轉(zhuǎn)向電機(jī)熱害問題探討

田文毅　殷農(nóng)民

摘 要：對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言，轉(zhuǎn)向電機(jī)不僅要關(guān)注自發(fā)熱聚集問題，還要重點(diǎn)解決排氣系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)向電機(jī)熱輻射產(chǎn)生的熱害問題。解決轉(zhuǎn)向電機(jī)熱害問題，保證電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性尤為重要。本文從項(xiàng)目開發(fā)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的角度，重點(diǎn)探討轉(zhuǎn)向電機(jī)熱害問題的解決方法。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向電機(jī)；熱害

1 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，使用人員對(duì)車輛的安全、舒適、可靠等要求逐步提高。而汽車轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性對(duì)使用人員的行車安全不言而喻。轉(zhuǎn)向助力分為液壓和電動(dòng)兩種方式，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以結(jié)構(gòu)簡單、免維護(hù)、控制精準(zhǔn)等優(yōu)勢，逐步成為轉(zhuǎn)向助力的主流方案，市場占有率逐漸升高。如何規(guī)避轉(zhuǎn)向電機(jī)熱害風(fēng)險(xiǎn)，保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行顯得尤為重要。

2 問題提出

2.1 轉(zhuǎn)向電機(jī)風(fēng)險(xiǎn)描述

某項(xiàng)目車型在工程開發(fā)階段發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向電機(jī)位于排氣正下方，受到的排氣熱輻射嚴(yán)重；轉(zhuǎn)向電機(jī)下方安裝降低風(fēng)阻整流板，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向電機(jī)周邊缺少冷卻風(fēng)吹拂；通過CFD建模分析，轉(zhuǎn)向電機(jī)最高溫度超過150℃，熱害風(fēng)險(xiǎn)極高。轉(zhuǎn)向電機(jī)空間位置見圖1。

2.2 車輛基本信息

車輛基本參數(shù)見表1。

3 問題解決

3.1 熱輻射解決方案

轉(zhuǎn)向電機(jī)位于中通道與前艙連接處、排氣波紋管下方。排氣波紋管為軟連接吸能元件，因此不能采取排氣焊接隔熱罩的主動(dòng)隔熱措施。最終經(jīng)過評(píng)審選用轉(zhuǎn)向機(jī)被動(dòng)隔熱方案阻隔熱輻射，隔熱方案見圖2。

通過組織底盤、工藝、質(zhì)量、CAE、供應(yīng)商對(duì)隔熱罩方案討論分析，最終確定方案可有效解決熱輻射問題，方案評(píng)估結(jié)果見表2。

3.2 轉(zhuǎn)向機(jī)熱害風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)化

考慮到不同供應(yīng)商技術(shù)能力的差別，以及溫度對(duì)轉(zhuǎn)向電機(jī)壽命的影響。決定對(duì)隔熱后的轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)一步優(yōu)化。CFD仿真建模后確定轉(zhuǎn)向電機(jī)周邊風(fēng)速低，熱量散發(fā)緩慢。在綜合考慮風(fēng)阻的前提下，優(yōu)化導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)，引入導(dǎo)流板下部高速低溫空氣對(duì)轉(zhuǎn)向電機(jī)降溫，導(dǎo)流方案見圖3。

仿真分析結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)向電機(jī)周邊流場改善明顯，溫度明顯降。優(yōu)化導(dǎo)流板后，轉(zhuǎn)向電機(jī)周邊流線圖見圖4。

3.3 轉(zhuǎn)向電機(jī)熱害問題探討

在項(xiàng)目開發(fā)過程中經(jīng)過隔熱方案和導(dǎo)風(fēng)優(yōu)化方案分析，最終轉(zhuǎn)向電機(jī)最高溫度降低到105℃。轉(zhuǎn)向電機(jī)優(yōu)化結(jié)果對(duì)比見表3。目前國內(nèi)主流供應(yīng)商的技術(shù)能力，均可以很輕松地做到轉(zhuǎn)向電機(jī)長時(shí)間在120℃的環(huán)境溫度下長時(shí)間工作。因此，該車型的轉(zhuǎn)向機(jī)熱害風(fēng)險(xiǎn)已基本規(guī)避。

在解決轉(zhuǎn)向機(jī)的熱輻射問題時(shí)，選取增加隔熱罩方案是直接阻隔熱輻射。轉(zhuǎn)向電機(jī)受到的熱輻射消失后，溫度自然降低。但是隔熱罩并不完全隔絕熱輻射，隔熱罩本身在溫度上升后，也存在較小的熱輻射，并且轉(zhuǎn)向電機(jī)周邊流場可能因?yàn)楦魺嵴值淖钃醵儾睿瑢?dǎo)致轉(zhuǎn)向電機(jī)溫度改善有限。再考慮到轉(zhuǎn)向電機(jī)本身工作時(shí)線圈的自發(fā)熱量集聚，對(duì)技術(shù)能力一般的轉(zhuǎn)向電機(jī)供應(yīng)商而言，單單采用隔熱罩方案仍存在一定的熱害風(fēng)險(xiǎn)。考慮到車型整個(gè)生命周期成本壓力及后續(xù)二級(jí)供應(yīng)商技術(shù)水平的不確定性，確定通過優(yōu)化流場帶走更多熱量的方式對(duì)轉(zhuǎn)向電機(jī)溫度進(jìn)一步優(yōu)化，最終達(dá)到的效果也是很理想的。

4 結(jié)語

在熱管理性能開發(fā)過程中，解決轉(zhuǎn)向電機(jī)熱害問題，不能單單從現(xiàn)有狀態(tài)和供應(yīng)商技術(shù)能力角度出發(fā)消除風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該綜合考慮車型的生命周期以及后續(xù)開發(fā)、降本等非技術(shù)因素的影響，最終評(píng)估轉(zhuǎn)向電機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行優(yōu)化，確保規(guī)避轉(zhuǎn)向電機(jī)的熱害風(fēng)險(xiǎn)，從而保證車型全生命周期的穩(wěn)定、可靠。