某电动汽车蠕行抖动测试分析

王朝建，曾海军，肖扬

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

中图分类号：U462.3  文献标识码：A  文章编号：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  标杆车蠕行工况座椅导轨、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機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.