电动汽车用驱动电机系统可靠性试验方法研究.pdf

随着2 0 2 2 年国家新三包法的出台，对汽车的可靠性要求越来越高，驱动电机系统是电动汽车的核心动力组成部分，它的可靠性研究就显得尤为重要。本文研究的驱动电机系统可靠性测试方法覆盖了在不同电压条件下转速性能及转矩负荷的骤变，测试条件比国家标准要求更苛刻，不仅能提高零部件的可靠性，还可以提高效率，缩短驱动电机的开发周期。【关键词】驱动电机；试验方法；可靠性；效率中图分类号：U469.72文献标志码：A文章编号：10 0 3-8 6 39（2 0 2 3)0 8-0 0 0 8-0 3Research on Reliability Test Method of Driving Motor System for Electric VehicleSU Xiu-yan,LI Li,HAN Yan,HUANG Jian-zhong,LUO Mei,HU Hui-jing(SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd.,Guangxi Laboratory of New Energy Automobile,Guangxi Key Laboratory of Automobile Four New Features,Liuzhou 545007,China)【A b s t r a c t】W i t h t h e s t e p p i n g d o w n o f t h e n a t i o n a l n e w T h r e e G u a r a n t e e s L a w i n 2 0 2 2,t h e r e l i a b i l i t yrequirements of automobiles are increasingly high.The driving motor system is the core power component of electricvehicles,and its reliability research is particularly important.The reliability test method of driving motor systemstudied in this paper covers the sudden change of speed and torque under different voltage conditions,and the testconditions are more demanding,which can not only improve the reliability of parts,but also shorten the developmentcycle of driving motor.Key words driving motor;test method;reliability;efficiency作者简介1引言随着社会经济的发展，新能源汽车的核心三电技术不断突破，加上政府购置税减免政策的加持，民众对新能源汽车的接受程度普遍提高。2 0 2 1年国务院政府工作报告中指出，扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定2 0 30 年前碳排放达峰行动方案，进一步推动了新能源汽车市场的发展。驱动电机系统作为新能源汽车动力系统的核心，其性能参数、控制精度和可靠性直接影响整车的动力性、经济性和舒适性。本文以某车型平台的驱动电机系统为测试对象，搭载电机系统试验台架输人负载，通过模拟实际行车过程中驱动电机转速性能、转矩负荷的多次循环骤变，展开其加速寿命的可靠性试验研究。2国家标准测试方法简介随着车用驱动电机系统产品研发和生产不断投人，需要有相应的标准进行引导，规范企业的生产行为，促进经收稿日期：2 0 2 2-12-0 9济效益和社会效益的统一，以下为国家2 0 12 年发布的推荐苏秀雁（19 9 6 一），男，初级工程师，研究方向为新性标准GB/T293072012电动汽车用驱动电机系统可靠能源汽车。性试验方法中的测试方法简介。2.1测试条件驱动电机系统主要由驱动电机以及电机控制器两部分构成，被测驱动电机与电机控制器之间通过三相交流电相连2。驱动电机系统在试验台架安装完成后，按以下4个方案依次对其进行循环测试。