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黃炘:電機系統(tǒng)振動測試的方法研究與介紹
內(nèi)容簡介:黃炘指出,增加的要求對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料要求方面都有提高,對電機車輛穩(wěn)定性可靠性都有關(guān)注,技術(shù)要求引進了常見的汽車電氣振動標準,但電動汽車和傳統(tǒng)車的電動單元不同,從實車的角度考慮,對關(guān)鍵部件的振動要求可能不同。
 2015年5月15日-16日,由中國汽車技術(shù)研究中心主辦,中汽中心汽車試驗研究所、汽車技術(shù)情報研究所、常州新能源汽車研究院等合作承辦的“2015國際電動汽車及關(guān)鍵部件測評研討會”在江蘇常州召開。 

本次研討會以“從產(chǎn)品示范到商業(yè)應(yīng)用”為主題,以純電驅(qū)動和充電系統(tǒng)測試評價為研究對象,重點圍繞“整車開發(fā)與測試評價”、“關(guān)鍵部件開發(fā)與測試評價”、“電池系統(tǒng)集成與測試評價”、“充電系統(tǒng)測試評價”四個技術(shù)領(lǐng)域進行深入解析,為電動汽車整車及關(guān)鍵零部件步入市場規(guī);瘧(yīng)用,以及充電基礎(chǔ)設(shè)施創(chuàng)新升級提供技術(shù)指導(dǎo)和借鑒建議。 

在本次研討會上,中國汽車技術(shù)研究中心汽車試驗研究所新能源室主管工程師黃炘發(fā)表題為“電動汽車電機系統(tǒng)振動測評方法研究”的主題演講。黃炘分享了中汽中心新能源實驗室在電機系統(tǒng)振動測試方法上面的研究工作,并介紹了新18488標準跟舊標準中差別比較大的項目。 

黃炘指出,增加的要求對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料要求方面都有提高,對電機車輛穩(wěn)定性可靠性都有關(guān)注,技術(shù)要求引進了常見的汽車電氣振動標準,但電動汽車和傳統(tǒng)車的電動單元不同,從實車的角度考慮,對關(guān)鍵部件的振動要求可能不同。 

“新能源實驗室后續(xù)可能對電動車關(guān)鍵零部件的修訂有很大關(guān)注,還有一些關(guān)鍵部件方面會有很多關(guān)注!秉S炘介紹,新能源實驗室除了做認證方面的測試工作以外,還會配合企業(yè)進行驗證、開發(fā)方面的測試包括一些配合工況的可靠性的測試或者性能方面的測試。 

以下為嘉賓發(fā)言實錄: 

我來自中汽中心新能源實驗室,我主要目前電機這方面的測試還有參與相關(guān)標準方面的工作。今天跟大家分享是我們在電機系統(tǒng)振動測試方法上面的研究工作,由于今年在2月份的時候我們新的18488標準已經(jīng)正式發(fā)布了,所以我在前面也稍微介紹一下新的標準跟舊的標準里面差別比較大的項目。 

新的標準里面2015、18488的標準跟舊的相比差別最大的是4個方面:一是性能臺架測試、電氣安全、耐久實驗和振動實驗方面有比較大的變化。在對性能臺架方面主要是扭矩轉(zhuǎn)速特性的要求,以前沒有很明確說明我們在做認證需要測哪些數(shù)據(jù),通常是測外特性的曲線,現(xiàn)在要求我們必須做效率的云圖看效率的分布情況。 

第二是高溫工作的要求,環(huán)境方面的要求增加了在高溫環(huán)境下的帶載測試,需要電機在高溫環(huán)境中進行性能測試,所以針對這個情況我們實驗室也增加了一個對應(yīng)的溫度倉,這樣可以滿足新的標準測試要求。 

第三是電器安全方面也提高這方面的要求,針對耐電壓的實驗要求有提高,另外對控制器的絕緣電阻對溫度傳感器方面也做了要求,還有支撐電容放電的時間要求。 

增加耐久性的要求原來也有但是沒有具體標準對應(yīng),在新的標準里面明確引用29307、2012可靠性實驗的要求,有402個小時的功放循環(huán),可靠性我們之前也做了很多驗證工作。 

以上是我們今天主要講差異比較大的,關(guān)于振動實驗的要求,原來在2006版的時候我們引用的是QCT413是汽車實驗器的實驗方法,主要用到里面其他部位的要求,在新的標準里面我們增加隨機振動的要求,也就是針對掃頻振動和電機振動,掃頻振動可能是自身的影響,但是電機影響可能是路面對它的影響。 

