某純電動車急加速抖動問題分析和解決

趙建　王明正　宋雨　陳迪　路禹

摘 要：某型號純電動車在急加速時出現(xiàn)整車抖動問題，NVH性能主觀評價為不可接受，通過測試排查，最終鎖定該問題為驅(qū)動半軸節(jié)型引起，由原來Gi節(jié)型更改為DO節(jié)型后，整車抖動問題得到較大改善，主觀評價通過。關(guān)鍵詞：抖動;驅(qū)動半軸;NVH;萬向節(jié)型中圖分類號：U647.1 U463.216? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）01-38-04

Abstract： When a certain type of pure electric vehicle is accelerating rapidly， the whole vehicle jitter problem appears. The subjective evaluation of NVH performance is unacceptable. After testing and checking， the problem is finally locked in the driving half-axle type. After the original Gi-section type is changed to DO-section type， the whole vehicle jitter problem has been greatly improved and the subjective evaluation is passed.Keywords： Shudder; Driving half shaft; NVH; Universal joint structureCLC NO.： U647.1 U463.216? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）01-38-04

1 前言

近年來隨著各領(lǐng)域技術(shù)的長足發(fā)展，汽車技術(shù)也進入了新時代，傳統(tǒng)燃油汽車正在向電動汽車方向轉(zhuǎn)變。純電動汽車已經(jīng)逐漸在引導(dǎo)汽車技術(shù)發(fā)展的潮流，其產(chǎn)生的NVH問題也和傳統(tǒng)燃油車有很大的不同。燃油車一般會有液力變矩器減振特性、整車速比匹配、傳動系慣量匹配和換擋策略、曲軸動不平衡量影響傳動系轉(zhuǎn)速波動引起整車抖動問題[1][2]。相關(guān)研究已經(jīng)開展較多，考慮整車傳動系統(tǒng)傳動關(guān)系，用動力學(xué)軟件建立整車模型研究整車抖動原因[3]，文獻[4]采用試驗和仿真結(jié)合方式研究了整車起步抖動發(fā)生的機理。對于純電動車，電機轉(zhuǎn)矩響應(yīng)靈敏，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及擾動的快速、大幅激勵容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，從而導(dǎo)致整車抖動[5][6]。傳動軸半徑和長度以及減速器齒輪間隙也是傳動系統(tǒng)扭振振動的可能影響因素，從而產(chǎn)生整車抖動[7][8]。但隨著電機代替了發(fā)動機，發(fā)動機所產(chǎn)生的振動噪聲問題已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了汽車其它NVH源上，但根本的傳遞路徑并沒有改變。對于只有前驅(qū)電機的純電動車來說，其驅(qū)動半軸是一個十分重要的激勵源，而半軸中的萬向節(jié)節(jié)型就是一個關(guān)鍵的部件。

本文針對某純電動車配合半軸不同萬向節(jié)節(jié)型開展了研究，最初裝配的萬向節(jié)引起了嚴重的整車急加速抖動問題，這種抖動為低頻振動，非常容易引起駕乘人員的不適。通過優(yōu)選萬向節(jié)型，解決了該車型急加速抖動問題。為純電動車驅(qū)動半軸萬向節(jié)選型提供了參考依據(jù)，作為橫展項目，可節(jié)約相關(guān)時間和開發(fā)成本。

2 純電動車抖動影響因素和萬向節(jié)結(jié)構(gòu)

2.1 影響整車抖動的因素

所有的振動都可從激勵、路徑和響應(yīng)三個方向進行原因分析。傳統(tǒng)燃油車會因為發(fā)動機燃燒產(chǎn)生整車加速抖動，發(fā)動機會是產(chǎn)生整車抖動的一個很重要的激勵。純電動車動力傳動系統(tǒng)無離合器，常嚙合的布置結(jié)構(gòu)，動力總成懸置系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)扭振經(jīng)常會耦合在一起導(dǎo)致純電動車的動態(tài)振動特性[9][10]。響應(yīng)的路徑純電動車和傳動燃油車是類似的。

影響純電動車整車抖動的激勵因素有驅(qū)動軸總成和電機的扭矩，其中電機扭矩越大，抖動風險越大，但限值電機扭矩會響應(yīng)整車的動力性能。驅(qū)動軸的布置角度越大，整車產(chǎn)生抖動風險越大，萬向節(jié)型選擇不當會使得整車產(chǎn)生嚴重抖動。懸置系統(tǒng)優(yōu)化可減弱整車急加速抖動現(xiàn)象，但不能根除。優(yōu)化車身傳遞路徑周期長且牽涉范圍廣，不易實現(xiàn)。方向盤優(yōu)化可以減弱方向盤振動，但不能徹底解決整車抖動產(chǎn)生的車內(nèi)振動。純電動車產(chǎn)生急加速抖動影響因素可以利用圖1中的框架進行說明。

綜上，選擇優(yōu)化萬向節(jié)型進行整車抖動的問題解決排查方向。市場上廣泛應(yīng)用的驅(qū)動半軸萬向節(jié)型有VL節(jié)、DO節(jié)、TJ節(jié)、GI節(jié)和AAR節(jié)等。

2.2 萬向節(jié)結(jié)構(gòu)