1）被测驱动电机系统通人额定工作电压，将试验转速设为ns，保持为1.1倍的额定转速nN，即n.=1.lnn，此负荷下循环32 0 h。2）被测驱动电机系统通人最高工作电压，将试验转速设为n.=1.1nn，此负荷下循环40 h。3）被测驱动电机系统通入最低工作电压3，试验转速设最低工作电压为n=xnN，此负荷下循环40 h。额定工作电压4）被测驱动电机系统工作于额定工作电压、最高工作转速和额定功率状态，持续运行2 h。在单个循环中，当转速设为n,时，驱动电机系统的转矩参数设置如图1所示，需经历从额定转矩一峰值转矩一额定回馈转矩一额定转矩的变化，每个阶段运行时间见表1。T为持续转矩，单位Nm（N续转）。Tp为峰值转矩，当Newenergy/新能源9汽车电器2 0 2 3年第8 期转矩转速ns0TN0-T图1电动汽车用驱动电机系统可靠性测试循环示意图表1电动汽车用驱动电机系统可靠性测试循环参数表序号负载转矩/Nm1持续转矩T(t)2TN过渡到 Tm(t)3峰值转矩Tm(ts)4Tp过渡到-Tn(t4)5Tp过渡到-Tn(ts)6-TN过渡到 Tn(ta)单个循环时间被测驱动电机系统处于额定工作电压或者最高工作电压运峰值功率行状态时，Tp=：被测驱动电机系统处于最低工n峰值功率作电压运行状态时，Tp=nN3.1转速升降循环介绍转速升降循环测试的转速、转矩及运行时间参数设定按照图2 和表2 进行，输入电压设定为额定工作电压，在一个循峰值转矩环周期内，驱动电机的转速将从0 升至峰值转速，持续约1s额定转矩后，再从峰值转速降至0。单个循环的运行时间因电机差异会有所不同，一般在30 s左右，试验总循环次数根据设计寿命按时间照表3进行。试验时，允许转速变化引起的试验转矩波动。额定回馈/min转矩tt运行时间/min纯电动纯电动商用车乘用车23.5220.50.510.51135113030O转速转箱nmax混合动0tt2t3力汽车t6.50.50.50.56.50.515时间T0nm一峰值转速一单次循环总时间Ts一试验转矩图2 转速升降循环表2 转速升降循环试验工况参数表（单次循环）序号试验转速10过渡到nmx2最高工作转速nm3nm过渡到040时间负载转矩运行时间t21s试验转矩Tst:1s2.2测试要求先根据表1驱动电机系统所应用的车辆类型选择单个循环的测试时间，再根据上述规定的4种工况及图1输人不同的工作电压及转速、转矩参数进行循环测试，单台总计运行时间为40 2 h。为避免偶然性并进一步提升数据的有效性，一般驱动电机的可靠性试验使用2 台电机按2.1章节进行完整测试，则台架测试的总时长为8 0 4h。该测试方法规定了对驱动电机系统最基础的可靠性要求，但缺少对驱动电机转速性能的考核，且单个测试循环时间长达30 min，与驱动电机系统实际的运行场景不符，并且从测试结果来看往往不能有效地测出驱动电机系统的可靠性。3驱动电机系统的可靠性测试方法研究用户在实际行车过程中，驱动电机的转速性能及转矩负荷时刻都在变化，故上述的测试方法具有一定的局限性，与用户的实际使用场景相差甚远。以下研究的驱动电机系统可靠性测试方法中，包括转速升降循环和转矩负荷循环2个部分，其中转矩负荷循环测试4种不同的工作电压，并且每一个循环周期由30 min改为约30 s，对驱动电机系统的考核更加苟刻，有助于提升产品的可靠性。3.2转矩负荷循环介绍转矩负荷循环测试的转速、转矩及运行时A（10 0 万公里以上等级）间设定应按照图3和表4B(60万公里等级)进行，在一个循环周期C(30万公里等级）内：第一阶段时，转速转速转n0TTN0TFn一额定转速T一峰值转矩续转矩t一单次循环总时间图3转矩负荷循环表3转速升降循环次数等级总循环次数1200006000030000时间时间t4tT一持续转矩T一馈电状态下的持新能源/Newenergy10AutoelectricpartsNo.08,2023先从0 升至额定转速，在此期间转矩从0 升至峰值转矩，持续1s后降至持续转矩；第二阶段时，转速维持在额定转速，转矩在持续转矩维持一段时间后降至0；第三阶段时，电机的转速从额定转速降至0，转矩由0 降至馈电状态下的持续转矩，持续3s后升至0。整个循环运行的时间为30 s，并且转矩负荷循环需要在额定电压、满功率最低工作电压及满功率最高工作电压下进行台架测试，试验总循环次数及其所包含的各电压下的试验循环次数根据设计寿命按照表5进行。