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黄炘:电机系统振动测试的方法研究与介绍

文章作者:国际动态 上传时间:2020-02-03

  2015年5月15日-16日,由中国汽车技术研究中心主办,中汽中心汽车试验研究所、汽车技术情报研究所、常州新能源汽车研究院等合作承办的“2015国际电动汽车及关键部件测评研讨会”在江苏常州召开。

  本次研讨会以“从产品示范到商业应用”为主题,以纯电驱动和充电系统测试评价为研究对象,重点围绕“整车开发与测试评价”、“关键部件开发与测试评价”、“电池系统集成与测试评价”、“充电系统测试评价”四个技术领域进行深入解析,为电动汽车整车及关键零部件步入市场规模化应用,以及充电基础设施创新升级提供技术指导和借鉴建议。

  在本次研讨会上,中国汽车技术研究中心汽车试验研究所新能源室主管工程师黄炘发表题为“电动汽车电机系统振动测评方法研究”的主题演讲。黄炘分享了中汽中心新能源实验室在电机系统振动测试方法上面的研究工作,并介绍了新18488标准跟旧标准中差别比较大的项目。

  黄炘指出,增加的要求对产品的结构和材料要求方面都有提高,对电机车辆稳定性可靠性都有关注,技术要求引进了常见的汽车电气振动标准,但电动汽车和传统车的电动单元不同,从实车的角度考虑,对关键部件的振动要求可能不同。

  “新能源实验室后续可能对电动车关键零部件的修订有很大关注,还有一些关键部件方面会有很多关注。”黄炘介绍,新能源实验室除了做认证方面的测试工作以外,还会配合企业进行验证、开发方面的测试包括一些配合工况的可靠性的测试或者性能方面的测试。

  我来自中汽中心新能源实验室,我主要目前电机这方面的测试还有参与相关标准方面的工作。今天跟大家分享是我们在电机系统振动测试方法上面的研究工作,由于今年在2月份的时候我们新的18488标准已经正式发布了,所以我在前面也稍微介绍一下新的标准跟旧的标准里面差别比较大的项目。

  新的标准里面2015、18488的标准跟旧的相比差别最大的是4个方面:一是性能台架测试、电气安全、耐久实验和振动实验方面有比较大的变化。在对性能台架方面主要是扭矩转速特性的要求,以前没有很明确说明我们在做认证需要测哪些数据,通常是测外特性的曲线,现在要求我们必须做效率的云图看效率的分布情况。

  第二是高温工作的要求,环境方面的要求增加了在高温环境下的带载测试,需要电机在高温环境中进行性能测试,所以针对这个情况我们实验室也增加了一个对应的温度仓,这样可以满足新的标准测试要求。

  第三是电器安全方面也提高这方面的要求,针对耐电压的实验要求有提高,另外对控制器的绝缘电阻对温度传感器方面也做了要求,还有支撑电容放电的时间要求。

  增加耐久性的要求原来也有但是没有具体标准对应,在新的标准里面明确引用29307、2012可靠性实验的要求,有402个小时的功放循环,可靠性我们之前也做了很多验证工作。

  以上是我们今天主要讲差异比较大的,关于振动实验的要求,原来在2006版的时候我们引用的是QCT413是汽车实验器的实验方法,主要用到里面其他部位的要求,在新的标准里面我们增加随机振动的要求,也就是针对扫频振动和电机振动,扫频振动可能是自身的影响,但是电机影响可能是路面对它的影响。

  从数据上看强度要求增加了很多,所以从新标准里面看,它增加的要求对产品的结构和材料要求方面都有提高,对电机车辆稳定性可靠性都有关注,技术要求引进了常见的汽车电气振动标准,但电动汽车和传统车的电动单元不同,从实车的角度考虑,对关键部件的振动要求可能不同。

  所以在去年的时候,我主要介绍了在可靠性方面的工作,其中涉及到电器方面的可靠性和机械方面的可靠性,机械方面可靠性介绍的是我们要推行一个项目通过实车在不同坏路或者各种不同的路面下进行振动数据的采集,最后反馈回来去推导得到比较大型关键部件、电池或者电机应该实际上是什么样的实验条件。

  下面介绍一下我们的实验研究方案,这个方案包括我们跟车企、跟电机企业合作,我们在开展电机系统的实车振动采集分析,研究适合电动汽车振动车的实验条件。

  这个是我们当时以行业共同研究的方式开展的,我们这边有跟实验标准所参与和电动汽车一个讨论方案开展这方面的测试。

  在去年9月份的时候我们正式启动这个项目,开始邀请国内外不同整车跟关键零部件的企业一起讨论振动数据的采集方案,因为我们后续包括之前已经采集的或者后续将要采集车型的话,可能需要用统一的方法去测试,大家都认可的方法这样最后才能得到比较广泛认可的结果,所以在这个里面我们主要讨论了车辆的选型,主要是现在在跑或者马上要上市的EV或者PHEV,主要分两大类,然后对路面选择方面主要是考虑比较好的路面,通常在车速比较高的路面。

