上图说的是有人通过研究发现可以通过调节轴的刚度、阻尼、转动惯量去优化振动响应。他研究的大致结论如下:
1、轴的刚度对低频振动影响不大,但对高频有较大影响,轴的刚度变大共振频率会上升,振幅会略有加强;
2、轴系的阻尼对低频也无影响,在中频阻尼越大振幅越小,高频阻尼越大振幅变大。
3、电机的转动惯量,低频时惯量越大,共振频率减小,振幅变大,中频和高频时,惯量大振幅减弱。
优化时可以通过上述规律,有针对性的采取参数调整方案。
还有一种系统级的优化方法,就是阶次分离法。阶次分离就是避免动力总成振动激励阶次接近,加剧扭转振动。如下图所示,电机转子激励的阶次是8次、而轴承的激励阶次是9次和9.76次,三者的阶次非常接近,很容易发生能量叠加,产生大幅度的振动。因此系统级的优化,就是要对动力总成各零件的激励阶次进行管理,避免出现阶次重叠。以此类推也要对各零件的固有频率进行管理,避免出现频率重叠。
第四种方法:控制侧解决问题
国外倾向于通过控制来解决扭转振动问题,其优点在上一篇文章中已经有过论述。其中一种简单的方法就是前馈控制法。其作用原理很简单,如果已经发现车速在30km/h时会发生抖动。那么在这个速度段有针对性的控制转矩输出,让转矩输出主动发生波动,这种波动产生的振动响应刚好和原来的抖动是相互抵消的,如此叠加之后的振动响应反而更平稳了。
道理虽然简单,在实际设计时却比较讲究,实际上就是设计一个前馈控制环节,经过这个环节,踏板转矩转变成调谐转矩(可以理解为抵消抖动的转矩)。要达到的这个效果,这个环节的传递函数要根据动力总成扭转系统的传递函数来反向设计。
前馈控制法在应用中仍然有局限性,因为车速、路况等条件比较复杂,而且动力学模型构建的精度也往往不够,有时不免有刻舟求剑之嫌。因此需要设计一个反馈环,将车速引入进来。加上后馈环节后车速波动变的更加平缓。此时系统给出的转矩指令实际上不是连续的,而是波动的。这就是不稳定的输出控制,反而达到了稳定的效果。
总结
电动汽车的扭转振动是常见的故障,这些故障包括加速共振,启动抖动、齿轮拍击和啸叫等等。我们讨论了引起这些故障的机理,这些问题需要动力学的视角去理解、建模和分析。最后我们给出了四类解决方案,从输入侧、传递环节、系统、控制侧都可以解决问题。