混合動力汽車發動機啟停過程NVH特性及控制策略優化研究

中圖分類號：U464 收稿日期：2025-03-20 DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.07.010

NVH Characteristics and Control Strategy Optimization of Engine Start-stop Process in Hybrid Vehicles

YuGe Hunan Vocational College of Electronic and Technology，Changsha 41oooo，China

Abstract：Hybridvehicleshaveatractedwidespreadatentioninthefieldofnewenergyvehiclesduetotheiradvantagesinenergy savingandenvironmentalprotection.Theenginestartstoptechologysoneoftecoretechologiesofhybridveicles，utitlsofac essomeproblemssuchasoise，ibrationandharshness（NH）.ThispaperanalzestheNVHharacteristicsduringtheenginestart stopprocessofhybridvehicls.Ontisbasis，tepaperproposesanoptimzatiomethodfortheenginestartstopcontrolstrategyiming to minimize NVHlevels during the start-stop processand improve engine power response and fuel economy.

KeyWords：Hybrid vehicles;Engine start-stop;NVHcharacteristics;Control strategy optimization

1前言

隨著環境污染和能源短缺問題日趨嚴峻，新能源汽車尤其是混合動力汽車受到了越來越多的關注，被譽為節能減排的重要技術路線之一?；旌蟿恿ζ嚢l動機啟停系統作為該車型的核心技術之一，可以在行駛過程中根據工況需求自動關閉和重啟發動機，從而大幅降低燃油消耗和排放水平。然而，在發動機啟停過程中，會產生噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）問題，如啟動時的怠速顫振、曲軸扭振、沖擊噪聲等，停車時的回火、離合器共振等，這些問題不僅影響車輛NVH性能，降低駕乘舒適性，而且還可能導致部件磨損加速、使用壽命縮短，因此亟須進行NVH特性分析及控制策略優化[1]。

為此，本文對混合動力汽車發動機啟停過程的NVH問題進行了深入研究，分析了影響因素，并在此基礎上提出了優化控制策略，旨在為該領域的產品開發和應用提供技術支持。

2混合動力汽車發動機啟停過程NVH特性分析

混合動力汽車的發動機啟停過程可以分為啟動階段和停機階段，兩者的振動特性存在顯著差異。在啟動階段，發動機需要克服靜止狀態下的慣性，通常由啟動電機驅動，再逐步過渡到燃油噴射和點火過程。由于啟動電機的瞬時扭矩較大，且發動機內部摩擦和缸壓波動較大，會引發低頻抖動和瞬態沖擊，曲軸的慣性力矩變化、發動機懸置系統的動態響應以及變速器輸入軸的扭振耦合效應，都會影響啟動過程的振動特性。例如，在某些混合動力車型中，啟動瞬間的縱向振動加速度峰值可達 3～5m/s² ，若控制策略不優化，駕駛員會明顯感受到車身輕微震顫或方向盤擺動，具體如圖1所示。

在停機階段，發動機逐漸降低轉速直至完全停止，此時主要受到燃油切斷、慣性減速和氣缸壓縮回彈的影響。其中，最后一個壓縮沖程的氣缸壓力變化，會導致曲軸在停機瞬間產生反向扭振，使得發動機懸置系統出現短時剛性沖擊，表現為車身的瞬間低頻振動。部分混合動力車型采用雙質量飛輪（DMF）或液力減振器來緩沖停機沖擊，但若調校不當，仍會引發高頻共振，影響車內舒適性[2]。

除了振動問題，發動機啟停過程中還會引發明顯的噪聲變化，主要包括機械噪聲、燃燒噪聲和結構傳播噪聲。在啟動階段，啟動電機的齒輪嚙合聲、曲軸旋轉噪聲以及點火后的燃燒噪聲，會使車內出現突發性的中高頻噪聲 （500～2kHz） 。特別是在冷啟動時，由于機油尚未完全潤滑，氣門機構和活塞運動產生的機械噪聲較為明顯，部分混合動力車型在啟動瞬間的噪聲峰值可達65～70dB（A） ，若隔音措施不足，乘客會感受到明顯的突兀噪聲。在停機階段，噪聲主要來源于燃油噴射停止、氣缸壓力釋放以及懸置系統的回彈。由于發動機的轉速逐漸下降，部分工況下可能會出現共振現象，導致低頻轟鳴聲（ 100～300Hz ），尤其是在怠速停機過程中，車內會出現輕微的共鳴效應，影響舒適性[3]。