  另外是可靠性的坏路,在车速方面我们也会对好的路面主要相对比较高的车速会30、60、电机的噪声90、120、150,这个特别是在高速电机会有高转速的工作,这种情况下可能更多是振动方面的影响。

  在可靠性坏路方面,如果做整车可靠性的专家都比较了解,他本身在这样的路面有最高的限速,我们会在这个车速下分不同的等级跑不同的车速下,看不同的车速下它振动的强度。同时我们也考虑实际中肯定有急加速和急减速的情况所以也做了这方面的测试。

  在实车方面到现在我们正式跟本田、宝马开展这方面测试,已经做了两个车型方面数据的采集,主要一个是本田混合动力车,另外是宝马纯电动来进行测试。在数据的测量方面我们选了两个实验场地分别做两个实验场地做测试,路面也是按照前面刚才介绍选择不同的路面、不同的状态,现在的进展情况是我们在对道路的测试已经结束了,对路面的数据在分析已经完成一辆车的分析,另外分析完单个数据以后还进行整合再得到一个新的实验方法。

  后面我以其中一个车型来介绍一下我们在数据采集跟最后数据分析方面的工作,以及我们后续希望包括存在的问题,希望大家一起合作的内勤。这个是我们在两个实验厂进行实际测试的情况,这个是去年12月份的时候,做了一个沥青路面做了混合动力模式和EV模式分别做了不同测速下的测试,最高做到180千米每小时,然后对坏路那块,我们选了大概9种不同路面,这个主要依据可靠性方面的要求,所以最高做到50公里每小时,另外我们也做了一些各种不同坏路的测试。

  从实际的道路情况上来说,根据我们当时在现场拍的情况,在不同的车速下按照实验厂线束的要求进行这方面的测试。关于振动测量点方面我们主要选择的是控制器,因为电机系统主要是电机跟控制系统方面,也就是两个是针对安装位置方面进行振动采集,因为在振动台架进行复线也是控制安装位置方面的振动输入,所以在逆变器跟电机方面分别安装两个控制器,同时因为采集电动车振动不光电机有问题,在电池报我们做的测试里面也经常遇到各种问题,有测试条件方面的问题也有方法方面的问题,所以我们在针对电池报的固定位置也进行这方面的测试。

  再来说我们在布置传感器的情况,用的是数据采集采三个方向的振动。下面简单介绍一下我们一些一部分结果的情况,这个是对于比较好的路面测试的振动情况,在匀速的状态下,也就是在60、80、90最高到180的时候,振动的强度是不一样的,可以看到在车速比较高的时候,电机承受振动相对是比较高的,也就是说我们在对电机高转速的时候。

  但是在急加速跟急减速的情况下,这里面最大的加速度有一个点是将近到3个G左右,这个加速度大小跟我们在振前振动的标准要求也是差不多的,同时根据我们以前做认证实验的经验,按照这个标准做合格率还是可以的,所以我们现在认为对于振动的方面要求不是按原标准的要求基本还是可以的。

  另外一个方面我们重点对随机振动方面,主要是针对糟糕道路方面引起的,这个是我们在实验厂进行测试的某一组数据,其中对应不同路面也标出来的,像有的路面在整个平台方位内振动是相对比较大的,这个可能也是很多车企进行可靠性方面的考核。另外还有一些像铁饼的路面特殊路面可以看到在低频有一个比较高的冲击,如果反映到台架实验上会对应机械冲击方面的实验,也就刚才在介绍的时候,他们也有这方面的测试。

  下面我来讲一组我们在通县测试的比较完整的数据,依据可靠性实验方法里面介绍到针对乘用车的路面,这个是对上下方向的一些,这里面我们也可以看出针对这种坏路进行测试的时候,振动程度比较大的主要集中在频率比较低的区域,在高频的时候这个跟咱们传统车方面的认识是一致的,主要集中在200赫兹以下,所以对于电动车方面也是类似的情况。

  这里面还有专门对应不同部位、逆变器还有电池、电机安装位置振动的幅度幅值也是不一样的,所以我们采完这些数据以后,我们希望以这些为基础把它做成一个可以在台架上对电机进行考核实验的条件。

  所以后面我们讲到现在进行的分析,跟本田合作做的这方面分析内容,我们一方面考虑到振动强度我们要设定在车上的使用寿命,所以在规划里面可好性坏路大概跑3000公里算合格,所以初步以这个为基准做测算,所以对应的路面要跑的里程也都有对应,在进行估算的时候首先我们后去整车振动方面的数据,然后进行FFT变化对各种路面进行整合,把这些整合成一个坏路统一的路谱再考虑加速的系数我们再把它折算到一个比较短时间的实验室条件。

