某電動(dòng)汽車(chē)蠕行抖動(dòng)測(cè)試分析

王朝建，曾海軍，肖揚(yáng)

摘 要：某電動(dòng)汽車(chē)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“某車(chē)型”）D檔蠕行，車(chē)速2～3km/h行駛時(shí)伴隨整車(chē)抖動(dòng)，嚴(yán)重影響車(chē)輛的駕乘舒適性。文章基于某主機(jī)廠在研車(chē)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，分析出電機(jī)的階次振動(dòng)是導(dǎo)致蠕行抖動(dòng)的主要原因;通過(guò)對(duì)比該車(chē)型與標(biāo)桿車(chē)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(chē)蠕行抖動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對(duì)整車(chē)NVH性能提升有重要意義。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);蠕行;抖動(dòng);測(cè)試分析

中圖分類(lèi)號(hào)：U462.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）23-05-03

Analysis of Creeping Shake Test of an Electric Vehicle

Wang Chaojian， Zeng Haijun， Xiao Yang

（ Hunan Intelligence Automobile Co.， Ltd.， Hunan Zhuzhou 412007 ）

Abstract： The electric vehicle， D， creeping， and the speed is 2-3km/h， accompanied by vehicle 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 order vibration of the motor is the main cause of creep jitter; 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; Creeping; Shake; Test analysis

CLC NO.： U462.3 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-05-03

前言

電動(dòng)汽車(chē)作為一種新能源交通工具，可解決傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油燃燒導(dǎo)致的尾氣排放，具有低污染、低噪聲、高效率等優(yōu)點(diǎn)，是今后交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車(chē)品牌及車(chē)型較多，但不少新興主機(jī)廠對(duì)新能源車(chē)輛系統(tǒng)匹配及電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)缺乏經(jīng)驗(yàn)，且技術(shù)積累不足，導(dǎo)致不少車(chē)型不具備蠕行功能。車(chē)輛在高壓上電完成，變速箱擋位掛至前進(jìn)/倒退擋，松開(kāi)制動(dòng)踏板后車(chē)輛必須在踩下油門(mén)后才能起步行走;或車(chē)輛在蠕行過(guò)程中表現(xiàn)不佳，容易出現(xiàn)抖動(dòng)及頓挫感。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)手段分析蠕行抖動(dòng)產(chǎn)生的原因，對(duì)整車(chē)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 蠕行抖動(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(chē)行業(yè)針對(duì)整車(chē)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(chē)蠕行抖動(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)D擋蠕行工況，車(chē)速2～3km/h;

（2）控制扭矩標(biāo)定斜率：恒扭矩蠕行工況測(cè)試;

（3）N擋斷電滑行工況（排除電機(jī)影響）主觀評(píng)價(jià);

（4）標(biāo)桿車(chē)蠕行工況下扭矩、車(chē)速、電機(jī)本體、方向盤(pán)、座椅導(dǎo)軌振動(dòng)測(cè)試;

（5）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(chē)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，并保存到計(jì)算機(jī)硬盤(pán)里[1]。

2 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

2.1 原狀態(tài)D擋蠕行工況測(cè)試數(shù)據(jù)分析

圖1為原狀態(tài)D擋蠕行工況，車(chē)速2～3km/h時(shí)測(cè)試結(jié)果。從圖中可以看出，約13Hz左右，座椅導(dǎo)軌和電機(jī)本體存在振動(dòng)，與主觀感受一致，即車(chē)速3km/h行駛時(shí)，伴隨整車(chē)抖動(dòng)。從圖2可以看出，扭矩降低段對(duì)應(yīng)座椅導(dǎo)軌振動(dòng)波動(dòng)較大，且扭矩降低點(diǎn)對(duì)應(yīng)動(dòng)力總成剛體模態(tài)。

圖1 ?原狀態(tài)座椅導(dǎo)軌、電機(jī)colormap圖

圖2 ?原狀態(tài)電機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)速和座椅導(dǎo)軌振動(dòng)曲線

從圖2可以看出，扭矩降低段對(duì)應(yīng)座椅導(dǎo)軌振動(dòng)波動(dòng)較大，且扭矩降低點(diǎn)對(duì)應(yīng)動(dòng)力總成剛體模態(tài)。蠕行抖動(dòng)段扭矩下降，初步判定是扭矩變化導(dǎo)致，2.2章節(jié)對(duì)恒扭矩蠕行工況整車(chē)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試分析。

2.2 恒扭矩蠕行工況測(cè)試分析

圖3為D擋、恒扭矩（恒扭矩25Nm）蠕行工況測(cè)試結(jié)果。從圖中可以看出，約13Hz左右，座椅導(dǎo)軌仍存在振動(dòng)。車(chē)速2～3km/行駛時(shí)整車(chē)仍有抖動(dòng)，但主觀感覺(jué)相比標(biāo)定之前有一定改善。說(shuō)明，扭矩標(biāo)定程序?qū)θ湫泄r整車(chē)抖動(dòng)有一定影響。初步分析可能的原因：（1）懸架模態(tài)影響;（2）動(dòng)力總成剛體模態(tài)影響，排查是否為動(dòng)總剛體模態(tài)影響可通過(guò)掛N檔上電推行，整車(chē)仍伴隨抖動(dòng)現(xiàn)象，上電之后電機(jī)產(chǎn)生勵(lì)磁扭矩，變化的負(fù)載與勵(lì)磁扭矩作用下激勵(lì)剛體模態(tài)。由此判定，恒扭矩25Nm，D擋蠕行工況產(chǎn)生整車(chē)抖動(dòng)的主要原因是電機(jī)4階激勵(lì)，激發(fā)起約13Hz的動(dòng)力總成剛體模態(tài)。

