導(dǎo)讀

本文對車輛異響的聲源和產(chǎn)生原因進(jìn)行復(fù)現(xiàn)測試,確認(rèn)響聲位于減速器差速器位置處,在車輛低速行駛急踩急松加速路板工況下產(chǎn)生:結(jié)合敲擊異響理論分析出導(dǎo)致異響的電驅(qū)動總成硬件側(cè)除參數(shù)和軟件轉(zhuǎn)矩控制指標(biāo)參數(shù):通過對不同類型軟件對應(yīng)測試結(jié)果進(jìn)行分析,歸納了客觀指標(biāo)參數(shù)與敲擊異響的聯(lián)系,對比了不同傳動系統(tǒng)綜合間除的電驅(qū)總成對應(yīng)的敲擊異響主觀感受,綜合對比分析了轉(zhuǎn)矩過零控制優(yōu)化與側(cè)除改善效果的差異,為電驅(qū)總成參數(shù)選調(diào)?軟件標(biāo)定提供優(yōu)化方向參考?

關(guān)鍵詞：敲擊異響，轉(zhuǎn)矩過零，急踩加速踏板，急松加速踏板

作者：孟斌，雷君，聶少文，王德偉，曹大顧

東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心

旋轉(zhuǎn)齒輪敲擊異響問題是汽車NVH研究中的典型問題在復(fù)雜的傳動系統(tǒng)動力學(xué)工況下出現(xiàn),與傳動系統(tǒng)零部件設(shè)計參數(shù)?動力控制有關(guān)?噪聲通過軸-殼體-懸置結(jié)構(gòu)?半軸軸頭傳遞至車身或通過介質(zhì)將聲壓傳遞至駕駛艙?相較傳統(tǒng)燃油車型而言?純電動車傳動系統(tǒng)沒有扭轉(zhuǎn)減振器?發(fā)動機(jī)飛輪?離合器等緩沖與減振部件,在動力源輸入與輪端輸出之間,花鍵軸與花鍵孔?齒輪副剛性連接,敲擊異響更易于出現(xiàn)?對于搭載減速器的純電動車,車輛低速行駛工況承載齒輪在大轉(zhuǎn)矩變化工況,敲擊異響更加明顯?近年來,已有從激勵源?傳遞路徑?多體動力學(xué)仿真與優(yōu)化門的角度進(jìn)行研究,分析了齒輪敲擊原理及優(yōu)化措施[3]?在工程開發(fā)中,從軟件控制與硬件參數(shù)匹配,系統(tǒng)性地改善異響問題更具參考意義?

01  問題描述

某車型純電動車搭載“三合一”電驅(qū)總成,在1530km/h區(qū)間車速下行駛,急踩/急松加速踏板行駛時,駕駛員可以感知到機(jī)艙內(nèi)“咚噔”狀的異響聲,但沒有車輛拉動或頓挫抱怨?像是駕駛艙內(nèi)部零件沖擊產(chǎn)生的聲音,造成駕駛員感知上的不適,擔(dān)心車輛進(jìn)一步使用有損壞風(fēng)險?在低速行駛工況中,純電動車的路噪?風(fēng)噪相比高速工況較低?瞬態(tài)異響的背景噪聲不是很嘈雜,容易被感知?問題發(fā)生時,批量車輛上均有類似的響聲,車輛上瞬態(tài)敲擊響聲對應(yīng)的潛在原因有很多,解析也較為困難。

異響源排查

經(jīng)路試主觀評價以及車輛舉升檢查?發(fā)現(xiàn)異響源在機(jī)船下方中部電驅(qū)總成附近區(qū)域較為明顯,車輛無抖動頓挫現(xiàn)象?為進(jìn)一步鎖定異響聲源,在減速器輸入?差速器輸出軸?左右輪心處布置加速度傳感器,輸入輸出軸處布置麥克風(fēng)(傳聲器),如圖1所示,同時在LMSTestlab中配置采集CAN總線的電機(jī)輸入軸轉(zhuǎn)速?電機(jī)轉(zhuǎn)矩?加速踏板開度制動等信號?車速15~30km/h區(qū)間內(nèi)各車速下,往復(fù)多次不同加速踏板開度下tip-in/out操作,錄制數(shù)據(jù)?

