摘要：为解决E-CVT混动拖拉机在多工况下的振动噪声（NVH）问题，提升作业舒适性与传动系统可靠性，建立了涵盖动力分流架构、传动系统与整机声学特性的多域动态模型，系统分析了农艺工况下NVH的产生机理与关键影响因素。通过“源头削减-路径阻断-主动抑制-系统协同”的分层控制策略，提出齿轮微观修形优化、机电协同主动阻尼及声学包络设计等工程方案，并划分四阶段技术实施流程进行仿真验证与样机测试。结果表明优化后传动系统扭振能量（TE）峰值得到降低，关键啮合阶次噪声下降，田间作业模式切换瞬态冲击缩短至0.3s以内，满足了混动拖拉机的噪声限值要求。

　　关键词：E-CVT；混动拖拉机；动态特性建模；齿轮传动；NVH控制

　　随着农机装备向“电动化、智能化、舒适化”转型，E-CVT（电控无级变速）混动系统因兼具燃油经济性与作业效率优势，成为大马力拖拉机的核心传动方案。但由于E-CVT具有多动力源耦合及多模式切换特性，其传动系统面临低阶扭振与高频啮合激励叠加的振动噪声（NVH）问题，这不仅容易产生噪声，也可能会加剧齿轮磨损。因此，E-CVT控制方法与策略的研究显得尤为重要。

　　1.E-CVT混动拖拉机与NVH问题概况

　　1.1 E-CVT动力分流架构与工作模式

　　研究对象为双行星排功率分流式E-CVT混动拖拉机，系统由4缸柴油机（60 kW，2200 r/min）、两台永磁同步电机（MG 1：15 kW，用于发电与启动；MG 2：30 kW，用于驱动与能量回收）、双行星排功率分流装置、定轴减速级（i=3.8）及轮边减速器（i=5.2）组成。通过行星齿轮组实现发动机功率分流，转速与转矩关系遵循杠杆原理，可实现发动机直驱、功率分流、纯电驱动及能量回收等多种工作模式[1]。

　　1.2典型农艺工况与NVH问题特征

　　由于拖拉机核心农艺工况在负荷谱与速度谱上差异显著，其NVH问题呈现出明显的工况依赖性特征。耕整地作业时以低速高负载为主，负荷波动较大，发动机长期处于中低转速区间，扭矩脉动易激发2—4阶低阶扭振，并经传动系统传递至驾驶室地板，导致振动加速度升高。运输工况下则表现为高速轻载，齿轮副时变啮合刚度成为主要噪声源，阶次噪声随发动机转速显著变化。联合作业中高低频激励并存，频繁的转速与模式切换易引发瞬态冲击，阶次噪声出现跃迁，峰值声压级可超过90 dB(A)，对舒适性影响显著。

　　2.NVH主要影响因素及关键控制思路

　　2.1主要影响因素

　　2.1.1动力源激励与传动路径影响动力源激励是混动拖拉机NVH问题的首要来源。4缸柴油机受燃烧压力周期性波动影响，输出转矩呈现以2阶为主的脉动特性，幅值可达额定转矩的8—12%，在1200—1500r/min低速工况下易与传动系统扭振模态发生共振。MG1/MG2电机存在由齿槽效应引起的电磁转矩波动，其频率与行星齿轮啮合频率叠加后，进一步放大高频噪声。PWM调制引起的电流纹波会激发电机壳体在2000—3000Hz范围内振动，对结构可靠性产生不利影响。在传动路径中，行星齿轮啮合刚度随啮合状态周期性变化，刚度波动幅值可达平均值的30%—40%，叠加制造与装配误差后，显著加剧局部啮合冲击与噪声辐射。

　　2.1.2系统耦合与控制因素机电系统的多物理场耦合进一步放大了NVH问题。一方面，电机转矩控制带宽通常低于传动系统固有扭振频率，导致控制响应滞后，难以及时抑制瞬态振动；另一方面，在模式切换过程中，离合器结合阶段转矩传递不连续，易产生峰值可达额定转矩1.5倍的冲击扭矩，引发阶次噪声尖峰。为优化燃油经济性而进行的速比动态寻优，会使齿轮啮合频率持续变化，当其扫过车身或驾驶室结构固有频率时，容易诱发共振现象，造成噪声与振动水平突增，表现出明显的工况依赖性。

　　2.1.3结构声辐射与整机放大效应在整机层面，结构声辐射是NVH问题向驾驶员感知转化的关键环节。传动系统壳体的一阶弯曲模态频率与行星轮啮合频率接近，易发生模态耦合，使壳体振动加速度放大2—3倍。机罩与驾驶室之间的声学传递函数在200—500Hz频段内具有较高增益，会将结构振动高效转化为空气声。机罩密封性不足及驾驶室吸隔声材料性能有限，导致噪声衰减能力偏低，进一步放大了驾驶员主观噪声感受，成为混动拖拉机NVH优化的重点与难点。

　　2.2关键控制思路

　　基于“分层控制、多域协同”原则，建立四层级NVH控制体系，实现从“源头-路径-终端”的全链条抑制。（1）源头削减：齿轮微观修形（纵向/齿廓、目标散布）、制造误差容差设计与装配偏置控制。（2）路径阻断：轴承/支撑刚度优化与解耦、隔振/阻尼组件配置。（3）主动抑制：基于TE/阶次的电机前馈补偿与发动机扭矩整形、速比与转速轨迹规划、主动阻尼控制。（4）系统协同：以NVH指标参与的多目标能耗-NVH协同优化[2]。

