摘 要：某電動(dòng)汽車（以下簡稱“某車型”）D檔起步時(shí)先有沖擊現(xiàn)象后伴隨整車抖動(dòng)，嚴(yán)重影響車輛的駕乘舒適性。文章基于某主機(jī)廠在研車型存在的該問題進(jìn)行測試分析，通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的colormap進(jìn)行分析，分析出傳動(dòng)系齒間間隙是導(dǎo)致沖擊的原因，電機(jī)的階次振動(dòng)是導(dǎo)致起步抖動(dòng)的主要原因；通過對(duì)比該車型與標(biāo)桿車的扭矩變化曲線，提出后續(xù)優(yōu)化標(biāo)定方案。文章研究為電動(dòng)汽車起步抖動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對(duì)整車NVH性能提升有重要意義。

文章通過對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體、方向盤及座椅導(dǎo)軌振動(dòng)進(jìn)行測試，通過試驗(yàn)手段分析起步抖動(dòng)產(chǎn)生的原因，對(duì)整車NVH性能開發(fā)過程中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 起步抖動(dòng)測試

1.1 測試設(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)汽車行業(yè)針對(duì)整車振動(dòng)問題的常規(guī)測試方法對(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)測試。

1.2 測試方案

通過對(duì)該車起步?jīng)_擊和抖動(dòng)問題進(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，制定如下測試方案：

（1）原狀態(tài)車輛N檔，踩住剎車，掛D檔，松開剎車起步測試；

（2）控制扭矩：電機(jī)施加2Nm預(yù)扭矩起步測試；

（3）標(biāo)桿車起步測試；

（4）優(yōu)化后驅(qū)動(dòng)電機(jī)樣機(jī)測試。

1.3 數(shù)據(jù)記錄與振動(dòng)分析軟件

測量時(shí)，振動(dòng)信號(hào)通過三向振動(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 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。

2 測試數(shù)據(jù)分析

2.1 原狀態(tài)D檔起步測試數(shù)據(jù)分析

圖1， D擋起步時(shí)先有沖擊現(xiàn)象后伴隨整車抖動(dòng)現(xiàn)象。圖2，電機(jī)剛剛輸出扭矩時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速、車速會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)較大峰值波動(dòng)，對(duì)應(yīng)圖1中的第一次沖擊。可能的原因：（1）懸置限位不足；（2）傳動(dòng)系齒間間隙影響，傳動(dòng)系正轉(zhuǎn)消除間隙后碰撞回彈，然后再次正轉(zhuǎn)嚙合，所以是兩個(gè)波峰，4.16s瞬時(shí)有負(fù)轉(zhuǎn)速，證明是回彈。

針對(duì)可能原因（1），Tip in/Tip out 工況，主觀評(píng)價(jià)無動(dòng)總沖擊現(xiàn)象，判斷非懸置剛度問題；針對(duì)可能原因（2），施加2Nm的預(yù)扭矩進(jìn)行驗(yàn)證，以消除傳動(dòng)系齒間間隙影響。


圖1 原狀態(tài)座椅導(dǎo)軌振動(dòng)colormap圖


圖2 電機(jī)輸出扭矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速、車速變曲線

從圖2可以看出，達(dá)到蠕行最大扭矩25Nm后，電機(jī)轉(zhuǎn)速、車速有明顯波動(dòng)，對(duì)應(yīng)colormap圖上約13Hz的振動(dòng)。抖動(dòng)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為20～80r/min ，對(duì)應(yīng)傳動(dòng)軸萬向節(jié)3階頻率0.13～0.52Hz，可以排除傳動(dòng)軸模態(tài)影響?？赡艿脑颍海?）懸架模態(tài)影響；（2）動(dòng)總剛體模態(tài)影響，恒扭矩輸出時(shí)，初步判定為負(fù)載的變化導(dǎo)致反作用于電機(jī)扭矩變化，激勵(lì)起剛體模態(tài)。

針對(duì)可能原因（1），起步時(shí)車速較低，路面激勵(lì)不足以激勵(lì)懸架振動(dòng)，排除懸架模態(tài)影響；針對(duì)可能原因（2），測試動(dòng)力總成剛體模態(tài)，存在12.9Hz模態(tài)。

2.2 電機(jī)施加2Nm預(yù)扭矩起步測試分析

圖3，電機(jī)施加2Nm的預(yù)扭矩后，針對(duì)第一次沖擊現(xiàn)象，沖擊幅值有明顯降低（圖3左邊第一個(gè)框中區(qū)域），且主觀感受上有明顯改善。但，車內(nèi)抖動(dòng)問題依然存在，且頻率約在13Hz（圖3左邊第二個(gè)框中區(qū)域）。