驅(qū)動半軸移動節(jié)型是純電動車產(chǎn)生整車抖動的關(guān)鍵部件，市場上目前采用的節(jié)型主要有：TJ節(jié)、GI節(jié)、AAR節(jié)、VL節(jié)和DO節(jié)。TJ萬向節(jié)是外套滾道封閉，外套腔內(nèi)有三銷架總成的伸縮型萬向節(jié)。GI節(jié)型為外套腔內(nèi)可以帶有壓縮彈簧的TJ型萬向節(jié)。DO萬向節(jié)為具有六個鋼球，內(nèi)套和外套各具有六個直滾道、滾道的徑向截面為橢圓形，鋼球與滾道為四點接觸的伸縮型等速萬向節(jié)。AAR節(jié)為優(yōu)化的GI節(jié)。VL萬向節(jié)為具有六個鋼球，內(nèi)套和外套各具有六個直滾道、相鄰的兩個直滾道沿軸向等角度反向斜置的伸縮型等速萬向節(jié)，但該節(jié)型價格較貴。圖2列出了AAR節(jié)和DO節(jié)結(jié)構(gòu)圖。

由于這些節(jié)型結(jié)構(gòu)本身的原因，難以避免的產(chǎn)生階次振動。GI節(jié)、TJ節(jié)和AAR節(jié)會產(chǎn)生驅(qū)動半軸的三階振動，DO節(jié)和VL節(jié)會產(chǎn)生驅(qū)動半軸的六階振動。滿足產(chǎn)生整車抖動的激勵都是低頻振動。階次為旋轉(zhuǎn)機械的工作頻率與其轉(zhuǎn)速的比值，數(shù)學(xué)表達式見公式（1）。

3 問題來源

某純電動車整車在NVH性能主觀評價過程中發(fā)現(xiàn)存在急加速抖動嚴重，主觀評價5.5分，不可接受。跟蹤驅(qū)動半軸轉(zhuǎn)速，發(fā)現(xiàn)存在明顯的半軸3節(jié)振動，該節(jié)型為GI節(jié)型。方向盤和座椅導(dǎo)軌振動見圖3所示。

方向盤和座椅導(dǎo)軌存在明顯的三階振動，車速分別在50Km/h，90Km/h左右。這種抖動是由于驅(qū)動軸物理結(jié)構(gòu)所致，不能完全消除，但可降低。

4 路徑分析

三銷式驅(qū)動軸產(chǎn)生三階軸向慣性力，軸向慣性力通過動力單元懸置，傳至車身座椅導(dǎo)軌及方向盤，導(dǎo)致該純電動車產(chǎn)生整車急加速抖動。傳遞路徑見圖4所示。可通過更改驅(qū)動半軸節(jié)型進行優(yōu)化3階振動。

5 問題解決過程

5.1 客觀測試

通過整車抖動原理分析等因素分析，分別采用了AAR節(jié)型和DO節(jié)型進行試驗驗證測試。從圖5中可以看出，在驅(qū)動半軸移動萬向節(jié)采用DOJ節(jié)型時，駕駛員座椅導(dǎo)軌3階振動速度RSS峰值達到了5mm/s左右，而采用AAR節(jié)型時，駕駛員座椅導(dǎo)軌振動速度RSS峰值在3.5mm/s左右，而采用DOJ節(jié)時，駕駛員座椅導(dǎo)軌振動速度RSS只有一個很小的峰值，峰值在1.1mm/s左右。而這三種驅(qū)動軸萬向節(jié)型雖然DOJ節(jié)型6階最大，但均在1mm/s以下。從圖6可以看出，方向盤振動也是DOJ節(jié)型優(yōu)于AAR節(jié)型優(yōu)于GI節(jié)型。雖然驅(qū)動軸6階，方向盤振動速度RSS值和座椅導(dǎo)軌一樣，均為DOJ節(jié)型最大，但整體數(shù)值較小。需要主觀評價進行分析確認是否有抖動風險。

5.2 主觀評價

主觀評價的評分計算按照評定員的評價結(jié)果按評定項目統(tǒng)計出總分，然后按照公式3計算出平均分。評價人員不少于5人。整車抖動主觀評價分值描述表參照表1。

Pi為每個評定員的個人分數(shù)，n為評定員數(shù)，本文為5，Pj為所有評定員的平均分，也就是為最終評定結(jié)果。

經(jīng)過主觀評價和計算，Gi節(jié)驅(qū)動軸整車抖動最終分數(shù)為5.5分，AAR節(jié)驅(qū)動軸整車抖動最終評定結(jié)果為6分，DOJ節(jié)型驅(qū)動軸整車抖動最終評分為7分。主觀評價結(jié)果見圖7。

6 結(jié)論

（1）通過客觀測試，驅(qū)動半軸采用DO節(jié)型優(yōu)于AAR

節(jié)，AAR節(jié)型優(yōu)于GI節(jié)型。通過把原車上的GI節(jié)型更換為DO節(jié)型，座椅導(dǎo)軌振動和方向盤振動半軸主階次值都得到大大降低。

（2）主觀評價主觀評價分值由5.5分提高到7分，由

稍不滿意變?yōu)榛緷M意。

（3）導(dǎo)致整車抖動的因素中懸置作為一個重要的傳遞

路徑，也有待開展進一步的研究。

參考文獻

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