　　3.NVH机理与动态特性模拟分析

　　3.1仿真模型

　　构建E-CVT混动拖拉机多域耦合仿真模型（图1），各子模型的构成与功能如下。（1）整机纵向动力学：发动机-双电机/单电机-行星排-齿轮级-车桥-轮地耦合。（2）传动系统扭振模型：含时变啮合刚度、啮合误差与传动误差（DTE）驱动的多自由度集中参数模型；载荷分配与行星齿轮相位效应。（3）电驱与控制：电机电磁/控制环节等效、扭矩控制带宽、扭矩波纹建模。（4）声学辐射：壳体/板件模态-声辐射简化模型或传函法。

　　3.2数值模拟参数

　　数值模拟过程中的相关参数的设定如表1所示。

　　3.3技术阶段划分

　　动态特性模拟分析与NVH优化分为四个技术阶段。

　　（1）阶段I：机理模型建立与基线校核（台架/道路NVH初测）；（2）阶段II：参数灵敏度与薄弱环节识别（TE与阶次能量追踪）；（3）阶段III：优化与控制策略联动（微观修形+主动抑制协同）；（4）阶段IV：样机验证与量产容差固化。

　　3.4数值模拟分析

　　以耕整地工况为例对系统性能进行对比分析。结果显示，优化后传动误差峰值由35μm降至18μm，改善率达48.6%，齿轮12阶啮合噪声由92 dB(A)降至83 dB(A)，噪声水平明显降低。驾驶室振动加速度由1.8m/s2降至0.95 m/s2，降低47.2%，有效改善了作业舒适性。同时模式切换瞬态噪声峰值由120 dB(A)降至98 dB(A)，改善率为18.3%，表明优化方案在降低瞬态冲击与噪声方面具有显著效果。

　　4.关键控制技术与工程实现

　　4.1齿轮传动NVH源头削减技术

　　通过微观修形优化以降低TE。同时改良载荷分配，匹配齿轮柔度与支撑刚度。控制工艺窗口，确保几何量过程能力指数（CPK）达标。

　　4.2机-电协同的主动抑制与轨迹规划

　　利用电机注入反向扭矩抑制特定阶次噪声。规划速比-转速轨迹以避开共振区。

　　4.3传力路径隔振与声学包络

　　通过设计加强筋与调谐质量块，优化壳体刚度。应用吸隔声材料提升驾驶室声学性能。

　　5.控制措施实施效果

　　5.1场内耐久测试与下线测试台架数据验证

　　在台架上开展了1000 h耐久测试及下线性能测试，对比优化前后关键NVH指标。结果表明，在额定转速2000 r/min下，齿轮传动误差峰值由12μm降至5μm，降低58.3%，TE边带能量下降16.7%。在耕整地工况下，壳体振动加速度由22 m/s2降至13 m/s2，改善40.9%。运输工况60 km/h时，车内A计权声压级降低至72 dB(A)，车外声压级降至80 dB，整体噪声与振动性能显著提升，验证了优化方案的有效性。

　　5.2场外田间测试数据验证

　　在典型田间工况（耕整地、播种及运输）下开展实车测试，重点验证模式切换瞬态特性及驾驶员主观感受。结果显示，纯电向混动模式切换过程中，扭矩冲击峰值由180 N·m降至85 N·m，持续时间由0.15 s延长至0.3 s，瞬态冲击明显缓解。主观评价方面，5名专业驾驶员一致认为优化后车辆在振动、噪声及模式切换平顺性方面显著改善，整体操作舒适性大幅提升，验证了控制策略优化的有效性[3]。

　　5.3设计-仿真-试验闭环实施效果评价

　　通过“设计—仿真—试验”闭环验证，实现了NVH性能、能耗与成本之间的有效平衡。结果表明，齿轮传动误差峰值下降58.3%，边带能量降低16.7%，在200—2000 Hz频段内以齿轮啮合阶次为主的阶次噪声降低8—15 dB，驾驶员舒适性显著提升。受扭矩补偿控制与模式切换优化影响，运输工况百公里油耗仅增加2.3%，耕整作业效率保持不变[4]。

　　6.结论

　　研究提出了针对E-CVT混动拖拉机的NVH优化方法，涵盖机理研究、仿真分析与工程实践。优化实施后整车NVH性能得到显著提升，同时兼顾能耗与作业效率，可以推广至齿轮修形与主动抑制技术至其他混动车辆平台。但当前研究未考虑多源激励的联合作用，且未涉及极端工况下的NVH性能。后续工作中应开展多源联合主动控制研究，结合自适应滤波算法，实现多激励源的协同抑制；探索声学逆向设计方法，通过声场测试反推振动源特性，优化声学包装结构；建立HIL/SiL闭环验证平台，以缩短NVH研发周期，降低实车测试成本。

参考文献：

　　[1]许小黑.新能源汽车减速器齿轮加工工艺优化与NVH性能改善研究[C]中国智慧工程研究会.2024智慧施工与规划设计学术交流会论文集.浙江双环传动机械股份有限公司,2024:1001-1003.

　　[2]赵飞.电控制动助力系统NVH优化设计及试验方法研究[J].传动技术,2023(3):30-35.

　　[3]郑昌舜.主流E-CVT动力分流混动变速器简析[J].传动技术,2016(4):18-28.

　　[4]张俊江,林庆平,刘孟楠,等.双电机混动拖拉机配套农机具的协同驱动系统及控制方法[P].CN120716442A,2026.