1 .引 言
電動汽車由于污染小、噪聲低，具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢，可有效緩解能源資源緊張、大氣污染嚴重等問題，受到了許多國家的高度重視。所謂純電動汽車，是指以電能為動力的汽車。電動汽車的組成包括電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)、驅(qū)動力傳動等機械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等。電動汽車無內(nèi)燃機汽車工作時產(chǎn)生的廢氣，不產(chǎn)生排氣污染，對環(huán)境保護和空氣的潔凈是十分有益的，有“零污染”的美稱。日前所推出的新型純電動汽車，在急加速然后松踏板的瞬間，出現(xiàn)了明顯的抖動現(xiàn)象，給乘員的主觀感受極度不舒服。本文針對這一現(xiàn)象，以新型純電動汽車為平臺展開研究。
2 .新型純電動汽車振動源分析
新型純電動汽車的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。從外形上看，電動汽車與傳統(tǒng)汽車并沒有什么區(qū)別，但純電動汽車的動力總成是由動力源及驅(qū)動系統(tǒng)、動力電池、驅(qū)動電機和控制器 3 個部分組成的，其電機相當于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機，蓄電池相當于原來的油箱，通過電池向電機提供電能，驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)，從而推動汽車前進。
本文研究的新型純電動微型車為前置前驅(qū)型，其動力驅(qū)動系統(tǒng)布置在前艙內(nèi)，主要包括集中電機、減速箱及差速器并通過懸置連接到副車架，副車架再通過懸置連接到主車架。其主要振動源是包括集中電機、減速器和差速器在內(nèi)的驅(qū)動系統(tǒng)，由路面不平度引起的輪胎振動也是新型純電動汽車振動的一個主要來源。新型純電動汽車振動的傳遞路徑如圖 2 所示。
3 .新型純電動汽車聲振測試
由于純電動汽車的控制系統(tǒng)是通過接收駕駛員的踏板信號對各部件進行相應(yīng)控制的，所以在松踏板的瞬間，由于突然失去動力的來源，會出現(xiàn)整車抖動現(xiàn)象，尤其是在急加速松踏板工況。針對這一現(xiàn)象，本文進行了急加速松踏板工況下的整車聲振測試，以找出引起抖動的源頭及傳遞路徑。本次試驗在同濟大學(xué)半消聲室進行，試驗采用的數(shù)采設(shè)備為 Head 公司的 SQlabⅢ( 34 通道) ，加速度傳感器為美國 pcb 公司生產(chǎn)的 icp 壓電式加速度傳感器，麥克風(fēng)為丹麥 B＆K 公司生產(chǎn)。
3.1 試驗工況
為客觀測量并分析純電動汽車急加速松踏板工況的抖動現(xiàn)象，在轉(zhuǎn)鼓試驗臺上進行模擬試驗，將純 電 動 汽 車 分 別 急 加 速 到 10km/h、15km/h、20km / h、25km / h、30km / h、35km / h、40km / h 突然松開踏板( 記錄時刻) 直到停止。
3.2 測點布置
為準確分析新型純電動汽車的抖動現(xiàn)象并明確產(chǎn)生抖動的原因，在進行試驗時，需進行合理的測點布置。
( 1) 振動測點: 駕駛員座椅地板垂向加速度 1;車前主車架中部三向加速度 1; 車前副車架中部三向加速度 2; 電機處三向加速度 3; 減速箱( 與電機相連處) 軸承連接處三向加速度 4; 減速箱( 中間齒輪軸處) 軸承連接處三向加速度 5; 減速箱( 差速器處)軸承連接處三向加速度 6; 減振器上三向加速度 7;輪胎處三向加速度 8。
( 2) 轉(zhuǎn)矩測量: 測量電機轉(zhuǎn)速，電機 － 差速器的輸出轉(zhuǎn)矩特性及差速器 － 輪胎的輸出轉(zhuǎn)矩特性。
4 .試驗結(jié)果與分析
人們能夠感受到的抖動是來自于主車架振動的突變，因此本文著重分析了急加速松踏板時主車架的振動特點及來源�？紤]到試驗信號的非平穩(wěn)性，主要通過小波分析對測試信號進行處理，同時采用相干/偏相干分析、傳遞函數(shù)等方法對數(shù)據(jù)進行分析處理。
4． 1 抖動現(xiàn)象分析
( 1) 不同車速下主車架的振動云圖圖 3 是不同車速工況下主車架的振動云圖，可以看出: 在每個車速下，松踏板的瞬間均發(fā)生了振動的突變( 即抖動現(xiàn)象) ; 主車架振動突變頻率均集中在 10 － 20Hz 的低頻段; 抖動的劇烈程度隨著車速的增加而減小，即車速越小，抖動現(xiàn)象越明顯。
( 2) 振動傳遞路徑云圖分析
