新能源汽車雙電機控制器試驗設(shè)計研究

李智 劉春偉 張敏

摘要：本文主要介紹了新能源汽車雙電機控制器產(chǎn)品開發(fā)中試驗設(shè)計及策劃的重要性。文章對某型電機控制器的主要試驗內(nèi)容及試驗條件做了詳細闡述，提出了該試驗策劃存在耐久、振動以及電磁兼容等方面驗證不足的問題。針對以上問題，重新對某型電機控制器的認(rèn)證性試驗做了研究，并且擴充了試驗項目及驗收標(biāo)準(zhǔn)，列舉了試驗大綱的詳細變更點，然后針對改進后的試驗大綱，對產(chǎn)品做了重復(fù)性試驗。試驗結(jié)果顯示，優(yōu)化后的新產(chǎn)品試驗大綱在產(chǎn)品開發(fā)驗證方面能夠更廣地涵蓋盡可能多的使用工況和客戶需求，提升了產(chǎn)品驗證的充分性，保證了產(chǎn)品設(shè)計的可靠性。

關(guān)鍵詞：電機控制器；試驗策劃；可靠性；耐久性；試驗大綱

中圖分類號：U467.3 文獻標(biāo)識碼：A

0 引言

由于電動機的高效性、低排放以及對可再生能源的兼容性，雙電機控制在新能源汽車領(lǐng)域中具有重要的實際應(yīng)用。通過控制2 個電動機的轉(zhuǎn)速及扭矩輸出，雙電機控制器得以保證車輛的驅(qū)動控制以及電力的補充。然而在雙電機控制器子系統(tǒng)開發(fā)方面，不合理的試驗設(shè)計不但無法使零件滿足電動汽車的性能目標(biāo)和驅(qū)動效率，同時也無法實現(xiàn)精確的速度和力矩控制。雙電機控制器的性能優(yōu)化需要通過全面的試驗驗證來衡量和改善。如果試驗驗證不完整，可能會影響對控制算法、參數(shù)調(diào)整和系統(tǒng)響應(yīng)的優(yōu)化。由于未對所有可能的惡劣工況進行測試，無法全面評估控制器的性能，從而影響到整體系統(tǒng)的效能。

此外對雙電機控制器進行完整的試驗驗證，可以幫助評估其可靠性和耐久性。未經(jīng)完整試驗驗證的控制器可能存在潛在的故障風(fēng)險，如電機過載、電池過熱等。這可能導(dǎo)致組件損壞或整個系統(tǒng)崩潰，從而影響車輛的可靠性和持久性。因此雙電控的試驗設(shè)計對整個項目開發(fā)至關(guān)重要。

1 現(xiàn)有雙電機控制器的試驗項目

1.1 測試項目以及所使用的設(shè)備

表1 所示為某新能源汽車雙電機控制器初始的試驗項目設(shè)計。其中，冷卻回路密封測試是使用泄漏測試儀進行密封性的測試，以檢測冷卻回路的密封性能，確保不發(fā)生冷卻液泄漏，保證系統(tǒng)正常運行。靜態(tài)電流測試可以評估系統(tǒng)在休眠狀態(tài)下的功耗水平，有助于確定系統(tǒng)的能耗狀況和電池壽命。旋變角度的測試可以評估電機系統(tǒng)的精確度和響應(yīng)性能。旋變轉(zhuǎn)速測試可以評估電機系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)性能和穩(wěn)定性。電機溫度的準(zhǔn)確檢測可以幫助監(jiān)控電機的工作狀態(tài)和防止過熱。控制器溫度的精確檢測可以幫助評估控制器的熱管理性能和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。直流耐電壓和工頻耐電壓測試可以評估系統(tǒng)在電壓沖擊下的耐受能力。安全搭鐵檢查可以評估系統(tǒng)的搭鐵性能。絕緣電阻測試可以評估系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，以確保系統(tǒng)安全且不發(fā)生電流泄漏。被動放電時間測試可以評估系統(tǒng)的能耗和電池壽命，在負(fù)載狀態(tài)下的放電情況。使用電池模擬器、示波器或功率分析儀進行主動放電時間測試，可以評估系統(tǒng)在不同負(fù)載工況下的主動放電情況，有助于電池管理和能耗控制。使用電池模擬器、示波器或功率分析儀進行母線電壓采樣精度測試，可以評估電池管理系統(tǒng)對母線電壓的準(zhǔn)確檢測，確保系統(tǒng)的電源穩(wěn)定性。三相電流采樣精度測試可以評估電機控制系統(tǒng)對三相電流的準(zhǔn)確采樣，有助于電機控制和故障診斷。