測試結(jié)果分析

測試結(jié)果如圖2所示,從噪聲時域數(shù)據(jù)可以看出,噪聲聲源在差速器左右兩側(cè)較明顯,噪聲峰值在80~90dB之間?

02  電驅(qū)動系統(tǒng)異響機(jī)理

齒輪敲擊異響機(jī)理與評價

傳動系統(tǒng)不可避免地存在間隙,滑行/驅(qū)動切換時轉(zhuǎn)知換向產(chǎn)生沖擊?敲擊的能量尤其是在轉(zhuǎn)矩突然變大的工沉下更容易產(chǎn)生可感知的敲擊異響[3]?如圖3所示由于傳系統(tǒng)鍵齒存在間隙,在轉(zhuǎn)矩切換?間隙兩側(cè)零件產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動時,產(chǎn)生敲擊[4]?齒輪敲擊定量研究方法往往是從齒輪運(yùn)動微分方程出發(fā),研究解的性質(zhì)和定性方法,從村理上定義敲擊發(fā)生條件,并通過評價指標(biāo)定義強(qiáng)度評價樓型?主流的客觀方法評價理論為:門檻值敲擊理論?修正的拍擊門檻值理論?基于角加速度均方根值的比值和峰作的齒輪敲擊指數(shù)[5]?后者已為國內(nèi)外廣大研究學(xué)者采用作為定量評價齒輪敲擊的客觀指標(biāo)?用于描述被動齒輪便敲擊強(qiáng)度?

式(1)?式(2)從角加速度?力學(xué)角度揭示了敲擊響聲大小與轉(zhuǎn)速的關(guān)系?@(t)與@(t)分別為主被動端的角加速度關(guān)于時間的函數(shù)?由式(3)可知,在主被動端相同的轉(zhuǎn)速,角度間隙8值越大,旋轉(zhuǎn)端加速時間越長,加速旋轉(zhuǎn)工況下主動齒輪側(cè)的角加速度更大,主被動端速差越小?間隙值一定的情況下，過渡時間長，對于轉(zhuǎn)速簡諧波動敏感[14]。

式(4)?式(5)從動力學(xué)角度表示了主被動端角速度影響因素?轉(zhuǎn)矩突變工況,電機(jī)轉(zhuǎn)矩了值較大情況下,在拖曳轉(zhuǎn)矩T?主動端前旋轉(zhuǎn)慣量一定,主動端轉(zhuǎn)速加速度相對較大;被動端前后驅(qū)動與拖曳轉(zhuǎn)矩相差不大,被動端獲得的角加速度相對較小,前后轉(zhuǎn)速加速度差相對較大R值相對較大?

從客觀物理成因角度講,瞬態(tài)敲擊工況的響聲無法避免?異響聲音的響度大到一定值時,會被感知和抱怨?整個過程從兩個齒輪被動拖動一側(cè)嚙合開始到傳動一側(cè)嚙合結(jié)束,轉(zhuǎn)速加速度的大小決定著嚙合沖擊的強(qiáng)度?當(dāng)然,電驅(qū)動總成的嚙合敲擊響應(yīng)也是受零件扭轉(zhuǎn)剛度?彈性以及多排輪綜合間隙的影響?從角加速度與間隙一起出發(fā)考慮,敲擊能量是影響敲擊異響的重要因素。

