摘 要：某電動汽車（以下簡稱“某車型”）D檔起步時先有沖擊現象后伴隨整車抖動，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，分析出傳動系齒間間隙是導致沖擊的原因，電機的階次振動是導致起步抖動的主要原因；通過對比該車型與標桿車的扭矩變化曲線，提出后續(xù)優(yōu)化標定方案。文章研究為電動汽車起步抖動優(yōu)化設計提供依據，對整車NVH性能提升有重要意義。

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，通過試驗手段分析起步抖動產生的原因，對整車NVH性能開發(fā)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 起步抖動測試

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(yè)針對整車振動問題的常規(guī)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

通過對該車起步沖擊和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(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：電機施加2Nm預扭矩起步測試；

（3）標桿車起步測試；

（4）優(yōu)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。

2 測試數據分析

2.1 原狀態(tài)D檔起步測試數據分析

圖1， D擋起步時先有沖擊現象后伴隨整車抖動現象。圖2，電機剛剛輸出扭矩時，電機轉速、車速會產生兩個較大峰值波動，對應圖1中的第一次沖擊?？赡艿脑颍海?）懸置限位不足；（2）傳動系齒間間隙影響，傳動系正轉消除間隙后碰撞回彈，然后再次正轉嚙合，所以是兩個波峰，4.16s瞬時有負轉速，證明是回彈。

針對可能原因（1），Tip in/Tip out 工況，主觀評價無動總沖擊現象，判斷非懸置剛度問題；針對可能原因（2），施加2Nm的預扭矩進行驗證，以消除傳動系齒間間隙影響。


圖1 原狀態(tài)座椅導軌振動colormap圖


圖2 電機輸出扭矩、電機轉速、車速變曲線

從圖2可以看出，達到蠕行最大扭矩25Nm后，電機轉速、車速有明顯波動，對應colormap圖上約13Hz的振動。抖動時電機轉速為20～80r/min ，對應傳動軸萬向節(jié)3階頻率0.13～0.52Hz，可以排除傳動軸模態(tài)影響?？赡艿脑颍海?）懸架模態(tài)影響；（2）動總剛體模態(tài)影響，恒扭矩輸出時，初步判定為負載的變化導致反作用于電機扭矩變化，激勵起剛體模態(tài)。

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

2.2 電機施加2Nm預扭矩起步測試分析

圖3，電機施加2Nm的預扭矩后，針對第一次沖擊現象，沖擊幅值有明顯降低（圖3左邊第一個框中區(qū)域），且主觀感受上有明顯改善。但，車內抖動問題依然存在，且頻率約在13Hz（圖3左邊第二個框中區(qū)域）。


圖3 施加2Nm預扭矩座椅電機本體振動colormop圖


圖4 施加2Nm預扭矩電機輸出扭矩、電機轉速、座椅導軌振動曲線

圖4，上圖為施加2Nm預扭矩測試數據，下圖為施加2Nm預扭矩測試數據，對比可知施加 2NM 預扭矩后，轉速波動的第一個峰值消失，證明轉速波動是由傳動系齒間間隙導致的。

2.3 標桿車起步測試分析

圖5為標桿車D擋起步工況電機本體振動測試數據，從圖中可以看出標桿車電機本體振動無明顯階次，且主觀感受上標桿車也不存在起步抖動現象。


圖5 標桿車起步工況電機本體振動colormap圖

2.4 優(yōu)化后驅動電機樣機起步測試分析

將優(yōu)化后樣機搭載在同一輛車上進行驗證。測試過程中除電機施加2Nm預扭矩外，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 更換優(yōu)化后電機座椅導軌、電機、減速器本體振動colormap圖

測試結果表明，電機本體無24階振動，主觀感受起步過程車內無抖動現象。

3 優(yōu)化方案

3.1 扭矩標定優(yōu)化

3.1.1 起步沖擊優(yōu)化

電機施加預扭矩對起步沖擊有明顯改善，建議后期標定增加預扭矩。

3.1.2 起步抖動優(yōu)化

圖7上圖為標桿車相電流曲線，下圖為某車型電機輸出扭矩。起步時大的扭矩變化會造成抖動現象，由于標桿車無起步抖動現象，故，后續(xù)建議參考標桿車的起步標定策略。


圖7 標桿車相電流及某車型扭矩變化曲線

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

在前期調試MCU控制程序的基礎上，通過增大電流環(huán)增益PI系數及轉矩指令濾波時間，亦可提高整車的平順性。

3.2 電機結構優(yōu)化

針對起步抖動問題，供應商對電機結構進行優(yōu)化：（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。驗證結果表明本次對電機結構的優(yōu)化改進對起步抖動有明顯改善效果。

4 結論

文章依托某車型起步沖擊和抖動問題，依據汽車行業(yè)針對整車振動問題的常規(guī)測試方法進行測試分析，結合振動傳遞路徑、電機輸出扭矩控制策略、排除關聯(lián)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，確定產生沖擊的原因為傳動系齒間間隙過大；產生整車抖動的原因為電機24階激勵，激發(fā)起約13Hz的動力總成剛體模態(tài)。文章對解決純電動汽車起步沖擊和抖動問題有重要借鑒意義。