圖3 ?恒扭矩工況電機(jī)扭矩、車(chē)速、座椅導(dǎo)軌

振動(dòng)曲線及colormop圖

針對(duì)可能影響因素（1），起步至車(chē)輛蠕行過(guò)程中，車(chē)速較低，路面激勵(lì)不足以激勵(lì)懸架模態(tài)，初步判斷非懸架模態(tài)導(dǎo)致，可做斷電滑行（排除電機(jī)影響），先通過(guò)主觀感受評(píng)價(jià)該車(chē)速下是否仍有整車(chē)抖動(dòng)現(xiàn)象。

針對(duì)可能影響因素（2），后續(xù)可做以下測(cè)試驗(yàn)證，①測(cè)試當(dāng)前狀態(tài)動(dòng)總剛體模態(tài);②動(dòng)總上增加大質(zhì)量驗(yàn)證;③置供應(yīng)商提供+50%剛度懸置驗(yàn)證;④測(cè)試相電流信號(hào);⑤扭矩上升速度、最大扭矩的調(diào)整驗(yàn)證。

2.3 N擋斷電滑行工況主觀評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)做N擋斷電滑行工況（排除電機(jī)影響）測(cè)試，主觀評(píng)價(jià)未發(fā)現(xiàn)整車(chē)抖動(dòng)現(xiàn)象，即可排除懸架模態(tài)的影響。

2.4 標(biāo)桿車(chē)蠕行工況測(cè)試分析

圖4為標(biāo)桿車(chē)D擋蠕行工況電機(jī)本體和座椅導(dǎo)軌振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)比圖4和圖1數(shù)據(jù)，標(biāo)桿車(chē)無(wú)蠕行抖動(dòng)現(xiàn)象，主觀感受上標(biāo)桿車(chē)也不存在蠕行抖動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)比標(biāo)桿車(chē)電機(jī)與原狀態(tài)車(chē)輛電機(jī)本體振動(dòng)測(cè)試colormap圖，可以看出標(biāo)桿車(chē)電機(jī)本體振動(dòng)無(wú)明顯階次，且振動(dòng)幅值小于原狀態(tài)車(chē)輛電機(jī)本體振動(dòng)。

圖4 ?標(biāo)桿車(chē)蠕行工況座椅導(dǎo)軌、電機(jī)本體振動(dòng)colormap圖

圖5為標(biāo)桿車(chē)相電流、扭矩、座椅導(dǎo)軌振動(dòng)曲線。鑒于標(biāo)桿車(chē)不存在蠕行工況車(chē)內(nèi)抖動(dòng)現(xiàn)象，該車(chē)型的VCU和MCU程序標(biāo)定建議參考標(biāo)桿車(chē)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)建議如下：

（1）建議相電流使用圖5上的扭矩變化曲線，使扭矩變化更平滑;

（2）蠕行抖動(dòng)段圖5下紅色框框出的區(qū)間內(nèi)座椅導(dǎo)軌振動(dòng)波動(dòng)較大，后續(xù)程序標(biāo)定可優(yōu)先采用低、恒扭矩，其次小扭矩變化;

（3）若（1）、（2）方案無(wú)效，則增大扭矩，使電機(jī)轉(zhuǎn)速快速通過(guò)蠕行抖動(dòng)段。

圖5 ?標(biāo)桿車(chē)相電流、扭矩變化及座椅導(dǎo)軌振動(dòng)曲線

對(duì)于新興電動(dòng)車(chē)企，在設(shè)計(jì)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的蠕行扭矩的方法過(guò)程中，建議參考標(biāo)桿車(chē)的標(biāo)定策略，可縮短開(kāi)發(fā)周期及降低開(kāi)發(fā)成本，也可在標(biāo)定程序設(shè)計(jì)階段規(guī)避起步或蠕行抖動(dòng)問(wèn)題。

2.5 優(yōu)化后驅(qū)動(dòng)電機(jī)樣機(jī)蠕行工況測(cè)試分析

針對(duì)上述排查過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，供應(yīng)商也針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了分析并對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。較原狀態(tài)電機(jī)，本次測(cè)試樣機(jī)供應(yīng)商做了如下優(yōu)化改進(jìn)：（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。主機(jī)廠將優(yōu)化后樣機(jī)搭載在同一輛車(chē)上進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)試過(guò)程中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。

圖6 ?更換改進(jìn)后電機(jī)座椅導(dǎo)軌、電機(jī)本體振動(dòng)colormap圖

更換優(yōu)化改進(jìn)后電機(jī)，測(cè)試結(jié)果表明，電機(jī)4階振動(dòng)仍然存在，但主觀感受蠕行工況車(chē)內(nèi)抖動(dòng)較小。表明供應(yīng)商對(duì)電機(jī)本體的優(yōu)化改進(jìn)有一定效果，但仍需結(jié)合CAE手段深入分析電機(jī)4階激勵(lì)產(chǎn)生的具體原因，以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段即可規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，從源頭上解決問(wèn)題。

3 結(jié)論

文章以某車(chē)型D擋蠕行工況整車(chē)抖動(dòng)為案例，依據(jù)汽車(chē)行業(yè)針對(duì)整車(chē)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)合電機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理、蠕行扭矩控制方法、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)生整車(chē)抖動(dòng)的主要原因?yàn)殡姍C(jī)4階激勵(lì)，激發(fā)起約13Hz的動(dòng)力總成剛體模態(tài)。提出蠕行扭矩標(biāo)定設(shè)計(jì)考量建議，對(duì)前期開(kāi)發(fā)有重要指導(dǎo)意義。文章對(duì)進(jìn)一步分析蠕行工況整車(chē)抖動(dòng)問(wèn)題及提升整車(chē)NVH性能有非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳昕，王朝建，等.汽車(chē)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.