純電動(dòng)商用車抖動(dòng)問題的測(cè)試與分析

曾海軍 李劍 劉武

摘要：某純電動(dòng)商用車在滿載質(zhì)量下做30%爬坡度試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)車身抖動(dòng)幅度大、驅(qū)動(dòng)電機(jī)過流故障，導(dǎo)致車輛無法正常行駛，嚴(yán)重影響了駕駛的舒適性。利用CAN等工具采集相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)文，通過該車型的抖動(dòng)問題研究和試驗(yàn)測(cè)試分析，分析出車輛抖動(dòng)和過流的原因是由于電機(jī)控制器MCU的防抖增益系數(shù)設(shè)置不合理、電機(jī)電流環(huán)超調(diào)及變速箱換檔邏輯不合適引起的。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)商用車；抖動(dòng)；超調(diào)；增益系數(shù)；還扭

中圖分類號(hào)：U467.5 ?收稿日期：2023-03-10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.024

1 抖動(dòng)源分析

車輛輪胎（車輪）不平衡的動(dòng)態(tài)力，路面激勵(lì)、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒、發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)部件的不平衡，以及其他部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)作用力，都會(huì)直接或間接地傳到車身，引起車身局部（如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、座椅、前圍板等）的強(qiáng)烈振動(dòng)，常稱為整車抖動(dòng)[1-2]。

純電動(dòng)商用車的結(jié)構(gòu)如圖1所示。從外形上看，與傳統(tǒng)商用車并沒有什么區(qū)別，但純電動(dòng)商用車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、變速箱等部分組成，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)商用車的發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力電池相當(dāng)于原來的油箱，通過動(dòng)力電池向電機(jī)提供電能，在電機(jī)控制器的控制下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，推動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)。

本文研究的純電動(dòng)商用車為中置后驅(qū)型，電驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)布置為：a.動(dòng)力電池系統(tǒng)布置在駕駛室后大梁兩側(cè)；b.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速箱、傳動(dòng)軸、后橋等，通過懸置及吊架與大梁連接。主要振動(dòng)源是包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速箱、傳動(dòng)軸、車橋及輪胎在內(nèi)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)商用車中的電機(jī)抖動(dòng)與乘用車相比較而言更加明顯，對(duì)于汽車應(yīng)用而言，電機(jī)的NVH問題具有極其重要的意義，并需要在設(shè)計(jì)階段被廣泛考慮[3]。

2 測(cè)試設(shè)備及方法

本次測(cè)試借助電腦、CAN卡、Eclipse for TriCore、Origin8、FlashSpirit、MATLAB、ECTEK Measure Data Analyzer V2等工具和軟件對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、電流、工作指令等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析；借助Vector Ape、CANape 14、CANalyzer等工具和軟件采集變速箱控制器TCU數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析。

3 基本參數(shù)及解決思路

某純電動(dòng)商用車的基本參數(shù)見表1。

通過與駕駛員交流，實(shí)地跟車體驗(yàn)，主觀感受整車抖動(dòng)實(shí)際情況，排除車架、車橋及懸架等機(jī)械部件抖動(dòng)原因，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備，采集MCU和TUC數(shù)據(jù)，通過對(duì)原始數(shù)據(jù)分析，提出如下問題解決思路：a.優(yōu)化MCU防抖功能；b.修正電機(jī)電流控制參數(shù)；c.改善換擋邏輯。

4 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

4.1 MCU防抖數(shù)據(jù)分析

車輛起步時(shí)，采集MCU控制器數(shù)據(jù)，電機(jī)處于低轉(zhuǎn)速高扭矩的工作狀態(tài)，此時(shí)容易出現(xiàn)抖動(dòng)，如圖2所示，需要開啟主動(dòng)防抖功能。采集轉(zhuǎn)速抖動(dòng)的信息，可以得到周期性抖動(dòng)的頻率，將抖動(dòng)頻率輸入防抖扭矩參數(shù)生成仿真器中，可以得到防抖濾波器的參數(shù)值，將其應(yīng)用于車上，觀察產(chǎn)生防抖扭矩的值，是否對(duì)波動(dòng)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生抑制作用，并根據(jù)防抖效果，適當(dāng)調(diào)整最大防抖扭矩和增益系數(shù)。

4.2 電機(jī)電流數(shù)據(jù)分析

轉(zhuǎn)速波動(dòng)過大時(shí)，為響應(yīng)大扭矩導(dǎo)致電流失控，如圖3所示，控制器報(bào)過流三級(jí)故障。目前電機(jī)控制采用查表法，即不同的轉(zhuǎn)速下，可響應(yīng)的最大扭矩不同，當(dāng)轉(zhuǎn)速高頻劇烈波動(dòng)時(shí)，對(duì)扭矩的控制會(huì)出現(xiàn)超調(diào)的情況，進(jìn)而引起電流調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定，控制器過流風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，可通過修改電機(jī)控制參數(shù)緩解該風(fēng)險(xiǎn)，但還是需要從根源上解決過流問題。

4.3 換擋邏輯分析

本文中的純電動(dòng)商用車采用的是6擋AMT自動(dòng)變速箱，換擋過程中出現(xiàn)打齒異常聲音，采集變速箱TCU數(shù)據(jù)，根據(jù)變速箱TCU數(shù)據(jù)分析，是由于電機(jī)異常扭矩導(dǎo)致的，如圖4所示，需要電機(jī)在換擋過程中關(guān)閉主動(dòng)防抖功能。