從數(shù)據(jù)上看強度要求增加了很多,所以從新標準里面看,它增加的要求對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料要求方面都有提高,對電機車輛穩(wěn)定性可靠性都有關(guān)注,技術(shù)要求引進了常見的汽車電氣振動標準,但電動汽車和傳統(tǒng)車的電動單元不同,從實車的角度考慮,對關(guān)鍵部件的振動要求可能不同。 

所以在去年的時候,我主要介紹了在可靠性方面的工作,其中涉及到電器方面的可靠性和機械方面的可靠性,機械方面可靠性介紹的是我們要推行一個項目通過實車在不同壞路或者各種不同的路面下進行振動數(shù)據(jù)的采集,最后反饋回來去推導(dǎo)得到比較大型關(guān)鍵部件、電池或者電機應(yīng)該實際上是什么樣的實驗條件。 

下面介紹一下我們的實驗研究方案,這個方案包括我們跟車企、跟電機企業(yè)合作,我們在開展電機系統(tǒng)的實車振動采集分析,研究適合電動汽車振動車的實驗條件。 

這個是我們當時以行業(yè)共同研究的方式開展的,我們這邊有跟實驗標準所參與和電動汽車一個討論方案開展這方面的測試。 

在去年9月份的時候我們正式啟動這個項目,開始邀請國內(nèi)外不同整車跟關(guān)鍵零部件的企業(yè)一起討論振動數(shù)據(jù)的采集方案,因為我們后續(xù)包括之前已經(jīng)采集的或者后續(xù)將要采集車型的話,可能需要用統(tǒng)一的方法去測試,大家都認可的方法這樣最后才能得到比較廣泛認可的結(jié)果,所以在這個里面我們主要討論了車輛的選型,主要是現(xiàn)在在跑或者馬上要上市的EV或者PHEV,主要分兩大類,然后對路面選擇方面主要是考慮比較好的路面,通常在車速比較高的路面。 

另外是可靠性的壞路,在車速方面我們也會對好的路面主要相對比較高的車速會30、60、90、120、150,這個特別是在高速電機會有高轉(zhuǎn)速的工作,這種情況下可能更多是振動方面的影響。 

在可靠性壞路方面,如果做整車可靠性的專家都比較了解,他本身在這樣的路面有最高的限速,我們會在這個車速下分不同的等級跑不同的車速下,看不同的車速下它振動的強度。同時我們也考慮實際中肯定有急加速和急減速的情況所以也做了這方面的測試。 

在實車方面到現(xiàn)在我們正式跟本田、寶馬開展這方面測試,已經(jīng)做了兩個車型方面數(shù)據(jù)的采集,主要一個是本田混合動力車,另外是寶馬純電動來進行測試。在數(shù)據(jù)的測量方面我們選了兩個實驗場地分別做兩個實驗場地做測試,路面也是按照前面剛才介紹選擇不同的路面、不同的狀態(tài),現(xiàn)在的進展情況是我們在對道路的測試已經(jīng)結(jié)束了,對路面的數(shù)據(jù)在分析已經(jīng)完成一輛車的分析,另外分析完單個數(shù)據(jù)以后還進行整合再得到一個新的實驗方法。 

后面我以其中一個車型來介紹一下我們在數(shù)據(jù)采集跟最后數(shù)據(jù)分析方面的工作,以及我們后續(xù)希望包括存在的問題,希望大家一起合作的內(nèi)勤。這個是我們在兩個實驗廠進行實際測試的情況,這個是去年12月份的時候,做了一個瀝青路面做了混合動力模式和EV模式分別做了不同測速下的測試,最高做到180千米每小時,然后對壞路那塊,我們選了大概9種不同路面,這個主要依據(jù)可靠性方面的要求,所以最高做到50公里每小時,另外我們也做了一些各種不同壞路的測試。 

從實際的道路情況上來說,根據(jù)我們當時在現(xiàn)場拍的情況,在不同的車速下按照實驗廠線束的要求進行這方面的測試。關(guān)于振動測量點方面我們主要選擇的是控制器,因為電機系統(tǒng)主要是電機跟控制系統(tǒng)方面,也就是兩個是針對安裝位置方面進行振動采集,因為在振動臺架進行復(fù)線也是控制安裝位置方面的振動輸入,所以在逆變器跟電機方面分別安裝兩個控制器,同時因為采集電動車振動不光電機有問題,在電池報我們做的測試里面也經(jīng)常遇到各種問題,有測試條件方面的問題也有方法方面的問題,所以我們在針對電池報的固定位置也進行這方面的測試。 