圖3 施加2Nm預(yù)扭矩座椅電機(jī)本體振動(dòng)colormop圖


圖4 施加2Nm預(yù)扭矩電機(jī)輸出扭矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速、座椅導(dǎo)軌振動(dòng)曲線

圖4，上圖為施加2Nm預(yù)扭矩測試數(shù)據(jù)，下圖為施加2Nm預(yù)扭矩測試數(shù)據(jù)，對(duì)比可知施加 2NM 預(yù)扭矩后，轉(zhuǎn)速波動(dòng)的第一個(gè)峰值消失，證明轉(zhuǎn)速波動(dòng)是由傳動(dòng)系齒間間隙導(dǎo)致的。

2.3 標(biāo)桿車起步測試分析

圖5為標(biāo)桿車D擋起步工況電機(jī)本體振動(dòng)測試數(shù)據(jù)，從圖中可以看出標(biāo)桿車電機(jī)本體振動(dòng)無明顯階次，且主觀感受上標(biāo)桿車也不存在起步抖動(dòng)現(xiàn)象。


圖5 標(biāo)桿車起步工況電機(jī)本體振動(dòng)colormap圖

2.4 優(yōu)化后驅(qū)動(dòng)電機(jī)樣機(jī)起步測試分析

將優(yōu)化后樣機(jī)搭載在同一輛車上進(jìn)行驗(yàn)證。測試過程中除電機(jī)施加2Nm預(yù)扭矩外，VCU和MCU程序標(biāo)定版本同2.1測試工況，測試結(jié)果見圖6所示。


圖6 更換優(yōu)化后電機(jī)座椅導(dǎo)軌、電機(jī)、減速器本體振動(dòng)colormap圖

測試結(jié)果表明，電機(jī)本體無24階振動(dòng)，主觀感受起步過程車內(nèi)無抖動(dòng)現(xiàn)象。

3 優(yōu)化方案

3.1 扭矩標(biāo)定優(yōu)化

3.1.1 起步?jīng)_擊優(yōu)化

電機(jī)施加預(yù)扭矩對(duì)起步?jīng)_擊有明顯改善，建議后期標(biāo)定增加預(yù)扭矩。

3.1.2 起步抖動(dòng)優(yōu)化

圖7上圖為標(biāo)桿車相電流曲線，下圖為某車型電機(jī)輸出扭矩。起步時(shí)大的扭矩變化會(huì)造成抖動(dòng)現(xiàn)象，由于標(biāo)桿車無起步抖動(dòng)現(xiàn)象，故，后續(xù)建議參考標(biāo)桿車的起步標(biāo)定策略。


圖7 標(biāo)桿車相電流及某車型扭矩變化曲線

目前，抑制純電動(dòng)汽車起步抖動(dòng)，主要增加力矩平滑環(huán)節(jié)，使電機(jī)輸出力矩以一定的步長逼近期望力矩，通過限制電機(jī)輸出扭矩瞬間跳變的步長，減小電機(jī)輸出力矩對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，將電機(jī)輸出階躍狀態(tài)的扭矩轉(zhuǎn)換成斜坡狀態(tài)的扭矩，使起步抖動(dòng)現(xiàn)象得到改善。

在前期調(diào)試MCU控制程序的基礎(chǔ)上，通過增大電流環(huán)增益PI系數(shù)及轉(zhuǎn)矩指令濾波時(shí)間，亦可提高整車的平順性。

3.2 電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對(duì)起步抖動(dòng)問題，供應(yīng)商對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：（1）定、轉(zhuǎn)子軸向長度縮短；（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。驗(yàn)證結(jié)果表明本次對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)對(duì)起步抖動(dòng)有明顯改善效果。

4 結(jié)論

文章依托某車型起步?jīng)_擊和抖動(dòng)問題，依據(jù)汽車行業(yè)針對(duì)整車振動(dòng)問題的常規(guī)測試方法進(jìn)行測試分析，結(jié)合振動(dòng)傳遞路徑、電機(jī)輸出扭矩控制策略、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。然后通過對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定產(chǎn)生沖擊的原因?yàn)閭鲃?dòng)系齒間間隙過大；產(chǎn)生整車抖動(dòng)的原因?yàn)殡姍C(jī)24階激勵(lì)，激發(fā)起約13Hz的動(dòng)力總成剛體模態(tài)。文章對(duì)解決純電動(dòng)汽車起步?jīng)_擊和抖動(dòng)問題有重要借鑒意義。