三合一電驅系統(tǒng)概述與可靠性試驗技術要求的選擇與應用

隨著汽車電氣化的不斷發(fā)展，零部件的集成化設計趨勢亦不斷推進，三合一驅動總成方案成為各廠家競爭的熱土。相對早期電驅方案，三合一電驅系統(tǒng)具備以下優(yōu)勢：結構緊湊、體積變小，利于布置；質量輕，低行駛能耗；三相直連，可靠又經濟；重心下降，利于整車操控；高速傳動，帶來較高扭矩容量和總成效率提升；可擴展的模塊化設計，大大縮短產品開發(fā)周期，降低開發(fā)成本效益。

1 三合一電驅系統(tǒng)概

圖1 三合一電驅系統(tǒng)結構

2、三合一電驅系統(tǒng)可靠性研究的依據

汽車產品可靠性是指在一定時間內、一定條件下，無故障地執(zhí)行指定功能的能力或可能性。對于機械結構，其失效約90%來源于疲勞。可靠性可定義為：如果結構發(fā)生了不可修復性故障，其可靠性可等同于耐久性；若故障可修復，其可靠性就是產品大修期、報廢期或者退役期對應的耐久性。

3、三合一電驅系統(tǒng)對可靠性試驗技術要求的選擇與應用

3.1 電子/電氣元件機械負荷可靠性試驗方法選擇

在三合一電驅總成系統(tǒng)中對電子/電氣元件機械負荷可靠性考核將使用ISO 19453-3-2018標準，主要有以下幾點原因：

三合一電驅系統(tǒng)的電子/電氣部件機械負荷可靠性技術要求：

3.2 電機、減速器機械可靠性試驗方法的應用

3.2.1 電動汽車用驅動電機系統(tǒng)可靠性試驗方法介紹與分析

借鑒汽車發(fā)動機可靠性測試規(guī)范，采用定轉速、變化轉矩的工作模式且選用3個不同電壓平臺，對新能源驅動電機的可靠性進行考核，同時試驗對于不同車型的電機測試時間有所不同。圖2所示的是單個循環(huán)的試驗工況，其中nN為被試電機額定轉速，ns為試驗過程中被試電機轉速設定值（r/min），當電壓為額定電壓或者最高電壓時，ns=1.1×nN；而電壓為最低電壓時，ns =最低電壓/最高電壓×nN；Tpp為被試驅動電機系統(tǒng)在峰值功率的額定扭矩（N·m），當電壓為最高電壓時， Tpp=峰值功率/ns；當電壓為最低電壓時，Tpp=峰值功率/nN；TN為被試驅動電機系統(tǒng)的額定扭矩（N·m）；t為時間。

圖2 電動汽車驅動電機系統(tǒng)可靠性測試循環(huán)示意圖

試驗加載循環(huán)過程如表1所示，總測試時間為402 h，結合電動汽車自身供電單元特性，電機及控制系統(tǒng)電壓采用浮動電壓，先在額定電壓下運行320 h，在最大電壓和最低電壓下各運行40 h，最后在額定工作電壓、額定功率下運行2 h。

表1 電動汽車驅動電機系統(tǒng)可靠性測試循環(huán)參數表

該測試方法是國內電機廠商的主流試驗方法，但應用于電驅系統(tǒng)時卻具有一定的局限性：

3.2.2 三合一電驅系統(tǒng)可靠性試驗方法應用基于第3.2.1節(jié)中對可靠性試驗方法的分析，該部分主要針對上述局限性展開，制定三合一電驅總成試驗規(guī)范。

（1）電機可靠性循環(huán)周期確認

圖3 電驅系統(tǒng)總成累計損傷折算方法獲得載荷譜流程圖

（2）溫度在可靠性工況制定溫度是影響產品可靠性的重要因素，可以使電氣元件和橡膠件加速老化、衰減、退磁、泄漏等，也可以使齒輪、軸承等零件加速膠合、點蝕、漏脂，因此在試驗過程中需要依據電機的散熱能力，確保試驗循環(huán)中零件的最高溫度點低于磁鋼許可溫度上限，增加循環(huán)水溫考核，使覆蓋整個可靠性循環(huán)工況。

（3）性能衰減評價標準定義性能衰減評價標準定義：5%-10%。

（4）轉速三合一電驅系統(tǒng)配備了高轉速電機，齒面相對滑動需要減小；較高轉速下，動態(tài)響應增大，增加了齒輪箱的載荷，需要在可靠性試驗中驗證；軸承和油封尺寸一樣，線速度增大，發(fā)熱量增大，失效風險增大，需要在持續(xù)高速工況下考核，高轉速下，齒輪發(fā)生膠合的風險增大，需要在可靠性試驗中驗證。

3.2.3 衍生可靠性循環(huán)工況

圖4 基于原可靠性循環(huán)工況衍生的循環(huán)工況

4 結論

（1）針對電子/電氣元件機械負荷，比較標準時效性和標準使用對象，選定了適用于三合一系統(tǒng)的考核指標；

（2）針對電機、減速器機械可靠性試驗，分析了現(xiàn)行標準的局限性，就此展開研究。定義了試驗溫度要求和性能衰減評判指標，結合項目應用狀況，衍生出適應于該項目的可靠性循環(huán)工況，使三合一電驅系統(tǒng)的驗證更為合理和完善。
編輯：lyn