圖 4 是利用各部件的振動云圖來表示振動能量在各部件之間的傳遞，從圖中可以看出: 在急加速松踏板工況，出現(xiàn)振動突變的部件為輪胎、電機和減速器、副車架、主車架; 從發(fā)生抖動的劇烈程度出發(fā)，大小排序為: 輪胎 ＞ 電機和減振器 ＞ 主車架 ＞副車架; 振動突變的頻率均集中在 10 － 20Hz 的低頻段。
通過對純電動車急加速然后松踏板工況所采集的主車架振動云圖和各部件振動傳遞的云圖分析表明: 純電動車在急加速松踏板的瞬間存在抖動現(xiàn)象，出現(xiàn)振動突變的部件為輪胎、電機和減速器、副車架、主車架; 車速越低，松踏板時抖動現(xiàn)象越明顯; 抖動頻率集中在 10 － 20Hz 的低頻段。下面將具體分析主車架在急加速松踏板時振動突變的原因。
4． 2 抖動原因分析
通過對新型純電動汽車振動傳遞路徑的分析可知，主車架振動直接激勵源有兩個: 一是電機、減速器等動力系統(tǒng)的振動傳遞到副車架然后再經(jīng)懸置傳遞到主車架，另一個是輪胎振動經(jīng)懸架、減振器傳遞到主車架。
( 1) 相關(guān)/偏相關(guān)分析
為明確主車架在抖動頻段振動能量的主要來源，本文對主車架與其激勵源副車架和輪胎的振動信號進行了相干/偏相干分析，如表 1 所示。
不考慮副車架和輪胎之間振動的相互影響，對主車架與副車架和輪胎振動信號進行相干分析得出: 副車架與主車架之間的振動相干系數(shù)為 0. 93，輪胎與主車架之間的相干系數(shù)為 0. 99。由于主車架振動的兩個直接激勵源并不是獨立的，副車架和輪胎支架通過擺臂連接，因此考慮副車架和輪胎之間振動的相互影響。對主車架與副車架和輪胎的振動信號進行偏相干分析得出: 副車架與主車架之間的振動偏相干系數(shù)為 0. 04，輪胎與主車架之間的偏相干系數(shù)為 0. 93。這說明，主車架的抖動能量主要來源于輪胎。同時，輪胎振動通過擺臂對副車架的振動能量的貢獻也較大。
( 2) 主副車架連接懸置性能分析
純電動汽車的主車架和副車架之間是通過懸置相連接的，懸置的隔振性能的好壞直接決定了副車架的振動向主車架的傳遞。因此，本文對主副車架之間的連接懸置的傳遞特性進行了分析，如圖 5 所示。圖 5 是純電動汽車主副車架之間連接懸置的傳遞特性頻譜圖，可以看出: 該懸置在 10 － 20Hz 的抖動頻段內(nèi)的隔振性能較差，副車架的振動經(jīng)懸置傳遞到主車架，起到了放大的作用。因此，該電動車主副車架之間的連接懸置在引起抖動現(xiàn)象的頻段內(nèi)不能起到隔振的效果。( 3) 電機轉(zhuǎn)矩特性圖 6 是新型純電動汽車集中電機的轉(zhuǎn)矩特性曲線，是根據(jù)試驗測得的不同電機轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)矩擬合得到的。
通過振動能量傳遞的云圖可以看出，電機、減速器和輪胎上的抖動頻段的能量較大，究其原因，是在松踏板的瞬間，相當于在電機上外加了一個與輸出轉(zhuǎn)矩方向相反的力矩，這時輪胎上就會產(chǎn)生一個方向相反的力矩。因此，電機、減速器和輪胎在急加速然后松踏板工況下的抖動較為嚴重。
新型純電動汽車車速與集中電機轉(zhuǎn)速之間的換算公式為:
其中: v 為車速，km/h; i 為傳動比，i = 11. 8; r 為車輪半徑，r = 0. 269m; n 為電機轉(zhuǎn)速，r/min。
通過圖 6 和公式 ( 1) 計算可以得出: 車速 ＜17km / h 時，電機輸出轉(zhuǎn)矩基本保持不變; 車速 ＞17km / h 時，電機輸出轉(zhuǎn)矩隨車速的增加而減小。因此，新型純電動車在低于 17km/h 工況抖動現(xiàn)象較明顯，高于 17km/h 隨著車速的增加抖動現(xiàn)象越不明顯。
5. 結(jié) 論
本文通過對新型純電動汽車急加速松踏板工況的聲振測試及測試數(shù)據(jù)的處理分析，可知:
( 1) 在不同車速下均發(fā)生不同程度的抖動現(xiàn)象; 車速越低，抖動現(xiàn)象越明顯; 抖動頻率主要集中在 10 － 20Hz 范圍，不隨車速變化。
( 2) 主副車架、電機、減速器、差速器、輪胎都出現(xiàn)了不同程度的振動突變，發(fā)生抖動的劇烈程度排序為: 輪胎 ＞ 電機和減振器 ＞ 主車架 ＞ 副車架。
( 3) 主車架的振動直接影響人們的主觀感受，通過對主車架及其振動的兩個源頭進行相干 /偏相干分析發(fā)現(xiàn)，輪胎是主車架抖動的主要來源。
( 4) 通過對主副車架之間連接懸置的性能分析，發(fā)現(xiàn)該懸置在發(fā)生抖動現(xiàn)象的頻段內(nèi)隔振效果較差。
( 5) 通過對純電動車集中電機轉(zhuǎn)矩的輸出特性的分析，由于低速時輸出轉(zhuǎn)矩較大，使得低速時抖動現(xiàn)象較明顯。因此，要消除或改進新型純電動車的抖動現(xiàn)象，可以采取以下兩種方案: ( 1) 優(yōu)化主副車架之間的連接懸置，使其在抖動頻段內(nèi)的隔振性能提高;( 2) 優(yōu)化懸架參數(shù)，使輪胎的振動能量盡可能少地通過減振器傳遞到主車架。 |
