某電動汽車蠕行抖動測試分析

王朝建，曾海軍，肖揚

摘 要：某電動汽車（以下簡稱“某車型”）D檔蠕行，車速2～3km/h行駛時伴隨整車抖動，嚴重影響車輛的駕乘舒適性。文章基于某主機廠在研車型存在的該問題進行測試分析，通過對振動信號的colormap進行分析，分析出電機的階次振動是導致蠕行抖動的主要原因;通過對比該車型與標桿車的扭矩變化曲線，提出后續優化標定方案。文章研究為電動汽車蠕行抖動優化設計提供依據，對整車NVH性能提升有重要意義。

關鍵詞：電動汽車;蠕行;抖動;測試分析

中圖分類號：U462.3 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）23-05-03

Analysis of Creeping Shake Test of an Electric Vehicle

Wang Chaojian， Zeng Haijun， Xiao Yang

（ Hunan Intelligence Automobile Co.， Ltd.， Hunan Zhuzhou 412007 ）

Abstract： The electric vehicle， D， creeping， and the speed is 2-3km/h， accompanied by vehicle shake， which seriously affects the driving comfort of the vehicle. The article is based on the test and analysis of this problem in the research and development model of a host factory. By analyzing the colormap of the vibration signal， it is recognized that the order vibration of the motor is the main cause of creep jitter; by comparing the electric vehicle to the benchmark car， the torque variation curve is proposed， and the subsequent calibration optimization scheme is proposed. This paper provides a basis for the optimization design of creeping shake of electric vehicles， which is great significance to the improvement of NVH performance of the vehicle.

Keywords： Electric vehicle; Creeping; Shake; Test analysis

CLC NO.： U462.3 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-05-03

前言

電動汽車作為一種新能源交通工具，可解決傳統汽車發動機燃油燃燒導致的尾氣排放，具有低污染、低噪聲、高效率等優點，是今后交通運輸行業發展的重要趨勢。

目前，國內市場上的電動汽車品牌及車型較多，但不少新興主機廠對新能源車輛系統匹配及電控系統開發缺乏經驗，且技術積累不足，導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/倒退擋，松開制動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不佳，容易出現抖動及頓挫感。文章通過對驅動電機本體、方向盤及座椅導軌振動進行測試，通過試驗手段分析蠕行抖動產生的原因，對整車NVH性能開發過程中VCU、MCU程序設計及驅動電機結構設計具有指導意義。

1 蠕行抖動測試

1.1 測試設備

本次試驗借助LMS Test.lab數采前端及分析軟件、CAN線、三向振動加速度傳感器等附件完成。依據汽車行業針對整車振動問題的常規測試方法對驅動電機本體、方向盤、座椅導軌位置進行振動測試。

1.2 測試方案

通過對該車蠕行抖動問題進行主觀評價，結合振動產生機理及現有的試驗設備情況，制定如下測試方案：

（1）原狀態D擋蠕行工況，車速2～3km/h;

（2）控制扭矩標定斜率：恒扭矩蠕行工況測試;

（3）N擋斷電滑行工況（排除電機影響）主觀評價;

（4）標桿車蠕行工況下扭矩、車速、電機本體、方向盤、座椅導軌振動測試;

（5）優化后驅動電機樣機測試。

1.3 數據記錄與振動分析軟件

測量時，振動信號通過三向振動加速度傳感器采集，扭矩信號、車速、轉速等信號通過CAN線讀取，采集到的信號傳輸到數采前端，借助其完成振動信號與數字信號之間的轉換;采集到的振動和扭矩、轉速等數據使用LMS Test.lab分析軟件進行處理，通過該軟件分析，最終獲取振動colormap圖、扭矩變化曲線、轉速曲線等，并保存到計算機硬盤里[1]。

2 測試數據分析

2.1 原狀態D擋蠕行工況測試數據分析

圖1為原狀態D擋蠕行工況，車速2～3km/h時測試結果。從圖中可以看出，約13Hz左右，座椅導軌和電機本體存在振動，與主觀感受一致，即車速3km/h行駛時，伴隨整車抖動。從圖2可以看出，扭矩降低段對應座椅導軌振動波動較大，且扭矩降低點對應動力總成剛體模態。

圖1 ?原狀態座椅導軌、電機colormap圖

圖2 ?原狀態電機扭矩、轉速和座椅導軌振動曲線

從圖2可以看出，扭矩降低段對應座椅導軌振動波動較大，且扭矩降低點對應動力總成剛體模態。蠕行抖動段扭矩下降，初步判定是扭矩變化導致，2.2章節對恒扭矩蠕行工況整車振動進行測試分析。

