某纯电动车急加速抖动问题分析和解决

1 前言

纯电动汽车已经逐渐在引导汽车技术发展的潮流，其产生的NVH问题也和传统燃油车有很大的不同。

燃油车一般会有液力变矩器减振特性、整车速比匹配、传动系惯量匹配和换挡策略、曲轴动不平衡量影响传动系转速波动引起整车抖动问题。对于纯电动车，电机转矩响应灵敏，驱动转矩及扰动的快速、大幅激励容易产生扭转振动，从而导致整车抖动。

传动轴半径和长度以及减速器齿轮间隙也是传动系统扭振振动的可能影响因素，从而产生整车抖动。但随着电机代替了发动机，发动机所产生的振动噪声问题已经转移到了汽车其它NVH源上，但根本的传递路径并没有改变。

对于只有前驱电机的纯电动车来说，其驱动半轴是一个十分重要的激励源，而半轴中的万向节节型就是一个关键的部件。

本文针对某纯电动车配合半轴不同万向节节型开展了研究，最初装配的万向节引起了严重的整车急加速抖动问题，这种抖动为低频振动，非常容易引起驾乘人员的不适。通过优选万向节型，解决了该车型急加速抖动问题。为纯电动车驱动半轴万向节选型提供了参考依据，作为横展项目，可节约相关时间和开发成本。

2 纯电动车抖动影响因素和万向节结构

2.1 影响整车抖动的因素

所有的振动都可从激励、路径和响应三个方向进行原因分析。传统燃油车会因为发动机燃烧产生整车加速抖动，发动机会是产生整车抖动的一个很重要的激励。纯电动车动力传动系统无离合器，常啮合的布置结构，动力总成悬置系统和传动系统扭振经常会耦合在一起导致纯电动车的动态振动特性。响应的路径纯电动车和传动燃油车是类似的。

影响纯电动车整车抖动的激励因素有驱动轴总成和电机的扭矩，其中电机扭矩越大，抖动风险越大，但限值电机扭矩会响应整车的动力性能。驱动轴的布置角度越大，整车产生抖动风险越大，万向节型选择不当会使得整车产生严重抖动。悬置系统优化可减弱整车急加速抖动现象，但不能根除。优化车身传递路径周期长且牵涉范围广，不易实现。方向盘优化可以减弱方向盘振动，但不能彻底解决整车抖动产生的车内振动。纯电动车产生急加速抖动影响因素可以利用图1中的框架进行说明。

图1 整车抖动影响因素

综上，选择优化万向节型进行整车抖动的问题解决排查方向。市场上广泛应用的驱动半轴万向节型有 VL节、DO节、TJ节、GI节和AAR节等。

2.2 万向节结构

图2 AAR节（左图）和DO节（右图）

驱动半轴移动节型是纯电动车产生整车抖动的关键部件，市场上目前采用的节型主要有：TJ节、GI节、AAR节、VL节和DO节。TJ万向节是外套滚道封闭，外套腔内有三销架总成的伸缩型万向节。GI节型为外套腔内可以带有压缩弹簧的TJ型万向节。DO万向节为具有六个钢球，内套和外套各具有六个直滚道、滚道的径向截面为椭圆形，钢球与滚道为四点接触的伸缩型等速万向节。AAR节为优化的GI节。VL万向节为具有六个钢球，内套和外套各具有六个直滚道、相邻的两个直滚道沿轴向等角度反向斜置的伸缩型等速万向节，但该节型价格较贵。图2列出了AAR节和DO节结构图。

由于这些节型结构本身的原因，难以避免的产生阶次振动。GI节、TJ节和AAR节会产生驱动半轴的三阶振动，DO节和VL节会产生驱动半轴的六阶振动。满足产生整车抖动的激励都是低频振动。阶次为旋转机械的工作频率与其转速的比值，数学表达式见公式（1）。

式中f为旋转机械的工作频率，n为旋转机械转速，对于驱动半轴来说，n为半轴转速，O为阶次，对于GI、TJ和AAR阶，O为3，对于DO和VL节型，O为6。

2.3 评价指标

振动阶次采用振动速度矢量和RSS值作为评价指标。参考公式2。

X(rpm,f)、Y(rpm,f)、Z(rpm,f)分别为 X、Y和Z向驱动轴一阶的振动速度RMS值。

3 问题来源

某纯电动车整车在NVH性能主观评价过程中发现存在急加速抖动严重，主观评价5.5分，不可接受。跟踪驱动半轴转速，发现存在明显的半轴3节振动，该节型为GI节型。方向盘和座椅导轨振动见图3所示。

图3 方向盘和座椅导轨振动频谱

方向盘和座椅导轨存在明显的三阶振动，车速分别在50Km/h，90Km/h左右。这种抖动是由于驱动轴物理结构所致，不能完全消除，但可降低。

4 路径分析

三销式驱动轴产生三阶轴向惯性力，轴向惯性力通过动力单元悬置，传至车身座椅导轨及方向盘，导致该纯电动车产生整车急加速抖动。传递路径见图4所示。可通过更改驱动半轴节型进行优化3阶振动。

图4 振动传递路径

5 问题解决过程

5.1 客观测试

通过整车抖动原理分析等因素分析，分别采用了AAR节型和DO节型进行试验验证测试。从图5中可以看出，在驱动半轴移动万向节采用DOJ节型时，驾驶员座椅导轨3阶振动速度RSS峰值达到了5mm/s左右，而采用AAR节型时，驾驶员座椅导轨振动速度RSS峰值在3.5mm/s左右，而采用DOJ节时，驾驶员座椅导轨振动速度RSS只有一个很小的峰值，峰值在1.1mm/s左右。而这三种驱动轴万向节型虽然DOJ节型6阶最大，但均在1mm/s以下。从图6可以看出，方向盘振动也是DOJ节型优于AAR节型优于GI节型。虽然驱动轴6阶，方向盘振动速度RSS值和座椅导轨一样，均为DOJ节型最大，但整体数值较小。需要主观评价进行分析确认是否有抖动风险。

图5 座椅导轨驱动轴3阶和6阶振动速度RSS值

图6 方向盘驱动轴3阶和6阶振动速度RSS值

5.2 主观评价

主观评价的评分计算按照评定员的评价结果按评定项目统计出总分，然后按照公式3计算出平均分。评价人员不少于5人。整车抖动主观评价分值描述表参照表1。

Pi为每个评定员的个人分数，n为评定员数，本文为5，Pj为所有评定员的平均分，也就是为最终评定结果。

表1 整车抖动主观评价分值描述

经过主观评价和计算，Gi节驱动轴整车抖动最终分数为5.5分，AAR节驱动轴整车抖动最终评定结果为6分，DOJ节型驱动轴整车抖动最终评分为7分。主观评价结果见图7。

图7 不同节型主观评分

6 结论

（1）通过客观测试，驱动半轴采用DO节型优于AAR节,AAR节型优于GI节型。通过把原车上的GI节型更换为DO节型，座椅导轨振动和方向盘振动半轴主阶次值都得到大大降低。

（2）主观评价主观评价分值由5.5分提高到7分，由稍不满意变为基本满意。

（3）导致整车抖动的因素中悬置作为一个重要的传递路径，也有待开展进一步的研究。