新能源電驅系統(tǒng)標準開發(fā)與測試評價研究

2024-01-17 15:24:30韋國念姜蘊珈熊學波

中國標準化 2023年22期

韋國念姜蘊珈熊學波

摘要：本文研究了新能源汽車驅動系統(tǒng)標準開發(fā)與測試評價，基于電驅系統(tǒng)總成、各關鍵系統(tǒng)及部件測試驗證需求，明確適用于新能源汽車用電驅系統(tǒng)標準開發(fā)方向，并為電驅系統(tǒng)標準體系建設提供框架，以保證電驅系統(tǒng)在產品開發(fā)過程中滿足電驅系統(tǒng)測試驗證需求，同時對電驅系統(tǒng)標準開發(fā)和測試項目予以解讀，并提出了對電驅系統(tǒng)標準測試評價的思考。

關鍵詞：電驅系統(tǒng)標準，測試評價，集成測試

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.22.010

0 引言

隨著新能源汽車電驅集成化設計不斷發(fā)展，電驅系統(tǒng)技術發(fā)展迅速，呈現(xiàn)出變速化、高壓化以及高集成化的趨勢，對電動系統(tǒng)、高壓電控及關鍵部件、電機及關鍵零部件提出了高標準要求，尤其在動力性、經(jīng)濟性、可靠性、安全性等方面，電驅系統(tǒng)標準開發(fā)成為新能源汽車標準體系的主要研究方向之一。

汽車電驅動系統(tǒng)的集成測試試驗也成為了新能源汽車研發(fā)過程中必不可少的一環(huán)。在我國新能源電動車標準體系中，電驅系統(tǒng)相關標準主要以其分系統(tǒng)或部件為測試驗證對象，隨著電驅系統(tǒng)集成度不斷加深，推動了行業(yè)發(fā)展趨勢，對于高集成電驅產品的測試標準目前仍不能滿足需求，因此有必要加強對電驅系統(tǒng)測試標準的探討。

1 電驅系統(tǒng)測試項目

電驅系統(tǒng)測試過程較為復雜，但可以確保電驅系統(tǒng)的安全性、可靠性和性能，為用戶提供更好的用車體驗[1]。以電機、電機控制器和減速裝置高度集成的“三合一”系統(tǒng)為代表的“多合一”系統(tǒng)的強制性標準測試項目有20多項，主要分類為一般性、輸入輸出特性、安全性、環(huán)境性、可靠耐久性等項目[2～3]，對整車企業(yè)和電驅系統(tǒng)企業(yè)的技術開發(fā)、產品配套有很大的指導作用，并為電驅系統(tǒng)產品測試和認證提供依據(jù)。

目前電驅系統(tǒng)測試項目主要由驅動電機系統(tǒng)測試標準和減速器測試標準整合而來，未形成電驅系統(tǒng)完整的標準體系。電驅系統(tǒng)測試項目，如表1所示。

2 電驅系統(tǒng)標準開發(fā)

電驅動系統(tǒng)標準體系是電動汽車標準體系的重要組成部分，基于新能源發(fā)展戰(zhàn)略和技術發(fā)展趨勢研究，全國汽車標準化技術委員會在2017年7月正式發(fā)布了《中國電動汽車標準化工作路線圖》，梳理出中國電動汽車標準體系框架和核心部件標準[4]。對電驅系統(tǒng)標準體系起到引導作用，解決電驅系統(tǒng)標準體系建設中重要的問題，并推進各關鍵部件核心標準制、修訂；規(guī)劃層次分明、構成合理、相互支持、各有側重國家標準、行業(yè)標準協(xié)調統(tǒng)一的標準體系。

電驅系統(tǒng)產品主要測試項目有基本性能、功能測試、溫升、NVH、環(huán)境適應性、可靠性、電磁兼容、安全性、經(jīng)濟性等項目。電驅系統(tǒng)標準開發(fā)圍繞著電驅系統(tǒng)產品與測試項目進行開展，支撐著電驅系統(tǒng)產品研發(fā)工作。電驅系統(tǒng)標準開發(fā)關系圖如圖1所示。

電驅系統(tǒng)各層級主要測試標準項目：

（1）電驅總成主要測試項目：功能驗證、性能驗證、功能安全、電氣、機械安全、氣候、機械負荷、化學負荷、總成高速、花鍵沖擊、轉矩沖擊/PTCE耐久、減速器動態(tài)密封、振動、噪聲、工況/最高效率。

（2）高壓電控及關鍵部件主要測試項目：控制精度響應時間、輸入輸出特性效率MAP、功能安全、電氣安全、氣候、機械負荷、化學負荷、總成高速、花鍵沖擊、轉矩沖擊/PTCE耐久、IGBT模、HTRB、HTGB耐久、振動、噪聲、工況/最高效率。

（3）電機及關鍵部件主要測試項目：性能要求、輸入輸出特性效率MAP、超速機械安全、電氣安全、氣候、機械負荷、化學負荷、工況可靠性、定子耐久、轉子超速及爆裂、振動、噪聲、工況/最高效率。

（4）減速器總成主要測試項目：性能要求、輸入輸出特性效率MAP、超速機械安全、化學負荷、電機工況可靠性、花鍵沖擊、轉矩沖擊、振動、噪聲NVH、工況/最高效率。

3 電驅系統(tǒng)測試評價

3.1 電驅系統(tǒng)總成搭載整車驗證

電驅系統(tǒng)測試貫穿整車和總成開發(fā)的整個流程，以需求定位為基礎設定目標和分解目標來指導整車級、系統(tǒng)級和部件級開發(fā)測試[5]。電驅系統(tǒng)在原型樣件階段以功能和性能開發(fā)測試為主，在手工樣件階段增加NVH、EMC、環(huán)境適應性測試，在小批量樣件階段以可靠性、耐久性驗證為主。

