某电动汽车蠕行抖动测试分析

　　摘 要：某电动汽车(以下简称“某车型”)D档蠕行，车速2～3km/h行驶时伴随整车抖动，严重影响车辆的驾乘舒适性。文章基于某主机厂在研车型存在的该问题进行测试分析，通过对振动信号的colormap进行分析，分析出电机的阶次振动是导致蠕行抖动的主要原因;通过对比该车型与标杆车的扭矩变化曲线，提出后续优化标定方案。文章研究为电动汽车蠕行抖动优化设计提供依据，对整车NVH性能提升有重要意义。

　　关键词：电动汽车;蠕行;抖动;测试分析

　　《电动自行车》(月刊)创刊于2003年，由江苏省轻工科技情报总站、中国自行车协会助力自行车专业委员会主办。

　　前言

　　電动汽车作为一种新能源交通工具，可解决传统汽车发动机燃油燃烧导致的尾气排放，具有低污染、低噪声、高效率等优点，是今后交通运输行业发展的重要趋势。

　　目前，国内市场上的电动汽车品牌及车型较多，但不少新兴主机厂对新能源车辆系统匹配及电控系统开发缺乏经验，且技术积累不足，导致不少车型不具备蠕行功能。车辆在高压上电完成，变速箱挡位挂至前进/倒退挡，松开制动踏板后车辆必须在踩下油门后才能起步行走;或车辆在蠕行过程中表现不佳，容易出现抖动及顿挫感。文章通过对驱动电机本体、方向盘及座椅导轨振动进行测试，通过试验手段分析蠕行抖动产生的原因，对整车NVH性能开发过程中VCU、MCU程序设计及驱动电机结构设计具有指导意义。

　　1 蠕行抖动测试

　　1.1 测试设备

　　本次试验借助LMS Test.lab数采前端及分析软件、CAN线、三向振动加速度传感器等附件完成。依据汽车行业针对整车振动问题的常规测试方法对驱动电机本体、方向盘、座椅导轨位置进行振动测试。

　　1.2 测试方案

　　通过对该车蠕行抖动问题进行主观评价，结合振动产生机理及现有的试验设备情况，制定如下测试方案：

　　(1)原状态D挡蠕行工况，车速2～3km/h;

　　(2)控制扭矩标定斜率：恒扭矩蠕行工况测试;

　　(3)N挡断电滑行工况(排除电机影响)主观评价;

　　(4)标杆车蠕行工况下扭矩、车速、电机本体、方向盘、座椅导轨振动测试;

　　(5)优化后驱动电机样机测试。

　　1.3 数据记录与振动分析软件

　　测量时，振动信号通过三向振动加速度传感器采集，扭矩信号、车速、转速等信号通过CAN线读取，采集到的信号传输到数采前端，借助其完成振动信号与数字信号之间的转换;采集到的振动和扭矩、转速等数据使用LMS Test.lab分析软件进行处理，通过该软件分析，最终获取振动colormap图、扭矩变化曲线、转速曲线等，并保存到计算机硬盘里[1]。

　　2 测试数据分析

　　2.1 原状态D挡蠕行工况测试数据分析

　　图1为原状态D挡蠕行工况，车速2～3km/h时测试结果。从图中可以看出，约13Hz左右，座椅导轨和电机本体存在振动，与主观感受一致，即车速3km/h行驶时，伴随整车抖动。从图2可以看出，扭矩降低段对应座椅导轨振动波动较大，且扭矩降低点对应动力总成刚体模态。

　　图1 原状态座椅导轨、电机colormap图

　　图2 原状态电机扭矩、转速和座椅导轨振动曲线

　　从图2可以看出，扭矩降低段对应座椅导轨振动波动较大，且扭矩降低点对应动力总成刚体模态。蠕行抖动段扭矩下降，初步判定是扭矩变化导致，2.2章节对恒扭矩蠕行工况整车振动进行测试分析。

　　2.2 恒扭矩蠕行工况测试分析

　　图3为D挡、恒扭矩(恒扭矩25Nm)蠕行工况测试结果。从图中可以看出，约13Hz左右，座椅导轨仍存在振动。车速2～3km/行驶时整车仍有抖动，但主观感觉相比标定之前有一定改善。说明，扭矩标定程序对蠕行工况整车抖动有一定影响。初步分析可能的原因：(1)悬架模态影响;(2)动力总成刚体模态影响，排查是否为动总刚体模态影响可通过挂N档上电推行，整车仍伴随抖动现象，上电之后电机产生励磁扭矩，变化的负载与励磁扭矩作用下激励刚体模态。由此判定，恒扭矩25Nm，D挡蠕行工况产生整车抖动的主要原因是电机4阶激励，激发起约13Hz的动力总成刚体模态。

