白杨翼，武俊杰，辛万涛

(中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司，天津 300000)

0 引言

随着传统燃油汽车数量的不断增长，带来的不仅是国家生产方式的变革以及人们生活方式的改变，更是日益严重的能源紧缺与环境污染问题。汽车能源与环境问题是当今全人类面临的一大挑战，纯电动汽车应运而生。随着纯电动车的发展与普及，人们不再仅仅关注电动汽车的续航里程以及其能源的清洁性，而是越来越多地关注电动汽车的乘坐舒适性。而电动汽车振动噪声性能则直接影响驾驶者与乘坐者对车辆舒适性的感受与评价。汽车的振动噪声性能(NVH)指的是车辆的噪声(Noise)、振动(Vibration)以及声振粗糙度(Harshness)的综合表现。

本文作者针对某纯电动SUV在急加速至50～70 km/h时整车抖动问题进行分析，确认问题原因及整改方向，最后通过最低成本方案解决整车抖动问题。

1 问题原因及机制分析

1.1 问题特征分析

某前置前驱纯电动SUV车型在急加速至50～70 km/h时，整车存在明显的横向抖动现象，并且车辆空载时比满载时更严重。利用NVH测试专用软件LMS Test. Lab 16A来测量车内的振动信号，同时在座椅导轨位置布置振动加速度传感器进行监测。通过软件将时域信号throughput进行FFT(快速傅里叶变换)转换为频域信号进行分析。车内座椅导轨振动频率随电机转速变化Colormap彩图分析结果如图1所示。

数据结果表明，在电机转速3 000～4 500 r/min(对应车速50～70 km/h)下，整车抖动问题特征主要为0.36阶次振动引起，同时对座椅导轨振动数据进行0.36阶次切片提取，得到座椅导轨阶次振动曲线，如图2所示，在3 000～4 500 r/min转速下有明显峰值。

1.2 产生机制分析

由上述数据分此推断，该问题主要与旋转部件相关，进一步分析可知输出轴旋转1阶：电机阶次/减速器速比=1/8.28=0.12阶，0.36阶则为0.12阶的3倍频次，驱动轴三球销式万向节(移动节)由于存在3个球环的结构而具有三阶特性，因此锁定振动激励源为驱动轴移动节。与驱动半轴三销式球笼相关，驱动半轴移动端球笼如图3所示。

图3 驱动半轴移动端球笼结构

纯电动车急加速工况，由于电驱总成质量小、扭矩大、驱动轴夹角变化相对传统车更明显，传动轴夹角如图4所示。普通的GI节驱动半轴随夹角的增大，轴向派生力(GAF)也逐渐增大。而轴向派生力由三销节总成相对于外壳球销的摩擦力产生的内部力引起，其大小取决于移动节的角度和扭矩，关系如图5所示，相同扭矩下，随着传动轴夹角增加轴向派生力增大。因此，由于空载状态夹角相对满载状态半轴夹角大，整车横摆抖动更明显。

图4 传递轴夹角示意

图5 GI节轴向力大小与夹角、扭矩的关系

1.3 传递路径分析

根据初步分析的结果，进一步从传递路径进行分析，主要传递分析路径如图6所示，根据主要传递路径，监测的相关振动点：左右传动半轴轴头端，3个悬置系统车身侧，减振器车身侧，座椅导轨侧。通过数据对比分析，各个传递路径贡献基本相当，无明显存在共振放大的路径，同时考虑到驱动半轴与其他部件干涉等问题，整车半轴角度无法更改，因此该问题需要从激励源上进行优化。

图6 主要传递路径分析

2 方案优化效果

2.1 优化方案说明

为了减小轴向力，将驱动半轴球笼结构由原来的GI节切换为ARR节，将滑动摩擦点接触转化为面接触的滚动摩擦，减小分力。驱动轴移动节的种类较多，其中比较典型的有两种：三销节(GI型)和高效节(AAR型)。ARR节型其主要差异是相对GI节型多了一组轴承内圈，轴承内圈可以绕三销架球形头部自由回转，当万向节带角度运转时，AAR节型相对GI节型多一个回转自由度，回转更灵活，滑移阻力更小。内部结构对比图如图7、图8所示。两种节型的轴向派生力随角度变化关系对比如图9所示，可以看出，ARR节型受角度变化影响较小。

图7 GI节结构剖面图

图8 ARR节结构剖面图

图9 GI节与AAR节轴向力与工作角度关系对比

2.2 优化效果验证

通过更换ARR节型结构的驱动半轴后，对比分析可知，某纯电动车在急加速工况下，座椅导轨0.36阶振动明显的降低，主观无明显振动，该电动车抖动问题已解决。对比结果如图10所示。

图10 更换ARR节型前后座椅导轨0.36阶振动对比

2.3 降本方案验证

考虑到同时更换ARR高性能长短半轴，对单车成本增加较多，因此做如下3种方案对比：(1)长短半轴均更换ARR节；(2)仅短半轴更换ARR节；(3)仅长半轴更换ARR节。通过试验验证，方案2只有短半轴更换ARR节效果优化效果明显，与长短半轴同时更换主观优化效果相当，如图11、图12所示。同样也验证了短半轴在急加速工况下夹角更大，轴向力更大，为主要的贡献源。并且通过半轴其他性能确认，无其他性能的负面影响，该降本方案可行。

图11 不同方案ARR节半轴优化效果对比map图

图12 不同方案ARR节半轴优化效果0.36阶振动对比

3 结论

文中主要针对某纯电动SUV急加速50 km/h以上整车横向抖动问题进行了路径分析和原因排查，确认主要是由于原GI节机构驱动半轴，滑动摩擦力较大引起轴向力较大，导致整车抖动。通过更换ARR高效节驱动半轴解决该抖动问题。为了进一步降低开发成本，寻求降本方案，对新旧驱动半轴不同组合方案的对比，最终得出单独更换短半轴优化效果与全不更换长短半轴相当，主观无明显抖动现象同时不影响其他性能，该降本方案可行。