轉(zhuǎn)矩過零控制策略

如圖4所示,tip-in/out工況下駕駛時,電機(jī)端需求轉(zhuǎn)矩由車輛控制單元(VCU)計算得出,電機(jī)控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)矩濾波,而電機(jī)端做轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行?各加速踏板開度?轉(zhuǎn)速會對應(yīng)不同的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩,松踩加速踏板大,即中大加速踏板開度的情況下,目標(biāo)轉(zhuǎn)矩變化大?雖然可以通過VCU加速踏板MAP控制目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的大小,但轉(zhuǎn)矩MAP受整車駕駛及能量管理策略約束,與tip-out工況回收能量工況轉(zhuǎn)矩幅度相關(guān)性強(qiáng);tip-in工況一般調(diào)整的是VCU過零的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩以及MCU轉(zhuǎn)矩響應(yīng)?如圖5所示,而由機(jī)實際轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)在跟隨目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的變化基礎(chǔ)上,會進(jìn)行轉(zhuǎn)矩濾波,以保證響應(yīng)和舒適性?濾波參數(shù)的選擇對響應(yīng)和舒適性有很大影響?

影響因素分析

敲擊異響聲響幅的大小受敲擊能量大小影響[S](圖6)電機(jī)轉(zhuǎn)矩過零點的值與傳動系統(tǒng)間隙的大小影響敲擊異響聲,由于硬件存在一定的散差,組合裝配后會產(chǎn)生不同的間隙?間隙或過零轉(zhuǎn)矩越大?敲擊的能量越大?異響聲越大[6-7],軟件控制方面,過零轉(zhuǎn)矩特性在批量硬件搭載使用中往往存在一定的覆蓋性散差,在一些間隙參數(shù)超差的總成上,引起較大的敲擊異響問題[8]?

03  原因分析

傳動系統(tǒng)間隙涉及的硬件參數(shù)為齒輪?花鍵的MM值從設(shè)計?制造角度出發(fā),調(diào)查參數(shù)零部件產(chǎn)品參數(shù)分布,評價參數(shù)的公差范圍以及產(chǎn)品Cpk指標(biāo)確認(rèn)零件的合理性;轉(zhuǎn)矩過零控制方面,電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩控制?電機(jī)轉(zhuǎn)矩濾波參數(shù)的選擇設(shè)置對電機(jī)實際轉(zhuǎn)矩控制起決定性作用,通常通過軟件標(biāo)定優(yōu)化控制[8-9]?從軟硬件綜合設(shè)計出發(fā),軟件設(shè)計對硬件公差有一定的覆蓋性,需要在綜合軟硬件開發(fā)的角度解析問題。

傳動系統(tǒng)間隙值分析

“三合一”電機(jī)減速器集成單元結(jié)構(gòu)中,花鍵或齒輪接的結(jié)構(gòu)有:0聯(lián)接軸套/電機(jī)軸與減速器輸入軸配合2減速器內(nèi)部齒輪間隙:3驅(qū)動軸內(nèi)球節(jié)外花鍵與差速器半軸齒輪內(nèi)花鍵側(cè)隙:4驅(qū)動軸總成扭轉(zhuǎn)間隙:6驅(qū)動軸外球節(jié)外花鍵與輪毅內(nèi)花鍵配合側(cè)隙(圖7)?

測量與統(tǒng)計批量電驅(qū)總成減速器及傳動軸系統(tǒng)內(nèi)部齒輪副與花鍵間隙值分布,采用雙嚙合法測得齒輪副間隙,差速器與半軸花鍵配合間隙通過絲錐測得跨棒距后反算得出?零部件間隙相關(guān)參數(shù)均在設(shè)計指標(biāo)值范圍內(nèi)?如圖8所示,抱怨異響的車輛在同批次車輛中傳動系統(tǒng)的側(cè)隙參數(shù)處于設(shè)計上下限(紅色線條)中間水平,與標(biāo)桿車輛電驅(qū)總成間隙參數(shù)水平相當(dāng)(標(biāo)桿總成搭載車輛上無“咯噔”異響抱怨)?不同的參數(shù)為實際加工生產(chǎn)能力下參數(shù)的浮動范圍紅點為抱怨問題的電驅(qū)總成?

