((TE1_max-JS1(aRi01+apc (1-i01)))
×(i01-i02)-(TEng-JPCapc)i02)/(i02-1)............(3)
TR_edg2＝((TE1_min-JS1(aRi01+apc (1-i01)))
×(i01-i02)-(TEng-JPCapc)i02)/(i02-1)............(4)
TR_edg3＝((TE2_max-JS2(aRi02+apc (1-i02)))
×(i02-i01)-(TEng-JPCapc)i01)/(i01-1)............(5)
TR_edg4＝((TE2_min-JS2(aRi02+apc (1-i02)))
×(i02-i01)-(TEng-JPCapc)i01)/(i01-1)............(6)
其中，TE1_max为产生齿轮敲击噪音的小电机的转矩最大边界值，TE1_min为产生齿轮敲击噪音的小电机的转矩最小边界值，TE2_max为产生齿轮敲击噪音的大电机的转矩最大边界值，TE2_min为产生齿轮敲击噪音的大电机的转矩最小边界值，TEng为发动机实际扭矩，JS1为小太阳轮S1的转动惯量，JS2为大太阳轮S2的转动惯量，JPC为行星架的转动惯量，i01为前排轮系的传动比，i02为后排轮系的传动比，aR为齿圈的角速度，apc为行星架的角速度。
步骤III中，发动机实际转矩的范围为10～90Nm，发动机实际转矩的增长速度为3～8Nm/10ms。
假设发动机实际转矩的增长速度为5Nm，根据上述步骤得到在不同发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的大电机和小电机的转矩最大边界值和最小边界值，具体数据值分布如图1所示；将发动机实际转矩与对应的产生齿轮敲击噪音的小电机的转矩最大边界值、最小边界值等数据代入公式(3)、公式(4)中分别得到产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩边界值TR_edg1、TR_edg2；将发动机实际转矩与对应的产生齿轮敲击噪音的大电机的转矩最大边界值、最小边界值等数据代入公式(5)、公式(6)中分别得到产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩边界值TR_edg3、TR_edg4，具体数据值分布如图2所示，其中TR_edg1与TR_edg2之间、TR_edg3与TR_edg4之间为产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩范围。
假设根据车速和油门踏板开度查表得到的齿圈需求转矩位于TR_edg1与TR_edg2之间且最靠近TR_edg1，则将TR_edg1作为TR代入公式(1)、公式(2)中计算得到小电机和大电机的目标转矩并控制输出；假设根据车速和油门踏板开度查表得到的齿圈需求转矩不在齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围即TR_edg1与TR_edg2之间或TR_edg3与TR_edg4之间，则将根据车速和油门踏板开度查表得到的齿圈需求转矩作为TR代入公式(1)、公式(2)中计算得到小电机和大电机的目标转矩并控制输出。

Claims (2)

1.一种四轴动力分流式混合动力汽车齿轮敲击噪音消除控制方法，其特征在于：首先确定不同发动机实际转矩下齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围，之后根据车速和油门踏板开度查表得到齿圈需求转矩，结合当前的发动机实际转矩，判断齿圈需求转矩是否在齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围内，如果是，则将根据车速和油门踏板开度查表得到的齿圈需求转矩最靠近的齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩边界值作为TR代入转矩解耦算法公式（1）和公式(2) 分别获得小电机和大电机的目标转矩并控制输出；如果否，则将根据车速和油门踏板开度查表得到的齿圈需求转矩作为TR代入转矩解耦算法按公式(1)和公式(2)分别获得小电机和大电机的目标转矩并控制输出；
其中，TE1为小电机E1的目标转矩，TE2为大电机E2的目标转矩，TEng为发动机实际扭矩，JS1为小太阳轮S1的转动惯量，JS2为大太阳轮S2的转动惯量，JPC为行星架的转动惯量，i01为前排轮系的传动比，i02为后排轮系的传动比， aR为齿圈的角速度，apc为行星架的角速度，TR为齿圈需求转矩。
2.如权利要求1所述的四轴动力分流式混合动力汽车齿轮敲击噪音消除控制方法，其特征在于：不同发动机实际转矩下齿轮敲击噪音产生的齿圈转矩范围按以下步骤进行确定：
Ⅰ 在一定发动机实际转矩下，让其中一个太阳轮不受力，此时若有齿轮敲击噪音则通过该不受力太阳轮相连接的电机开始增加或减小转矩使该不受力太阳轮受力，直至齿轮敲击噪音消除，记录此时该不受力太阳轮相连接的电机的转矩值，以增加转矩方式消除齿轮敲击噪音得到的电机转矩值作为该发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的该不受力太阳轮相连接的电机的转矩最大边界值，以减小转矩方式消除齿轮敲击噪音得到的电机转矩值作为该发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的该不受力太阳轮相连接的电机转矩最小边界值；
Ⅱ 使用步骤Ⅰ中的方法获取产生齿轮敲击噪音的另一个太阳轮相连接的电机的转矩最大边界值和最小边界值；
Ⅲ 以一定的增长速度增加发动机实际转矩，依次使用步骤Ⅰ、步骤Ⅱ中的方法获得该发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的大电机和小电机的转矩最大边界值和最小边界值；直至获得一定范围发动机实际转矩下产生齿轮敲击噪音的大电机和小电机的转矩最大边界值和最小边界值；
Ⅳ 将发动机实际转矩与对应的产生齿轮敲击噪音的小电机的转矩最大边界值、最小边界值分别根据转矩解耦算法公式（3）、公式（4）得到产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩边界值TR_edg1、TR_edg2；将发动机实际转矩与对应的产生齿轮敲击噪音的大电机的转矩最大边界值、最小边界值分别根据转矩解耦算法公式（5）、公式（6）得到产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩边界值TR_edg3、TR_edg4，其中TR_edg1与TR_edg2之间、TR_edg3与TR_edg4之间为产生齿轮敲击噪音的齿圈转矩范围；
其中，TE1_max为产生齿轮敲击噪音的小电机的转矩最大边界值，TE1_min为产生齿轮敲击噪音的小电机的转矩最小边界值，TE2_max为产生齿轮敲击噪音的大电机的转矩最大边界值，TE2_min为产生齿轮敲击噪音的大电机的转矩最小边界值，TEng为发动机实际扭矩，JS1为小太阳轮S1的转动惯量，JS2为大太阳轮S2的转动惯量，JPC为行星架的转动惯量，i01为前排轮系的传动比，i02为后排轮系的传动比， aR为齿圈的角速度，apc为行星架的角速度。
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