表4转矩负荷循环试验工况参数表（单次循环）序号试验转速10过渡到n20过渡到T,3456789等级A(100万公里以上等级）B(60万公里等级）C(30万公里等级)当被测驱动电机系统工作于最低工作电压时，允许T,降至此条件下可输出的最大转矩；当被测驱动电机系统工作于最低工作电压时，允许T降至此条件下可输出的持续转矩，T,同理。4驱动电机系统的实际测试基于本文章节3的可靠性测试方法研究，本次试验采用对拖电机系统试验台架，以某整车项目的水冷式驱动电机系统为被测试对象及陪测对象4进行测试，测试电压设定为额定电压350 V、最低工作电压32 0 V及最高工作电压42 0 V，其循环次数按照等级C（30 万公里）执行。4.1转速升降循环测试将某整车项目的驱动电机系统按要求接入测试台架，试验前先对驱动电机进行安全功能检查及性能初测，性能指标合格后进行转速升降循环测试。将试验转矩设置为Ts=25Nm项目，试验转速由0 过渡到最高工作转速12 0 0 0 r/min，再次运行1s，然后由最高工作转速12 0 0 0 r/min降至0，再次运行1s，即一个循环结束。循环次数按等级C（30 万公里等级）进行测试，总循环次数为30 0 0 0 次，试验运行过程数据如图4所示。140001200010000800060004000200001591317212529333741.4549535761 65负载转矩运行时间0过渡到nti=3s峰值转矩T,t2=1sT,过渡到TNts=2s持续转矩Tt4额定转速nT过渡到00过渡到Tn.过渡到0馈电持续转矩TT:过渡到000表5转矩负荷循环次数满功率最高 满功率最低额定电压总循环工作电压工作电压循环次数循环次数循环次数次数16000020000800001000040000500060电机转矩电机转速图4转速升降循环运行图在试验过程中，驱动电机系统无任何故障。按照等级C（30 万公里等级）进行3万次循环测试后，驱动电机系统能在额定电压32 0 V、持续转矩10 0 Nm、额定转速48 0 0 r/min的工况正常运行15min，实际功率值与理论功率值最大偏差ts=1.5s值为1.8 3%，反电动势最大衰减为0.59%，转速-转矩特性曲te=1.5s线几乎无变化，9 0 0 0 r/min以上性能对比试验前略有下降，ti=3s如图5所示。将驱动电机进行拆解后，其轴承、油封、螺栓、1s=2s密封圈等零件无异常老化或损坏现象。to=16-t4-10-50-905-130N-170200002000001000001000050005040302010012011080M/60-250-290-33050000-3704.2转矩负荷循环测试将试验样件按要求接入测试台架，试验前先对其进行安全功能检查及转速-转矩特性曲线、功率、反电动势等性能测试。试验方法根据章节3.2 进行，其中驱动电机的额定转速设置为48 0 0 r/min，峰值转矩为2 40 Nm，额定转矩为100Nm，馈电状态下的持续转矩为-10 0 Nm。转矩负荷运行过程如图6 所示。600050004000300020001000015913172125293337414549535761图6转矩负荷运行过程(下转第13页）初试转速扭矩特性/Nm复试转速扭矩特性/Nm初试转速功率特性Pm/Nm复试转速功率特性Pm/Nm000转速/(r/mim)图5试验后的转速-转矩特性曲线电机转矩电机转速20300250200150100500-50-100-15013Newenergy/新能源汽车电器2 0 2 3年第8 期创建测试对象文件，主要用来存储测试的目标对象车辆VIN，通常为表格形式，文件存储路径可自定义，测试脚本读取的对象文件路径支持可配置的，一般可将测试对象文件与脚本文件存放在同一根目录下；然后在脚本文件中设置循环结束次数，视为测试结束标志；最后脚本可拉取OTA后台升级任务测试结果，自动化出具测试报告。上述提到的自动化测试工具，基于python和Selenium自动化工具，调用浏览器发起网页访问请求，进人OTA后台，模拟OTA任务部署。以下介绍自动化脚本工具的环境配置步骤。1）安装python开发环境和Selenium工具。2）在安装完毕python环境的基础上，安装WebDriver浏览器驱动，一般如使用chrome，则需要选择chromedriver。3）环境搭建完毕后，创建python脚本文件，通过代码实现，利用WebDriver定位元素特性，自动化点击Web页面元素，模拟手动人工部署OTA任务。4）配置python脚本文件，自定义测试属性、配置变量，包含升级的ECU类型、目标版本，以及应回退的基础版本、升级条件及相应的条件阈值。