　　图3 恒扭矩工况电机扭矩、车速、座椅导轨

　　振动曲线及colormop图

　　针对可能影响因素(1)，起步至车辆蠕行过程中，车速较低，路面激励不足以激励悬架模态，初步判断非悬架模态导致，可做断电滑行(排除电机影响)，先通过主观感受评价该车速下是否仍有整车抖动现象。

　　针对可能影响因素(2)，后续可做以下测试验证，①测试当前状态动总刚体模态;②动总上增加大质量验证;③置供应商提供+50%刚度悬置验证;④测试相电流信号;⑤扭矩上升速度、最大扭矩的调整验证。

　　2.3 N挡断电滑行工况主观评价

　　经过做N挡断电滑行工况(排除电机影响)测试，主观评价未发现整车抖动现象，即可排除悬架模态的影响。

　　2.4 标杆车蠕行工况测试分析

　　图4为标杆车D挡蠕行工况电机本体和座椅导轨振动测试数据，对比图4和图1数据，标杆车无蠕行抖动现象，主观感受上标杆车也不存在蠕行抖动现象。对比标杆车电机与原状态车辆电机本体振动测试colormap图，可以看出标杆车电机本体振动无明显阶次，且振动幅值小于原状态车辆电机本体振动。

　　图4 标杆車蠕行工况座椅导轨、电机本体振动colormap图

　　图5为标杆车相电流、扭矩、座椅导轨振动曲线。鉴于标杆车不存在蠕行工况车内抖动现象，该车型的VCU和MCU程序标定建议参考标杆车数据进行设计。具体设计建议如下：

　　(1)建议相电流使用图5上的扭矩变化曲线，使扭矩变化更平滑;

　　(2)蠕行抖动段图5下红色框框出的区间内座椅导轨振动波动较大，后续程序标定可优先采用低、恒扭矩，其次小扭矩变化;

　　(3)若(1)、(2)方案无效，则增大扭矩，使电机转速快速通过蠕行抖动段。

　　图5 标杆车相电流、扭矩变化及座椅导轨振动曲线

　　对于新兴电动车企，在设计控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法过程中，建议参考标杆车的标定策略，可缩短开发周期及降低开发成本，也可在标定程序设计阶段规避起步或蠕行抖动问题。

　　2.5 优化后驱动电机样机蠕行工况测试分析

　　针对上述排查过程中出现问题，供应商也针对以上问题进行了分析并对电机结构进行优化。较原状态电机，本次测试样机供应商做了如下优化改进：(1)定、转子轴向长度缩

　　短;(2)减小轴向气隙不均匀度;(3)绕组改为短距，减小气隙谐波磁密。主机厂将优化后样机搭载在同一辆车上进行验证。测试过程中VCU和MCU程序标定版本同2.1测试工况，测试结果见图6所示。

　　图6 更换改进后电机座椅导轨、电机本体振动colormap图

　　更换优化改进后电机，测试结果表明，电机4阶振动仍然存在，但主观感受蠕行工况车内抖动较小。表明供应商对电机本体的优化改进有一定效果，但仍需结合CAE手段深入分析电机4阶激励产生的具体原因，以在产品设计阶段即可规避风险，从源头上解决问题。

　　3 结论

　　文章以某车型D挡蠕行工况整车抖动为案例，依据汽车行业针对整车振动问题的常规测试方法进行测试分析，结合电机振动产生机理、蠕行扭矩控制方法、排除关联部件影响、对比分析法设计试验程序。然后通过对测试数据进行分析，确定产生整车抖动的主要原因为电机4阶激励，激发起约13Hz的动力总成刚体模态。提出蠕行扭矩标定设计考量建议，对前期开发有重要指导意义。文章对进一步分析蠕行工况整车抖动问题及提升整车NVH性能有非常重要的作用。

　　参考文献

　　[1] 陈昕，王朝建，等.汽车发电机通风噪声阶次分析方法研究[J].微特电机.2013，(41)：37-39.

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文章名称： 某电动汽车蠕行抖动测试分析

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