5 解決措施及驗(yàn)證

5.1 針對(duì)MCU防抖功能問題

優(yōu)化MCU防抖參數(shù)，將對(duì)應(yīng)抖動(dòng)頻率作為初始參數(shù)輸入濾波器后可得到抖動(dòng)濾波參數(shù)，如圖5所示，并結(jié)合試驗(yàn)，調(diào)整增益系數(shù)，可對(duì)車輛起步抖動(dòng)起到很好的抑制效果，如圖6所示。

5.2 針對(duì)電機(jī)電流控制參數(shù)問題

優(yōu)化電流環(huán)KP參數(shù)后，減少電流超調(diào)量，同時(shí)配合主動(dòng)防抖功能，滿載坡道起步換擋的電流控制質(zhì)量得到提升，波動(dòng)在可控范圍內(nèi)，如圖7所示。

5.3 針對(duì)換擋邏輯問題

在TCU的換檔邏輯中，換擋過程分為兩個(gè)階段：第一階段為調(diào)速換擋，擋位掛上后扭矩清零，進(jìn)入第二階段-還扭。這兩個(gè)過程合在一起叫做換擋過程，第二階段還扭過程為扭矩從0開始增加到整車的目標(biāo)扭矩，在這個(gè)過程中實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)掛上擋，在滿載爬坡的工況下電機(jī)易出現(xiàn)抖動(dòng)情況，需要啟用防抖功能。但變速箱的異響出現(xiàn)在第一階段，所以需要變速箱發(fā)送一個(gè)標(biāo)志位將這兩個(gè)過程區(qū)分開，以便能消除換擋過程中出現(xiàn)車輛抖動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。換擋調(diào)速過程中關(guān)閉主動(dòng)防抖，還扭過程中開啟主動(dòng)防抖，抑制車輛起步抖動(dòng)的同時(shí)也緩解了換擋結(jié)束后的主動(dòng)防抖功能帶來的轉(zhuǎn)速波動(dòng)引起的異響，如圖8所示。

6 改進(jìn)后的測(cè)試結(jié)果

通過優(yōu)化MCU防抖參數(shù)，調(diào)整增益系數(shù)、優(yōu)化電流環(huán)KP參數(shù)，減少超調(diào)量及優(yōu)化換擋邏輯后，重新標(biāo)定車輛程序，車輛數(shù)據(jù)測(cè)試如圖9所示?？梢钥闯?，電機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)速、車速都為平滑的曲線，電機(jī)實(shí)時(shí)響應(yīng)目標(biāo)扭矩，車輛整體受力平衡，可勻速行駛。通過優(yōu)化MCU控制算法及變速箱換擋邏輯，解決了車輛滿載爬坡時(shí)出現(xiàn)的大幅度抖動(dòng)和電機(jī)過流問題，提升了車輛平順性。

7 設(shè)計(jì)優(yōu)化建議

依據(jù)故障現(xiàn)象和對(duì)原始數(shù)據(jù)的分析，抖動(dòng)故障主要是因?yàn)檎ｒ?qū)動(dòng)的換擋邏輯不適用于滿載爬坡工況，爬坡時(shí)擋位升高，導(dǎo)致電機(jī)扭矩與速比匹配不合適，電機(jī)無法在高轉(zhuǎn)速下響應(yīng)峰值扭矩，進(jìn)而引起車輛抖動(dòng)和出現(xiàn)電機(jī)過流故障?？赏ㄟ^減小電機(jī)峰值扭矩的方式，維持爬坡時(shí)的低擋位，同時(shí)優(yōu)化主動(dòng)防抖的功能參數(shù)，增加防抖扭矩響應(yīng)靈敏度，在抖動(dòng)初始時(shí)施加較大的防抖扭矩，遏制抖動(dòng)的加劇。

8 結(jié)語

本文以某電動(dòng)商用車滿載爬坡時(shí)整車抖動(dòng)為案例，對(duì)MCU防抖功能、電機(jī)電流參數(shù)及變速箱換擋邏輯等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過對(duì)換擋邏輯的優(yōu)化、防抖濾波器增益系數(shù)調(diào)整及減少電流超調(diào)量來達(dá)到解決故障的目的，為純電動(dòng)商用車類似問題的解決提供了很好的參考意見，讓更好的產(chǎn)品服務(wù)于客戶。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾晰，申秀敏，李利明.新型純電動(dòng)汽車抖動(dòng)現(xiàn)象測(cè)試與分析[J].工程與試驗(yàn)，2017（3）：41-45.

[2]王志亮，劉波，李晶華，等.汽車抖動(dòng)性產(chǎn)生機(jī)理與分析方法研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，2020（8）：87-89.

[3]施佳能，丘云燕，劉志翔，等.純電動(dòng)商用車坡道駐車抖動(dòng)研究與優(yōu)化[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2022（6）：242-245.

作者簡介：

曾海軍，男，1981年生，工程師，研究方向?yàn)榧冸妱?dòng)商用車底盤研發(fā)與項(xiàng)目管理。