某電動(dòng)汽車起步?jīng)_擊和抖動(dòng)測(cè)試分析

王朝建　肖揚(yáng)

摘 要：某電動(dòng)汽車（以下簡(jiǎn)稱“某車型”）D檔起步時(shí)先有沖擊現(xiàn)象后伴隨整車抖動(dòng)，嚴(yán)重影響車輛的駕乘舒適性。文章基于某主機(jī)廠在研車型存在的該問(wèn)題進(jìn)行測(cè)試分析，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的colormap進(jìn)行分析，分析出傳動(dòng)系齒間間隙是導(dǎo)致沖擊的原因，電機(jī)的階次振動(dòng)是導(dǎo)致起步抖動(dòng)的主要原因;通過(guò)對(duì)比該車型與標(biāo)桿車的扭矩變化曲線，提出后續(xù)優(yōu)化標(biāo)定方案。文章研究為電動(dòng)汽車起步抖動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對(duì)整車NVH性能提升有重要意義。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;起步;抖動(dòng);測(cè)試分析中圖分類號(hào)：U469.72? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）01-03-03

Abstract： The electric vehicle， D， starting， accompanied by vehicle impact and shake， which seriously affects the driving comfort of the vehicle. The article is based on the test and analysis of this problem in the research and development model of a host factory. By analyzing the colormap of the vibration signal， it is recognized that the clearance between teeth of transmission system is the cause of impact and the order vibration of the motor is the main cause of starting shake; by comparing the electric vehicle to the benchmark car， the torque variation curve is proposed， and the subsequent calibration optimization scheme is proposed. This paper provides a basis for the optimization design of creeping shake of electric vehicles， which is great significance to the improvement of NVH performance of the vehicle.Keywords： Electric vehicle; Starting; Shake; Test analysisCLC NO.： U469.72? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）01-03-03

前言

車輛起步不僅要求平穩(wěn)、快捷、而且要滿足駕駛員的起步意圖，同時(shí)要求能適應(yīng)外部行駛環(huán)境的變化以及車輛自身參數(shù)的變化。從純電動(dòng)汽車起步平順性考慮，起步時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生使乘員感到不舒適的抖動(dòng)、沖擊和在傳動(dòng)系中產(chǎn)生過(guò)大的動(dòng)載荷^[1]。文章通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體、方向盤(pán)及座椅導(dǎo)軌振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)試驗(yàn)手段分析起步抖動(dòng)產(chǎn)生的原因，對(duì)整車NVH性能開(kāi)發(fā)過(guò)程中VCU、MCU程序設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

1 起步抖動(dòng)測(cè)試

1.1 測(cè)試設(shè)備

本次試驗(yàn)借助LMS Test.lab數(shù)采前端及分析軟件、CAN線、三向振動(dòng)加速度傳感器等附件完成。依據(jù)汽車行業(yè)針對(duì)整車振動(dòng)問(wèn)題的常規(guī)測(cè)試方法對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體、方向盤(pán)、座椅導(dǎo)軌位置進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。

1.2 測(cè)試方案

通過(guò)對(duì)該車起步?jīng)_擊和抖動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，結(jié)合振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理及現(xiàn)有的試驗(yàn)設(shè)備情況，制定如下測(cè)試方案：

（1）原狀態(tài)車輛N檔，踩住剎車，掛D檔，松開(kāi)剎車起步測(cè)試;

（2）控制扭矩：電機(jī)施加2Nm預(yù)扭矩起步測(cè)試;

（3）標(biāo)桿車起步測(cè)試;

（4）優(yōu)化后驅(qū)動(dòng)電機(jī)樣機(jī)測(cè)試。

1.3 數(shù)據(jù)記錄與振動(dòng)分析軟件

測(cè)量時(shí)，振動(dòng)信號(hào)通過(guò)三向振動(dòng)加速度傳感器采集，扭矩信號(hào)、車速、轉(zhuǎn)速等信號(hào)通過(guò)CAN線讀取，采集到的信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)采前端，借助其完成振動(dòng)信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換;采集到的振動(dòng)和扭矩、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)使用LMS Test.lab分析軟件進(jìn)行處理，通過(guò)該軟件分析，最終獲取振動(dòng)colormap圖、扭矩變化曲線、轉(zhuǎn)速曲線等 ^[2]。

2 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

2.1 原狀態(tài)D檔起步測(cè)試數(shù)據(jù)分析

圖1， D擋起步時(shí)先有沖擊現(xiàn)象后伴隨整車抖動(dòng)現(xiàn)象。圖2，電機(jī)剛剛輸出扭矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速、車速會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)較大峰值波動(dòng)，對(duì)應(yīng)圖1中的第一次沖擊?？赡艿脑颍海?）懸置限位不足;（2）傳動(dòng)系齒間間隙影響，傳動(dòng)系正轉(zhuǎn)消除間隙后碰撞回彈，然后再次正轉(zhuǎn)嚙合，所以是兩個(gè)波峰，4.16s瞬時(shí)有負(fù)轉(zhuǎn)速，證明是回彈。

針對(duì)可能原因（1），Tip in/Tip out 工況，主觀評(píng)價(jià)無(wú)動(dòng)總沖擊現(xiàn)象，判斷非懸置剛度問(wèn)題;針對(duì)可能原因（2），施加2Nm的預(yù)扭矩進(jìn)行驗(yàn)證，以消除傳動(dòng)系齒間間隙影響。