2.2 恒扭矩蠕行工況測試分析

圖3為D擋、恒扭矩（恒扭矩25Nm）蠕行工況測試結果。從圖中可以看出，約13Hz左右，座椅導軌仍存在振動。車速2～3km/行駛時整車仍有抖動，但主觀感覺相比標定之前有一定改善。說明，扭矩標定程序對蠕行工況整車抖動有一定影響。初步分析可能的原因：（1）懸架模態影響;（2）動力總成剛體模態影響，排查是否為動總剛體模態影響可通過掛N檔上電推行，整車仍伴隨抖動現象，上電之后電機產生勵磁扭矩，變化的負載與勵磁扭矩作用下激勵剛體模態。由此判定，恒扭矩25Nm，D擋蠕行工況產生整車抖動的主要原因是電機4階激勵，激發起約13Hz的動力總成剛體模態。

圖3 ?恒扭矩工況電機扭矩、車速、座椅導軌

振動曲線及colormop圖

針對可能影響因素（1），起步至車輛蠕行過程中，車速較低，路面激勵不足以激勵懸架模態，初步判斷非懸架模態導致，可做斷電滑行（排除電機影響），先通過主觀感受評價該車速下是否仍有整車抖動現象。

針對可能影響因素（2），后續可做以下測試驗證，①測試當前狀態動總剛體模態;②動總上增加大質量驗證;③置供應商提供+50%剛度懸置驗證;④測試相電流信號;⑤扭矩上升速度、最大扭矩的調整驗證。

2.3 N擋斷電滑行工況主觀評價

經過做N擋斷電滑行工況（排除電機影響）測試，主觀評價未發現整車抖動現象，即可排除懸架模態的影響。

2.4 標桿車蠕行工況測試分析

圖4為標桿車D擋蠕行工況電機本體和座椅導軌振動測試數據，對比圖4和圖1數據，標桿車無蠕行抖動現象，主觀感受上標桿車也不存在蠕行抖動現象。對比標桿車電機與原狀態車輛電機本體振動測試colormap圖，可以看出標桿車電機本體振動無明顯階次，且振動幅值小于原狀態車輛電機本體振動。

圖4 ?標桿車蠕行工況座椅導軌、電機本體振動colormap圖

圖5為標桿車相電流、扭矩、座椅導軌振動曲線。鑒于標桿車不存在蠕行工況車內抖動現象，該車型的VCU和MCU程序標定建議參考標桿車數據進行設計。具體設計建議如下：

（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）蠕行抖動段圖5下紅色框框出的區間內座椅導軌振動波動較大，后續程序標定可優先采用低、恒扭矩，其次小扭矩變化;

（3）若（1）、（2）方案無效，則增大扭矩，使電機轉速快速通過蠕行抖動段。

圖5 ?標桿車相電流、扭矩變化及座椅導軌振動曲線

對于新興電動車企，在設計控制電機驅動車輛的蠕行扭矩的方法過程中，建議參考標桿車的標定策略，可縮短開發周期及降低開發成本，也可在標定程序設計階段規避起步或蠕行抖動問題。

2.5 優化后驅動電機樣機蠕行工況測試分析

針對上述排查過程中出現問題，供應商也針對以上問題進行了分析并對電機結構進行優化。較原狀態電機，本次測試樣機供應商做了如下優化改進：（1）定、轉子軸向長度縮

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。主機廠將優化后樣機搭載在同一輛車上進行驗證。測試過程中VCU和MCU程序標定版本同2.1測試工況，測試結果見圖6所示。

圖6 ?更換改進后電機座椅導軌、電機本體振動colormap圖

更換優化改進后電機，測試結果表明，電機4階振動仍然存在，但主觀感受蠕行工況車內抖動較小。表明供應商對電機本體的優化改進有一定效果，但仍需結合CAE手段深入分析電機4階激勵產生的具體原因，以在產品設計階段即可規避風險，從源頭上解決問題。

3 結論

文章以某車型D擋蠕行工況整車抖動為案例，依據汽車行業針對整車振動問題的常規測試方法進行測試分析，結合電機振動產生機理、蠕行扭矩控制方法、排除關聯部件影響、對比分析法設計試驗程序。然后通過對測試數據進行分析，確定產生整車抖動的主要原因為電機4階激勵，激發起約13Hz的動力總成剛體模態。提出蠕行扭矩標定設計考量建議，對前期開發有重要指導意義。文章對進一步分析蠕行工況整車抖動問題及提升整車NVH性能有非常重要的作用。

參考文獻

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