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某電動(dòng)汽車蠕行抖動(dòng)測(cè)試分析

2020-04-16 23:47:13·  來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂  
　
作者單位：湖南智點(diǎn)智能新能源汽車有限公司DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.23.002前言目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車品牌及車型較多，但不少新興主機(jī)廠對(duì)新能
作者單位：湖南智點(diǎn)智能新能源汽車有限公司
DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.23.002
 
前言
目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車品牌及車型較多，但不少新興主機(jī)廠對(duì)新能源車輛系統(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)致不少車型不具備蠕行功能。車輛在高壓上電完成，變速箱擋位掛至前進(jìn)/倒退擋，松開(kāi)制動(dòng)踏板后車輛必須在踩下油門后才能起步行走；或車輛在蠕行過(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LMSTest.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、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)桿車蠕行工況下扭矩、車速、電機(jī)本體、方向盤、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LMSTest.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)硬盤里。
 
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，即車速3km/h行駛時(shí)，伴隨整車抖動(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)。
 
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)。車速2～3km/行駛時(shí)整車仍有抖動(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)。
針對(duì)可能影響因素（1），起步至車輛蠕行過(guò)程中，車速較低，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)該車速下是否仍有整車抖動(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。
2.3N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)整車抖動(dòng)現(xiàn)象，即可排除懸架模態(tài)的影響。
2.4標(biāo)桿車蠕行工況測(cè)試分析
 
圖4為標(biāo)桿車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)桿車無(wú)蠕行抖動(dòng)現(xiàn)象，主觀感受上標(biāo)桿車也不存在蠕行抖動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)比標(biāo)桿車電機(jī)與原狀態(tài)車輛電機(jī)本體振動(dòng)測(cè)試colormap圖，可以看出標(biāo)桿車電機(jī)本體振動(dòng)無(wú)明顯階次，且振動(dòng)幅值小于原狀態(tài)車輛電機(jī)本體振動(dòng)。
圖5為標(biāo)桿車相電流、扭矩、座椅導(dǎo)軌振動(dòng)曲線。鑒于標(biāo)桿車不存在蠕行工況車內(nèi)抖動(dòng)現(xiàn)象，該車型的VCU和MCU程序標(biāo)定建議參考標(biāo)桿車數(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。
 
對(duì)于新興電動(dòng)車企，在設(shè)計(jì)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛的蠕行扭矩的方法過(guò)程中，建議參考標(biāo)桿車的標(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。
 
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
 
文章以某車型D擋蠕行工況整車抖動(dòng)為案例，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抖動(dòng)問(wèn)題及提升整車NVH性能有非常重要的作用。 
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