從圖2可以看出，達(dá)到蠕行最大扭矩25Nm后，電機(jī)轉(zhuǎn)速、車速有明顯波動(dòng)，對(duì)應(yīng)colormap圖上約13Hz的振動(dòng)。抖動(dòng)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為20～80r/min ，對(duì)應(yīng)傳動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)3階頻率0.13～0.52Hz，可以排除傳動(dòng)軸模態(tài)影響?？赡艿脑颍海?）懸架模態(tài)影響;（2）動(dòng)總剛體模態(tài)影響，恒扭矩輸出時(shí)，初步判定為負(fù)載的變化導(dǎo)致反作用于電機(jī)扭矩變化，激勵(lì)起剛體模態(tài)。

針對(duì)可能原因（1），起步時(shí)車速較低，路面激勵(lì)不足以激勵(lì)懸架振動(dòng)，排除懸架模態(tài)影響;針對(duì)可能原因（2），測(cè)試動(dòng)力總成剛體模態(tài)，存在12.9Hz模態(tài)。

2.2 電機(jī)施加2Nm預(yù)扭矩起步測(cè)試分析

圖3，電機(jī)施加2Nm的預(yù)扭矩后，針對(duì)第一次沖擊現(xiàn)象，沖擊幅值有明顯降低（圖3左邊第一個(gè)框中區(qū)域），且主觀感受上有明顯改善。但，車內(nèi)抖動(dòng)問(wèn)題依然存在，且頻率約在13Hz（圖3左邊第二個(gè)框中區(qū)域）。

圖4，上圖為施加2Nm預(yù)扭矩測(cè)試數(shù)據(jù)，下圖為施加2Nm預(yù)扭矩測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)比可知施加2NM預(yù)扭矩后，轉(zhuǎn)速波動(dòng)的第一個(gè)峰值消失，證明轉(zhuǎn)速波動(dòng)是由傳動(dòng)系齒間間隙導(dǎo)致的。

2.3 標(biāo)桿車起步測(cè)試分析

圖5為標(biāo)桿車D擋起步工況電機(jī)本體振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)，從圖中可以看出標(biāo)桿車電機(jī)本體振動(dòng)無(wú)明顯階次，且主觀感受上標(biāo)桿車也不存在起步抖動(dòng)現(xiàn)象。

2.4 優(yōu)化后驅(qū)動(dòng)電機(jī)樣機(jī)起步測(cè)試分析

將優(yōu)化后樣機(jī)搭載在同一輛車上進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)試過(guò)程中除電機(jī)施加2Nm預(yù)扭矩外，VCU和MCU程序標(biāo)定版本同2.1測(cè)試工況，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6所示。

測(cè)試結(jié)果表明，電機(jī)本體無(wú)24階振動(dòng)，主觀感受起步過(guò)程車內(nèi)無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象。

3 優(yōu)化方案

3.1 扭矩標(biāo)定優(yōu)化

3.1.1 起步?jīng)_擊優(yōu)化

電機(jī)施加預(yù)扭矩對(duì)起步?jīng)_擊有明顯改善，建議后期標(biāo)定增加預(yù)扭矩。

3.1.2 起步抖動(dòng)優(yōu)化

圖7上圖為標(biāo)桿車相電流曲線，下圖為某車型電機(jī)輸出扭矩。起步時(shí)大的扭矩變化會(huì)造成抖動(dòng)現(xiàn)象，由于標(biāo)桿車無(wú)起步抖動(dòng)現(xiàn)象，故，后續(xù)建議參考標(biāo)桿車的起步標(biāo)定策略。

目前，抑制純電動(dòng)汽車起步抖動(dòng)，主要增加力矩平滑環(huán)節(jié)，使電機(jī)輸出力矩以一定的步長(zhǎng)逼近期望力矩，通過(guò)限制電機(jī)輸出扭矩瞬間跳變的步長(zhǎng)，減小電機(jī)輸出力矩對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，將電機(jī)輸出階躍狀態(tài)的扭矩轉(zhuǎn)換成斜坡?tīng)顟B(tài)的扭矩，使起步抖動(dòng)現(xiàn)象得到改善。

在前期調(diào)試MCU控制程序的基礎(chǔ)上，通過(guò)增大電流環(huán)增益PI系數(shù)及轉(zhuǎn)矩指令濾波時(shí)間，亦可提高整車的平順性。

3.2 電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對(duì)起步抖動(dòng)問(wèn)題，供應(yīng)商對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：（1）定、轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度縮短;（2）減小軸向氣隙不均勻度;（3）繞組改為短距，減小氣隙諧波磁密。驗(yàn)證結(jié)果表明本次對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)對(duì)起步抖動(dòng)有明顯改善效果。

4 結(jié)論

文章依托某車型起步?jīng)_擊和抖動(dòng)問(wèn)題，依據(jù)汽車行業(yè)針對(duì)整車振動(dòng)問(wèn)題的常規(guī)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試分析，結(jié)合振動(dòng)傳遞路徑、電機(jī)輸出扭矩控制策略、排除關(guān)聯(lián)部件影響、對(duì)比分析法設(shè)計(jì)試驗(yàn)程序。然后通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定產(chǎn)生沖擊的原因?yàn)閭鲃?dòng)系齒間間隙過(guò)大;產(chǎn)生整車抖動(dòng)的原因?yàn)殡姍C(jī)24階激勵(lì)，激發(fā)起約13Hz的動(dòng)力總成剛體模態(tài)。文章對(duì)解決純電動(dòng)汽車起步?jīng)_擊和抖動(dòng)問(wèn)題有重要借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜瑞.純電動(dòng)汽車起步控制策略研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2012.

[2] 陳昕，王朝建，等.汽車發(fā)電機(jī)通風(fēng)噪聲階次分析方法研究[J].微特電機(jī).2013， （41）： 37-39.