摘 要：某電動(dòng)汽車(以下簡(jiǎn)稱“某車型”)D檔蠕行，車速2～3km/h行駛時(shí)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(cè)試分析，通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的colormap進(jìn)行分析，分析出電機(jī)的階次振動(dòng)是導(dǎo)致蠕行抖動(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)汽車蠕行抖動(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。

　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;蠕行;抖動(dòng);測(cè)試分析

　　《電動(dòng)自行車》(月刊)創(chuàng)刊于2003年，由江蘇省輕工科技情報(bào)總站、中國自行車協(xié)會(huì)助力自行車專業(yè)委員會(huì)主辦。

　　前言

　　電動(dòng)汽車作為一種新能源交通工具，可解決傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油燃燒導(dǎo)致的尾氣排放，具有低污染、低噪聲、高效率等優(yōu)點(diǎn)，是今后交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

　　目前，國內(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;或車輛在蠕行過程中表現(xiàn)不佳，容易出現(xiàn)抖動(dòng)及頓挫感。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(cè)試，通過試驗(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 蠕行抖動(dòng)測(cè)試

　　1.1 測(cè)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(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

　　通過對(duì)該車蠕行抖動(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(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，并保存到計(jì)算機(jī)硬盤里[1]。

　　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)。

　　圖1 原狀態(tài)座椅導(dǎo)軌、電機(jī)colormap圖

　　圖2 原狀態(tài)電機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)速和座椅導(dǎo)軌振動(dòng)曲線

　　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)，但主觀感覺相比標(biāo)定之前有一定改善。說明，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)。

　　圖3 恒扭矩工況電機(jī)扭矩、車速、座椅導(dǎo)軌

　　振動(dòng)曲線及colormop圖

　　針對(duì)可能影響因素(1)，起步至車輛蠕行過程中，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。

　　2.3 N擋斷電滑行工況主觀評(píng)價(jià)

　　經(jīng)過做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4 標(biāo)桿車蠕行工況座椅導(dǎo)軌、電機(jī)本體振動(dòng)colormap圖

　　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)方案無效，則增大扭矩，使電機(jī)轉(zhuǎn)速快速通過蠕行抖動(dòng)段。

　　圖5 標(biāo)桿車相電流、扭矩變化及座椅導(dǎo)軌振動(dòng)曲線

　　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程中，建議參考標(biāo)桿車的標(biāo)定策略，可縮短開發(fā)周期及降低開發(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)上述排查過程中出現(xiàn)問題，供應(yīng)商也針對(duì)以上問題進(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)果見圖6所示。

　　圖6 更換改進(jìn)后電機(jī)座椅導(dǎo)軌、電機(jī)本體振動(dòng)colormap圖

　　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)問題及提升整車NVH性能有非常重要的作用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 陳昕，王朝建，等.汽車發(fā)電機(jī)通風(fēng)噪聲階次分析方法研究[J].微特電機(jī).2013，(41)：37-39.