轉(zhuǎn)矩控制分析

問題復(fù)現(xiàn)測試中,純電動車通常有不同的能量回收模式,為方便驗證,使用車輛上的選擇按鈕調(diào)節(jié)強(qiáng)中弱,如圖所示,對比評價不同能量回收強(qiáng)度下的異響聲,可以發(fā)現(xiàn)能量回收強(qiáng)度越高,對于tp-out工況的敲擊異響貢獻(xiàn)越大加速/減速均NGtip-out后進(jìn)入滑行/制動能量回收模式,回收轉(zhuǎn)矩為-40N·I的情況下,電機(jī)執(zhí)行轉(zhuǎn)矩過零的臺階相比回收轉(zhuǎn)矩-20N·n的較緩,異響聲較大,也容易穩(wěn)定復(fù)現(xiàn);tip-in工況下,異響容易出現(xiàn)在加速踏板開度大?加速踏板開度上升速率較快的工況,根據(jù)加速踏板MAP設(shè)定邏輯,對應(yīng)的驅(qū)動電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩較大(OK:沒有問題,NG:存在問題)?

04  優(yōu)化及驗證

敲擊異響與指標(biāo)參數(shù)關(guān)聯(lián)的選擇是通過“敲擊理論模型-指標(biāo)參數(shù)-響應(yīng)評價模型”的方式進(jìn)行建立?為量化評價參數(shù)對主觀評分的影響,基于主要參數(shù)進(jìn)行調(diào)試優(yōu)化,選調(diào)相關(guān)軟硬件參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行量化分析?電機(jī)轉(zhuǎn)矩過零控制相關(guān)文獻(xiàn)中,提到了一種預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)矩過零區(qū)間,可以防止過零轉(zhuǎn)速皮動引起的抖動異響,同時避免零點預(yù)估偏差對于過零控制的影響:設(shè)置過零斜率,限制轉(zhuǎn)矩沖擊;過零轉(zhuǎn)矩分段設(shè)置閩值,預(yù)估過零工況?提高轉(zhuǎn)矩響應(yīng)?具體選取的參數(shù)指標(biāo)為[,電機(jī)轉(zhuǎn)矩上升斜率:過零后0.2s電機(jī)轉(zhuǎn)矩大小;過零后0.5s電機(jī)轉(zhuǎn)矩大小;轉(zhuǎn)矩過零區(qū)間,差速器硬件間隙負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小:@轉(zhuǎn)矩過零時間(經(jīng)過零轉(zhuǎn)矩區(qū)間的時間)?主觀評價參照SAEJ1441標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評分?間隙值大小和松踩加速踏板快慢按1/2/3區(qū)分,分別表示快中慢和大中小?通過量化分析模型,整理出影響評價的客觀參數(shù)指標(biāo)?異響主觀評分為~(0指標(biāo)參數(shù)的加權(quán)和,即:

式中,Cj=C;=E((x;-E(x;))(x-E(x;)));C=Var(x;)?對協(xié)方差矩陣Z進(jìn)行正交求解,對應(yīng)的特征值為入,對應(yīng)的特征向量為e。

式中,r和P分別為相關(guān)系數(shù)和偏相關(guān)系數(shù)KMO對整體關(guān)聯(lián)程度的度量標(biāo)準(zhǔn)見表1?

在各工況下進(jìn)行主觀評價,評分與各指標(biāo)各相關(guān)性系數(shù)見表2。

按優(yōu)先級排列,與異響評分相關(guān)性較強(qiáng)的因子從大到小依次為:/7/////

tip-in工況轉(zhuǎn)矩濾波數(shù)據(jù)對比

表1KMO的度量標(biāo)準(zhǔn)評測主要針對不同轉(zhuǎn)矩濾波參數(shù)的VCU軟件,按影響指標(biāo)由高到低進(jìn)行調(diào)試,在易于抱怨的車速區(qū)間15~30kmh內(nèi)進(jìn)行多次重復(fù)評價試驗?圖10和表3為4組代表性的測試數(shù)據(jù)?