具体流程如下：从Selenium包导人WebDriver使用SeleniumWebDriver的方法；选用一个WebDriver驱动实例，如chromedriver，使用Selenium包提供的接口去调用Selenium命令来跟浏览器交互；使用driver.get()访问具体的OTA后台；driver.implicitly_wait(）可配置的设置超时时间；一般SeleniumWebDriver提供多种方法来定位和操作Web后台元素，代码据此点击Web元素模拟手动部署OTA任务；通过send_keys（)方法自动化模拟手动(上接第10 页）在试验过程中，驱动电机系统无任何故障。按照等级C（30 万公里等级）额定电压循环次数40 0 0 0 次、满功率最高工作电压及满功率最低电压循环次数各为50 0 0 次测试后，驱动电机系统能在额定电压32 0 V、持续转矩10 0 Nm、额定转速48 0 0 r/min的工况下稳定运行15min，实际功率值与理论功率值最大偏差值为2.8%，反电动势最大衰减为0.39%，转速-转矩特性曲线几乎无变化，如图7 所示。将驱动电机进行拆解后，其轴承、油封、螺栓、密封圈等零件无异常老化或损坏现象。-10-50-90130之-17 0第-2 10-250-290-330-3705结论汽车行业作为万亿级别的市场，无论在过去或是将来都是重要的经济支柱，新能源汽车已逐渐替代传统的燃油车市场，整个汽车行业大步跨人新能源汽车时代已是不可输人相关内容；通过driver.quit(）关闭浏览器，结束本次自动化测试流程。5）利用代码搭建自动化脚本测试工具，在步骤4）过程中，根据实际OTA后台以及OTA流程的现状，通过代码优化，来实现多ECU节点、多条件以及多车辆的自动化OTA测试工具。5总结整车OTA功能是实现智能网联汽车快速迭代升级的前提条件，是电动汽车未来发展的必然趋势。本文分析电动汽车OTA系统架构的组成和基本的升级流程，提出一种自动化测试方法，并对自动化脚本环境搭建和执行流程进行描述。完整的测试流程，目的是验证整车升级过的可行性、安全性和可靠性。期望能对相关测试人员具有一定的指导意义。参考文献：1 庞宇达，黎飞，黄祖朋，等电动汽车FOTA技术原理与测试方法研究 J时代汽车，2 0 2 1（6)：8 3-8 4.2 姜楠，姜姗姗，韩小鹏.汽车在线升级系统（OTA）开发浅析.时代汽车，2 0 2 1(2 1)：11-12.3 李志涛.FOTA功能测试的研究与分析 汽车电器，2020(7):21-24.4刘佳熙，丁锋.面向未来汽车电子电气架构的域控制器平台 .中国集成电路，2 0 19，2 8(9)：8 2-8 7.(编辑凌波)阻挡的趋势。文中提出的驱动电机系统可靠性测试方法提高了适用性，与用户的实际使用场景相比更贴近，甚至更为苛刻。首先，从测试时间来看，同样2 台驱动电机系统的测试时间由8 0 4h缩短为7 10 h，测试效率提高11.7%，缩短了零部件及整车的开发验证时间，有益于新车型提前上市抢占市场。其次，从测试效果来看，驱动电机系统转速及转矩的单个循环时间为30 s，相比原测试方法的单个循环速度提高6 0倍，该工况会比大部分用户的实际使用场景更加恶劣，这对驱动电机系统的设计要求进一步提高，有利于其市场的良性发展。最后，从本次测试结果来看，驱动电机系统的效120率衰减在1.2%3%，反电动势的衰减为0.3%0.6%，从转110速-转矩特性曲线来看，转速升降循环试验后期转速性能在高速运行阶段略有下降，转矩负荷循环试验前后基本无变80化，所以文中研究的试验方法实现了对驱动电机系统可靠MY/率虹6040初试转速扭矩特性/Nm复试转速扭矩特性/Nm初试转速功率特性Pm/Nm复试转速功率特性Pm/Nm5006001000转速/(r/min)图7 试验后的转速-转矩特性曲线性考核的目的，并且起到了加速试验的效果。参考文献：201 2 3 4 刘永亮.基于我国新能源汽车产业发展战略研究 .时代汽车，2 0 2 2(2 0)：8 5-8 7.付翔，王红雷，黄斌，等。电动汽车驱动系统测试台架设计 J.武汉理工大学学报，2 0 15（5)：57 1-57 5.GB/T18488.12015，电动汽车用驱动电机系统第1部分：技术条件 S.骨良，宋立伟，李子健，等.节能型能量回馈式电动车用电机对拖试验系统 电工技术时报，2 0 0 7，2 2(8):161-165.(编辑杨凯麟)