綜上所述，這些試驗項目的設(shè)備和方法選擇在某種程度上相對合理，能夠?qū)﹄p電機控制器的性能和安全性進行有效評估。

1.2 現(xiàn)有試驗項目存在的局限性

對于前文所述的試驗項目，覆蓋了部分關(guān)鍵性能指標(biāo)，如電流、溫度和轉(zhuǎn)速等，能夠?qū)﹄p電機控制器的基本功能進行評估。試驗項目中使用了專業(yè)的測試儀器，如泄漏測試儀、示波器和兆歐表等，有助于確保測試準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。試驗項目也涵蓋了控制器的不同方面，從電流、溫度到電壓和功耗等，能夠檢驗控制器在不同工況下的性能表現(xiàn)。

但是試驗項目中缺少針對控制器長時間運行和振動等耐久性測試，這對于評估控制器的可靠性和耐久性是非常重要的。同時也不包括電磁兼容性（EMC）測試，這意味著控制器在電磁干擾和抗干擾方面的表現(xiàn)沒有得到充分的評估。試驗項目中僅涵蓋了控制器本身的功能和性能測試，缺少整車級別的測試。整車級別測試可以更全面地評估控制器與其他系統(tǒng)的協(xié)同工作和整車性能。

雙電機控制器的耐久性測試旨在評估控制器的可靠性和穩(wěn)定性，耐久性測試還有助于改進設(shè)計和制造過程。通過反饋信息，測試可以發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)計缺陷、材料問題和制造工藝不足，從而改進產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，以滿足長期使用的要求。

雙電機控制器EMC 測試的主要目的是評估控制器在電磁環(huán)境下的表現(xiàn)，確保其能夠正常操作并與其他設(shè)備保持兼容。在這項測試中，控制器將被暴露在各種不同頻率和強度的電磁場中，以模擬實際工作環(huán)境中可能遇到的各種電磁干擾來源。通過檢測控制器在干擾環(huán)境中的響應(yīng)和性能，可以確保其能夠正常工作并保持穩(wěn)定性[1]。

1.3 使用現(xiàn)有試驗大綱驗證產(chǎn)品可能面臨的問題

上述試驗內(nèi)容涵蓋了部分控制器的功能和性能檢驗，但可能無法全面覆蓋所有潛在故障模式和工況。而且缺乏全面的驗證，有可能導(dǎo)致在產(chǎn)品量產(chǎn)后出現(xiàn)未能預(yù)測或發(fā)現(xiàn)的故障。僅通過電壓電流以及電阻的測試來驗證控制器的電器學(xué)響應(yīng)，根本無法覆蓋電磁兼容性問題，產(chǎn)品量產(chǎn)后必然會出現(xiàn)與其他設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容性問題，影響整個系統(tǒng)的正常運行。此外，未進行足夠的耐久性測試和長期穩(wěn)定性驗證，無法充分了解產(chǎn)品在長期使用和各種環(huán)境條件下的可靠性，導(dǎo)致產(chǎn)品過早失效或長時間使用后性能下降的問題。

綜上所述，僅依靠上述試驗內(nèi)容進行雙電機控制器的驗證，可能無法全面評估和預(yù)測產(chǎn)品在量產(chǎn)后的各種問題。為了確保產(chǎn)品質(zhì)量和性能的穩(wěn)定，在量產(chǎn)前應(yīng)進行更全面的測試和驗證，包括耐久性測試、全面的性能驗證、兼容性測試以及長期可靠性評估等。

2 試驗設(shè)計的改進

2.1 改進后的試驗設(shè)計

圖1 所示為改進后的雙電機控制器試驗大綱，相比之前的試驗項目，細分了強度與沖擊、功能與結(jié)構(gòu)、電磁兼容、總成性能及耐久可靠性等子類試驗項目，具有以下優(yōu)越性。

（1） 增加了更全面的總成性能測試項目：新的試驗大綱增加了多個總成性能測試項目，涵蓋了動態(tài)性能和靜態(tài)性能的多個方面。例如，檢測高壓端子溫升臺架測試、低壓供電范圍和靜態(tài)電流等，更全面地評估了雙電機控制器的性能。

（2）強調(diào)了硬件和結(jié)構(gòu)方面的測試項目：新的試驗大綱增加了強度與沖擊以及功能與結(jié)構(gòu)方面的測試項目，例如機械強度、沖擊屬性、外觀和金屬屑等異物檢查等。這些測試項目可以確保雙電機控制器在使用中具備足夠的強度和結(jié)構(gòu)完整性。

（3）增加了耐久可靠性測試項目：新的試驗大綱增加了耐久可靠性方面的多個測試項目，如外部標(biāo)簽的耐磨損、耐濕試驗和可靠性試驗等。通過這些測試可以評估雙電機控制器在長期使用和不同環(huán)境條件下的可靠性和耐久性。