如圖10所示,各版本軟件轉(zhuǎn)矩過零控制策略相同,在零轉(zhuǎn)矩處做一個臺階(MCU的轉(zhuǎn)矩濾波),轉(zhuǎn)矩緩緩增加通過臺階區(qū)域后,快速提升以滿足動力性需要,在駕駛工況相司的情況下,版本1?版本2?版本3為多組測試數(shù)據(jù)整合的結(jié)果(主要從目標(biāo)轉(zhuǎn)矩控制的角度,控制轉(zhuǎn)矩過零).相比原車版本軟件在轉(zhuǎn)矩響應(yīng)方面略有延遲,原車版本軟件在零轉(zhuǎn)矩附近通過后,快速增加轉(zhuǎn)矩,滿足動力性需求?上升速率?過零時刻轉(zhuǎn)矩相對較小的情況下,異響聲有改善但速率過慢會引起動力性感受變差(1/2/3分別表示動力性強(qiáng)/中),轉(zhuǎn)矩響應(yīng)變差,需要一個綜合滿足異響與動力性的軟件,優(yōu)化版本2相對較好?

tip-out工況轉(zhuǎn)矩濾波數(shù)據(jù)對比

低速行駛工況下,tip-out工況下車輛電機(jī)會進(jìn)入制動/滑行能量回收模式?轉(zhuǎn)矩平緩的程度可以通過?(D調(diào)整VCU矩MAP修改能量回收工況強(qiáng)度:2驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)矩濾波控制通過修改設(shè)定的轉(zhuǎn)矩MAP,可以控制轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的平緩程度轉(zhuǎn)矩變換速率越快,車輛反拖感強(qiáng)(1/2/3分別表示反拖展強(qiáng)/中),易引起駕駛舒適性抱怨(圖11表4)?

如圖11所示.降低轉(zhuǎn)矩下降速率變緩對減輕敲擊異嚇有一定的幫助[I],但下降速率過緩會影響到滑行/制動能量回收,而且下降速率過快進(jìn)入負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)域的情況下,車輛反拖感強(qiáng)烈,影響駕駛感受?通過仿真計算,優(yōu)化版本1/2/3相比原始版本軟件,NEDC工況綜合續(xù)駛里程將分別降低3km/12km/7km,但從NVH及駕駛性提升與經(jīng)濟(jì)性角度講優(yōu)化版本3相對較好?

軟件硬件聯(lián)合調(diào)試

從軟硬件綜合設(shè)計角度考慮,設(shè)計正交試驗方法,使用轉(zhuǎn)矩濾波強(qiáng)緩與間隙大小的方案進(jìn)行組合驗證?相比其他傳動系統(tǒng)零部件,差速器左右量側(cè)跨棒距參數(shù)偏設(shè)計上限[2],對綜合間隙和差速器接半軸花鍵處間隙均有貢獻(xiàn)且異響聲在差速器接左右半軸兩側(cè)明顯,選取1臺抱怨樣車,更換調(diào)小間隙后的差速器總成對比測試?同時在這臺車上進(jìn)行軟件調(diào)試,分析電機(jī)轉(zhuǎn)矩過零的影響,與差速器及匹配的半軸花鍵參數(shù)相關(guān)性強(qiáng)?測得差速器花鍵參數(shù)貝表5?圖12?

對調(diào)整跨棒距間隙后的差速器進(jìn)行測試,敲擊異響聲接使用轉(zhuǎn)矩濾波方案二?方案三+親受;噪聲能量降低25%,差速器?噪聲能量可降低26.1%?503%?差速器內(nèi)花鍵間隙對tipin/out“咯噔”響聲感知有改善效果,間隙越小響聲越小;但同比而言,軟件控制優(yōu)化更能夠彌補(bǔ)差速器花鍵間隙引起的惡化?

05  結(jié)論

本文介紹并通過理論分析?試驗驗證確認(rèn)了敲擊異響影響因素,并站在軟件標(biāo)定調(diào)試與硬件側(cè)隙參數(shù)選取的角度提出優(yōu)化方向?文中提出一種針對電驅(qū)總成異響問題排查方法,從軟硬件角度綜合考慮分析,最終確定從軟件控制改善方向最優(yōu),為解決異響問題提供可供借鑒的優(yōu)化的參數(shù)指標(biāo)和解決思路?

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