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某純電動車急加速抖動問題分析和解決

2020-04-02 08:20:38·  來源：EDC電驅(qū)未來  作者：趙建  
　
前天擊上方右側(cè)EDC電驅(qū)未來可訂閱哦！下載方式，詳見文末?。?！1 前言純電動汽車已經(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
1 前言

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。對于純電動車，電機(jī)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。

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。但隨著電機(jī)代替了發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)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(jī)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(yán)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(jìn)行原因分析。傳統(tǒng)燃油車會因為發(fā)動機(jī)燃燒產(chǎn)生整車加速抖動，發(fā)動機(jī)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。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(jī)的扭矩，其中電機(jī)扭矩越大，抖動風(fēng)險越大，但限值電機(jī)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(fēng)險越大，萬向節(jié)型選擇不當(dāng)會使得整車產(chǎn)生嚴(yán)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(jìn)行說明。

圖1 整車抖動影響因素

綜上，選擇優(yōu)化萬向節(jié)型進(jìn)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)

圖2 AAR節(jié)（左圖）和DO節(jié)（右圖）

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(jī)械的工作頻率與其轉(zhuǎn)速的比值，數(shù)學(xué)表達(dá)式見公式（1）。

 
式中f為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的工作頻率，n為旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速，對于驅(qū)動半軸來說，n為半軸轉(zhuǎn)速，O為階次，對于GI、TJ和AAR階，O為3，對于DO和VL節(jié)型，O為6。

2.3 評價指標(biāo)

振動階次采用振動速度矢量和RSS值作為評價指標(biāo)。參考公式2。

 
X(rpm,f)、Y(rpm,f)、Z(rpm,f)分別為 X、Y和Z向驅(qū)動軸一階的振動速度RMS值。

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(yán)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。

圖3 方向盤和座椅導(dǎo)軌振動頻譜

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?？赏ㄟ^更改驅(qū)動半軸節(jié)型進(jìn)行優(yōu)化3階振動。

圖4 振動傳遞路徑

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(jìn)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(dá)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(jìn)行分析確認(rèn)是否有抖動風(fēng)險。

圖5 座椅導(dǎo)軌驅(qū)動軸3階和6階振動速度RSS值
圖6 方向盤驅(qū)動軸3階和6階振動速度RSS值

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?jǐn)?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。

表1 整車抖動主觀評價分值描述
 
經(jīng)過主觀評價和計算，Gi節(jié)驅(qū)動軸整車抖動最終分?jǐn)?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。

圖7 不同節(jié)型主觀評分

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(jìn)一步的研究。

 
 
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