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某电动汽车蠕行抖动测试分析
2020-04-16 23:47:13· 来源：电动学堂
作者单位：湖南智点智能新能源汽车有限公司DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.23.002前言目前，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
作者单位：湖南智点智能新能源汽车有限公司
DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.23.002
前言
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LMSTest.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LMSTest.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。
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。
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。
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。
2.3N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。
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。
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。
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