圖1混合動力汽車發動機啟停過程NVH特性

3混合動力汽車發動機控制策略優化

在分析了混合動力汽車發動機啟停過程存在的NVH問題及其成因之后，控制策略的優化顯得尤為重要。合理的控制策略不僅能夠有效降低發動機啟停過程中的噪聲、振動和聲振粗糙度，提升駕乘舒適性，還能夠確保發動機的動力響應性能，降低燃油消耗，提高混合動力汽車的整體經濟性和環保性。

因此，本文針對混合動力汽車的發動機啟?？刂七M行了深入研究，提出了兩種優化策略：基于啟停規律的控制參數優化和基于NVH目標的最優控制策略設計。前者側重于對發動機啟動電機扭矩、燃油噴射時序、點火時機等參數進行匹配優化，并引入自適應控制，使其能夠根據工況需求動態調整；后者則從系統層面出發，建立了綜合考慮動力學和NVH響應的數學模型，利用仿真和優化算法尋求最優控制策略，在保證動力性能的前提下最大限度降低NVH水平。兩種策略相輔相成，為混合動力汽車的高效低碳發展提供了技術支撐。

3.1基于啟停規律的控制參數優化

在混合動力汽車的啟?？刂浦校l動機的啟動時序、燃油噴射參數、電機輔助扭矩等因素對于NVH特性和動力平順性至關重要。傳統的啟?？刂撇呗酝捎霉潭▍?，但由于不同發動機（如直噴與進氣噴射）、不同驅動架構（如P0、P2架構）的啟停特性不同，需要進行參數匹配優化，以減少振動沖擊和燃油消耗[4]。

因此研究人員需優化啟動時間控制，調整電機助力時機，減少發動機啟動時的慣性沖擊；優化燃油噴射策略：采用預噴射技術，提高點火穩定性，減少啟動過程中燃燒不均勻導致的扭振問題；優化點火時機：在低溫環境下，適當提前點火，減少冷啟動遲滯，提高發動機啟動響應速度；優化怠速控制：調整燃油噴射量與節氣門開度，確保停機過程中轉速平穩下降，減少停機瞬間的振動沖擊（表1）。

表1參數優化

通過上述優化，混合動力汽車的啟停過程可實現更平順的啟動響應、更低的噪聲振動影響，同時減少不必要的燃油消耗，提高整車的燃油經濟性[5]。

另外，由于混合動力汽車的啟停頻率受行駛工況、駕駛員操作、道路環境等因素影響，固定參數控制策略在實際應用中可能難以滿足所有場景需求。因此，優化控制策略需要引入自適應算法，根據實時工況動態調整關鍵參數，以確保啟停過程在各種條件下均能保持最佳性能（表2）：在低溫情況下，增加電機助力比例，減少冷啟動時的燃油消耗和振動沖擊；當電量較低時，優化發動機啟停策略，確保動力系統穩定性，在坡道起步情況下，調整發動機啟停時機與扭矩輸出，防止因不當啟停導致的溜車或動力遲滯[6]。

表2自適應優化參數優化

基于啟停規律的控制參數優化是混合動力汽車發動機啟停策略優化中的核心環節，主要包括啟停過程參數匹配優化和動態工況自適應優化兩個方面。在參數匹配優化中，通過調整啟動電機扭矩、燃油噴射時序、點火時機、怠速設定等關鍵參數，有效降低啟停過程中的振動沖擊，提高NVH性能和燃油經濟性。而在動態工況自適應優化中，利用駕駛員意圖識別、環境溫度自適應、電池SOC管理、道路狀況感知等優化策略，使啟?？刂聘又悄芑?，能夠適應不同駕駛環境，提高整車的平順性和舒適性。

通過這些優化措施，混合動力汽車的發動機啟停控制策略更加精準和高效，不僅能夠提升駕駛體驗，還能夠進一步降低油耗和排放，為新能源汽車的智能化發展提供技術支撐。

3.2基于NVH目標的最優控制策略設計

在混合動力汽車發動機啟停過程的控制策略優化中，以NVH（噪聲、振動和聲振粗糙度）目標為基礎的最優控制策略設計是至關重要的[8]。該策略的主要目的是通過精確調控發動機的啟停行為，以最大限度降低不良NVH現象，從而提升乘坐的舒適性和車輛的整體性能。研究人員需要建立一個包含動力系統和NVH響應的綜合數學模型，此模型將描述發動機啟停過程中的動態行為及其對NVH的影響，模型中包括發動機的動力學方程、啟動電機的扭矩特性以及傳動系統的動態響應，動力學方程可以表示為：