（4）強調(diào)了EMC 測試：新的試驗大綱增加了EMC 方面的抗干擾測試。EMC 測試是非常重要的，可以評估控制器在電磁環(huán)境下的兼容性和抗干擾能力，確保其不會對其他設(shè)備或通信系統(tǒng)造成干擾。

表2 是改進后完整的試驗大綱，通過增加這些新的測試項目，改進后的試驗大綱可以更全面地評估雙電機控制器的性能、可靠性、結(jié)構(gòu)完整性和兼容性[2-6]。這些新的項目可以更好地檢測潛在的問題，并確保雙電機控制器在量產(chǎn)后具備高質(zhì)量、穩(wěn)定性和可靠性，以滿足用戶的需求。

2.2 臺架搭建

該型電機控制器安裝在發(fā)動機艙，為高度集成模塊，具有模擬和數(shù)字輸入端口，能夠控制電機。電機控制器通過CAN 總線與車輛上的其他模塊進行交互通信，CAN 總線的傳輸速率為500 kb/s。電機控制器直流輸出直接連接電機（驅(qū)動電機+ 發(fā)電機），直流輔電輸出接同功率阻性負(fù)載。實驗的基本臺架搭建如圖2 所示，其中低壓和高壓電源通過導(dǎo)線給控制器供電。負(fù)載箱利用電機以及控制器相關(guān)的負(fù)載，通過導(dǎo)線與控制器相連接，上位機可以顯示其工作狀態(tài)。并且，上位機與控制器通過CAN 網(wǎng)絡(luò)進行通信，利用診斷的方式監(jiān)控負(fù)載狀況信息。

2.3 試驗結(jié)果

完成硬件的安裝和布線，以及低壓通信調(diào)試，上位機信號調(diào)試正常后對該型試驗樣品進行測試。通過多臺樣本進行各項試驗，再通過各類試驗結(jié)果反饋至產(chǎn)品開發(fā)人員，產(chǎn)品開發(fā)人員再對產(chǎn)品進行改進后重新制樣并再次進行認(rèn)證試驗。以上步驟反復(fù)執(zhí)行直至樣品試驗通過為止。

通過引入這些新的試驗項目，改進后的試驗大綱能更全面地評估雙電機控制器的性能和可靠性。它不僅覆蓋了原有的基本功能和性能測試，還加入了動態(tài)工作環(huán)境模擬、功耗測試、長期穩(wěn)定性和耐久性測試、故障模式和容錯能力測試以及通信接口測試等關(guān)鍵項目。這些改進增加了對雙電機控制器在實際應(yīng)用中可能遇到各種情況的考慮和驗證，能更好地保證雙電機控制器在量產(chǎn)后的性能、可靠性和兼容性。

3 結(jié)束語

本研究致力于設(shè)計和實施一套全面的雙電機控制器試驗方案。通過對雙電機控制器進行綜合性的性能、可靠性、結(jié)構(gòu)和兼容性測試，得出了關(guān)于該控制器在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)和性能的全面評估。在設(shè)計試驗方案時，本文充分考慮了不同的工況和環(huán)境條件，包括動態(tài)和靜態(tài)性能、強度與沖擊、耐久可靠性、功能與結(jié)構(gòu)以及EMC 等方面。通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼炦^程和詳細的數(shù)據(jù)分析，能夠全面了解雙電機控制器的性能特點、結(jié)構(gòu)完整性和耐久性。

通過本次試驗設(shè)計，不僅得出了關(guān)于雙電機控制器性能和可靠性的全面結(jié)論，還為今后的產(chǎn)品開發(fā)和改進提供了參考。同時，我們希望本文的研究成果能夠為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供有價值的參考，并為雙電機控制器的發(fā)展和應(yīng)用做出貢獻。

然而，本研究還存在一些局限性。例如，受限于時間和資源，未能涵蓋所有可能的工況和故障模式。此外，在試驗過程中也可能存在一些未考慮到的因素對結(jié)果產(chǎn)生影響的情況。因此，今后的研究可以繼續(xù)完善和擴展該試驗方案，以進一步提高雙電機控制器的性能和可靠性。

【參考文獻】

[1] 李智，羅紅錦，何放. 新能源汽車雙電機控制器EMC 試驗及問題原因分析[J].《汽車與駕駛維修》2023（9）：20-24.

[2] GB/T 28046.2-2019 道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗 第2 部分： 電氣負(fù)荷[S].

[3] GB/T 18488.2-2015 電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng) 第2 部分： 試驗方法[S].

[4] GB/T 18488.1-2015 電動汽車用驅(qū)動電機系統(tǒng) 第1 部分： 技術(shù)條件[S].

[5] GB/T 28046.3-2011 道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗 第3部分： 機械負(fù)荷[S].

[6] GB/T 28046.4-2011 道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗 第4部分 氣候負(fù)荷[S].

作者簡介：

李智，本科，工程師，研究方向電機控制器總體設(shè)計。