  比如标准要做22个小时每个方向,我们可能把它折算成这个方向看强度是什么样的,这个是我们对于测量到的数据进行处理的情况,因为在测试的时候有很多干扰或者无效的数据,所以我们针对车速跟发动机转速这些数据进行对比,其中比较有效的数据经过FFT变换以后,可以得到10到2000赫兹以内一直振动的强度,我们选择2000赫兹的原因是原来在16750里面它规定值是到2000赫兹的,所以我们为了有更好的对比就选了同样量程选择一个研究。

  所以通过这部分内容我们会得到这个测量点在不同路面实际的振动情况。我们现在的考虑是把这些路面都考虑进去,不是选择一个比较有代表性的路面进行测试,所以对每个路面的强度,加速度承受的强度进行计算,还有它的行驶时间做估算,最后通过数据的整合,以后可以得到整合以后包含各种路面振动的曲线,但这条曲线相当于原始的曲线,如果以这条曲线做基础要做实验,那要做很长时间的实验,这个在实验室是不好模拟的,特别是如果以后要反馈到标准里进行进一步修订的话,这种就不好考核了。

  我们现在在初步进行折算的时候我们选了一个大概平均值10左右的值进行测算,结合前面介绍的内容我们要把条件台架的条件压缩到22个小时,所以这个是我们初步算到的,根据前面的条件得到初步的实验条件,这个算下来最底下蓝色那条系原始的要求,经过加速以后可以得到红色的这条线,从这两个跟上面蓝色那条线是现在一个标准的要求有是16750针对安装在变速箱位置的要求,也就是很多混合动力会涉及到安装方式。

  另外一个方面,在高频段差别是比较大的,实际情况高频段没有承受那么大的强度,但是我们现在得到的结果仅仅是针对于我们现在在测试的车型,所以我们在后续因为要得到更多车型的数据,包括这些方法方面最后可能会得到覆盖比较多的车型或者绝大多数车型的条件。

  通过项目的推动,我们跟行业的企业共同讨论形成这方面的研究方案,一共有十几个企业一起参与讨论的。

  另外我们开展完成了一辆HEV和EV电机系统振动测试,跟企业一起做这快加速的分析,得到针对某个车型一个电机台架的振动实验条件。另外一个方面通过开展我们了解实际振动的情况和标准也进行了比较,对后续如果要改进测试方法或者企业针对某个车型对供应商提出特殊要求我们通过这个方法是可以帮助大家。

  当然现在还存在一些问题需要进一步讨论,第一个就是在可靠性路面整合方面是考虑所有的路面还是选择有代表性的路面,比利时路还是选择其中振动强度最大的路进行测试呢,这个是需要讨论的问题。

  另外一个方面涉及到寿命的推定,仅仅按照现在标准规定的整车可靠性实验规划是不是足够,也就是实际要考虑更长的里程,也就是考虑到实际使用会有一个更严格的条件出来。

  第三个是关于加速系数的设定,因为不同的产品材料有比较大的区别,所以这方面可能需要分别考虑的,所以后续我们可以会在今年组织行业专家或者有相关经验的整车企业跟部件的企业希望帮我们一起讨论确立这方面分析的条件和方法。

  所以我们下一步的工作,关于这方面项目主要一个是数据分析方法方面的讨论,需要大家共同来参与,另外一个方面是我们要接着进行开展其他型号车型的测试,包括北汽新能源还有比亚迪这些车型的测试,会覆盖尽量多关于EV跟HEV方面的车型,第三个我们还要进一步对数据进行分析,最后希望可以得到比较广泛的实车电机振动测试规范。

  而且我们在做振动测试规范的内容,首先出发点我们希望能够了解实际振动情况,可以帮助企业形成这样的方法,帮助整车企业得到定制的,针对某个车型振动实验的方法,第三个我们做完了解到电动车实际振动情况以后,有可能跟传统车是不一样的,所以我们后续可能对电动车关键零部件的修订有很大关注,还有一些关键部件方面会有很多关注。

  关于项目这块就是这些,另外对于电动汽车的测试方面我还想简单介绍一下我们新能源实验室在这方面除了做认证方面的测试工作以外,我们还做挺多配合企业进行验证、开发方面的测试包括一些配合工况的可靠性的测试或者性能方面的测试,同时对可靠性的测试我们对于像温度加速的实验方法还有像针对方面、加速方面的实验方法,这些方面的研究都可以帮助企业进行产品的改进开发方面工作,谢谢大家。

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关键词: 电机的噪声