根據(jù)整車開發(fā)測試驗證需求，電驅系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)歷功能驗證、設計驗證、生產驗證三個階段測試驗證，分別進行零部件、動力系統(tǒng)和動力總成的整車搭載驗證，如圖2所示。

3.2 電驅系統(tǒng)集成測試

電驅系統(tǒng)集成測試是指將電機、減速器、關鍵部件系統(tǒng)各個部分進行整合、測試和驗證的過程。最初的電驅系統(tǒng)集成度差，其驅動電機、電機控制器及減速器等部件均單獨布置，之間依靠線束等連接件進行連接，從而導致當時的電驅系統(tǒng)十分復雜。時至今日，在技術發(fā)展和成本壓力下，電驅系統(tǒng)已經(jīng)從最初的電機電控減速器的三合一向多合一發(fā)展。電驅系統(tǒng)的測試評價標準當前明顯滯后于產品技術的迭代速度，仍停留于初期分體測試階段，例如：驅動電機系統(tǒng)的性能和耐久的測試主要參考GB/T18488.2-2015和GB/T 29307-2023等，減速器的測試主要參考QC/T 1022-2015等。各主機廠或零部件廠或多或少都在依據(jù)內部企標對多合一的電驅系統(tǒng)進行測試，國內、外行業(yè)當前缺乏達成廣泛共識的針對多合一電驅動總成耐久類各項測試評價方法。

整個測試過程主要驗證各個分系統(tǒng)是否滿足設計要求，發(fā)現(xiàn)和解決系統(tǒng)集成中可能存在的問題和缺陷[6]。電驅系統(tǒng)中電機、電機控制器、電池組、傳動系統(tǒng)等多個部分，每個部分都需要進行單獨的測試和驗證，同時也需要進行整體的集成測試。集成測試是整個測試過程中最為關鍵的環(huán)節(jié)，它可以驗證系統(tǒng)的互操作性、穩(wěn)定性、安全性等方面的性能，同時也是發(fā)現(xiàn)問題和缺陷的關鍵環(huán)節(jié)。在進行測試時，需要測試工程師設計合理的測試方案、精確測量和記錄數(shù)據(jù)以及及時發(fā)現(xiàn)和解決問題；同時還需要在實驗室測試和道路測試之間進行平衡。只有經(jīng)過充分的測試和驗證，才能確保汽車電驅動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。集成測試主要作用如下：

（1）驗證系統(tǒng)的功能性。通過集成測試可以驗證系統(tǒng)的各項功能是否符合設計要求。

（2）發(fā)現(xiàn)問題和缺陷。集成測試可以模擬實際運行環(huán)境，發(fā)現(xiàn)可能存在的問題和缺陷，及時進行修復和改進確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（3）確保系統(tǒng)的安全性。集成測試可以驗證系統(tǒng)在不同工況下的安全性能，確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，保證車輛運行的安全。

4 電驅系統(tǒng)標準測試評價的思考

電驅行業(yè)下游為一級供應商與整車廠，正朝著高效率、高集成、輕量化、智能化、低成本的方向發(fā)展，促進了電驅系統(tǒng)“深度系統(tǒng)集成”演進。電驅集成化、輕量化優(yōu)勢明顯，加快推動了電驅系統(tǒng)相關零部件集成化發(fā)展，也有力推動了上游產業(yè)原材料高精度、高可靠性、高壽命、高強度的方向發(fā)展。以產業(yè)供應鏈全局觀出發(fā)，建設電驅系統(tǒng)測試評價體系，提升全產業(yè)鏈核心競爭力，帶動整個電驅產業(yè)供應商協(xié)同發(fā)展。

標準測試評價建設應從部件、總成到整車有層次、強關聯(lián)的測試評價體系，并加快制定電驅總成臺架與整車性能測試評價標準。

（1）目前有較完善的零部件系統(tǒng)測試平臺和整車測試平臺，缺乏專用的電驅動總成系統(tǒng)測試平臺，尤其針對深度集成的多合一電驅動總成的測試平臺。

（2）總成系統(tǒng)測試目前主要依據(jù)零部件測試工況，總成測試工況缺失；零部件動態(tài)性能測試較少。

（3）完善適應電驅動總成技術發(fā)展方向的測試設備。

5 結語

本文核心在于多合一電驅系統(tǒng)標準與測試評價的研究，首先，測試方法在邏輯上應閉環(huán)；其次，保證測試驗證項目全面，不重復，以節(jié)省項目開發(fā)周期和成本；最后，需要量化試驗考核指標，給出可以直接指導試驗驗證工作的判定依據(jù)。

標準開發(fā)能力是企業(yè)核心競爭力，建設電驅系統(tǒng)測試評價體系極其重要。

參考文獻

[1]曹冬冬，胡建，徐梟.電動汽車電驅動系統(tǒng)標準體系研究[J].中國汽車，2019（4）：50-54.

[2]全國汽車標準化委員會.電動汽車用驅動電機系統(tǒng) 第1部分：技術條件：GB/T 18488.1-2015[S].

[3]全國汽車標準化委員會.電動汽車用驅動電機系統(tǒng) 第2部分：試驗方法：GB/T 18488.2-2015[S].

[4]全國汽車標準化委員會.中國電動汽車標準化工作路線圖（第三版）[M].北京：中國標準出版社，2023.