式中， J 為發動機轉動慣量； ω 為發動機轉速， τ_motor 為啟動電機產生的扭矩； τ_load 為負載扭矩； D 為阻尼函數，它包括由于摩擦和其他阻力造成的扭矩損失。通過這個方程，研究人員可以模擬發動機在啟動和停止階段的速度和加速度變化，這些都直接影響NVH特性。接下來，研究人員利用仿真工具（如MATLAB/Simulink、ANSYS等）對模型進行仿真，以預測不同控制策略下的NVH響應，通過對比仿真結果與NVH性能目標，如最大振動加速度不超過 3m/s² ，聲音壓級不超過 70dB （A）等，可以評估各控制策略的有效性。

在建立了精確的仿真模型后，研究人員需采用優化算法來調整控制參數，尋找最佳的啟停控制策略，以最小化NVH的負面影響為目標函數，優化的目標函數可以表示為：

式中 ，f（NVH） 為 NVH性能的綜合評價函數； L_vib 和 L_noise 分別為振動和噪聲的級別； w₁ 和 w₂ 為相應的權重系數，這些系數根據具體的應用需求進行調整。優化過程中，算法將迭代搜索控制參數（如啟動電機的扭矩分配、燃油噴射時序等），以找到滿足NVH目標同時不犧牲發動機性能的控制策略。通過這兩步方法的實施，研究人員可以設計出一個既能保障發動機動力性能，又能顯著降低NVH水平的發動機啟停控制策略。實車試驗與長期運行數據的收集也是不可或缺的，它們將用于進一步驗證和細化控制策略，確保其在實際操作中的有效性和可靠性。這種基于NVH目標的控制策略設計不僅提高了混合動力汽車的市場競爭力，還極大地提升了用戶的駕駛體驗。

4結語

本文針對混合動力汽車發動機啟停過程中的NVH問題，進行了深入分析和研究。首先闡述了發動機啟停過程中存在的噪聲、振動和聲振粗糙度等NVH問題，揭示了產生這些問題的根源及影響因素；然后提出了兩種控制策略優化方法：基于啟停規律的控制參數優化和基于NVH目標的最優控制策略設計。前者通過優化啟動電機扭矩、燃油噴射時序、點火時機等參數，有效降低了啟停過程振動沖擊，提升了NVH性能；后者建立了包含動力學和NVH響應的數學模型，利用仿真和優化算法，設計出能顯著降低NVH水平的最優控制策略。兩種優化方法有助于進一步提高混合動力車的駕駛舒適性和燃油經濟性。該研究不僅為混合動力汽車的產品開發提供了技術支持，也為新能源車輛NVH性能優化指明了方向，對于推動汽車產業的綠色可持續發展具有重要意義。

參考文獻：

[1]李民，劉玉龍，許增滿，等.混合動力汽車發動機啟停振動研究[J].中國汽車，2023（6）：38-43.

[2]陳龍，陶磊.混合動力汽車發動機啟停工況扭振自適應模糊控制[J].重慶大學學報，2024，47（1）：104-114.

[3]王長卉.不同構型混合動力汽車排放及發動機運行工況特性試驗研究[D].煙臺：煙臺大學，2021.

[4]徐蘭欣，蘇長樹，張偉.一種新能源混合動力汽車臺架尾排系統啟?？刂圃O計[J].汽車電器，2020（9）：10-12+18.

[5]王磊，侯龍，張雙，等.混合動力汽車發動機啟動過程研究[J].現代車用動力，2020（4）：11-16.

[6]田珂，馬曉.融合動態規劃與XGBoost算法的混合動力汽車能量管理策略[J].車用發動機，2025（2）：80-88.

[7]張子涵，譚小輝.混合動力汽車能量管理策略及發動機優化探析[J].專用汽車，2023（12）：13-15.

[8]王春洋，李殿起.混合動力汽車發動機啟?？刂撇呗匝芯縖J].機械管理開發，2022，37（12）：304-306.

作者簡介：喻革，男，1990年生，講師，研究方向為汽車發動機技術。