再來說我們在布置傳感器的情況,用的是數(shù)據(jù)采集采三個方向的振動。下面簡單介紹一下我們一些一部分結(jié)果的情況,這個是對于比較好的路面測試的振動情況,在勻速的狀態(tài)下,也就是在60、80、90最高到180的時候,振動的強度是不一樣的,可以看到在車速比較高的時候,電機承受振動相對是比較高的,也就是說我們在對電機高轉(zhuǎn)速的時候。 

但是在急加速跟急減速的情況下,這里面最大的加速度有一個點是將近到3個G左右,這個加速度大小跟我們在振前振動的標準要求也是差不多的,同時根據(jù)我們以前做認證實驗的經(jīng)驗,按照這個標準做合格率還是可以的,所以我們現(xiàn)在認為對于振動的方面要求不是按原標準的要求基本還是可以的。 

另外一個方面我們重點對隨機振動方面,主要是針對糟糕道路方面引起的,這個是我們在實驗廠進行測試的某一組數(shù)據(jù),其中對應(yīng)不同路面也標出來的,像有的路面在整個平臺方位內(nèi)振動是相對比較大的,這個可能也是很多車企進行可靠性方面的考核。另外還有一些像鐵餅的路面特殊路面可以看到在低頻有一個比較高的沖擊,如果反映到臺架實驗上會對應(yīng)機械沖擊方面的實驗,也就剛才在介紹的時候,他們也有這方面的測試。 

下面我來講一組我們在通縣測試的比較完整的數(shù)據(jù),依據(jù)可靠性實驗方法里面介紹到針對乘用車的路面,這個是對上下方向的一些,這里面我們也可以看出針對這種壞路進行測試的時候,振動程度比較大的主要集中在頻率比較低的區(qū)域,在高頻的時候這個跟咱們傳統(tǒng)車方面的認識是一致的,主要集中在200赫茲以下,所以對于電動車方面也是類似的情況。 

這里面還有專門對應(yīng)不同部位、逆變器還有電池、電機安裝位置振動的幅度幅值也是不一樣的,所以我們采完這些數(shù)據(jù)以后,我們希望以這些為基礎(chǔ)把它做成一個可以在臺架上對電機進行考核實驗的條件。 

所以后面我們講到現(xiàn)在進行的分析,跟本田合作做的這方面分析內(nèi)容,我們一方面考慮到振動強度我們要設(shè)定在車上的使用壽命,所以在規(guī)劃里面可好性壞路大概跑3000公里算合格,所以初步以這個為基準做測算,所以對應(yīng)的路面要跑的里程也都有對應(yīng),在進行估算的時候首先我們后去整車振動方面的數(shù)據(jù),然后進行FFT變化對各種路面進行整合,把這些整合成一個壞路統(tǒng)一的路譜再考慮加速的系數(shù)我們再把它折算到一個比較短時間的實驗室條件。 

比如標準要做22個小時每個方向,我們可能把它折算成這個方向看強度是什么樣的,這個是我們對于測量到的數(shù)據(jù)進行處理的情況,因為在測試的時候有很多干擾或者無效的數(shù)據(jù),所以我們針對車速跟發(fā)動機轉(zhuǎn)速這些數(shù)據(jù)進行對比,其中比較有效的數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT變換以后,可以得到10到2000赫茲以內(nèi)一直振動的強度,我們選擇2000赫茲的原因是原來在16750里面它規(guī)定值是到2000赫茲的,所以我們?yōu)榱擞懈玫膶Ρ染瓦x了同樣量程選擇一個研究。 

所以通過這部分內(nèi)容我們會得到這個測量點在不同路面實際的振動情況。我們現(xiàn)在的考慮是把這些路面都考慮進去,不是選擇一個比較有代表性的路面進行測試,所以對每個路面的強度,加速度承受的強度進行計算,還有它的行駛時間做估算,最后通過數(shù)據(jù)的整合,以后可以得到整合以后包含各種路面振動的曲線,但這條曲線相當于原始的曲線,如果以這條曲線做基礎(chǔ)要做實驗,那要做很長時間的實驗,這個在實驗室是不好模擬的,特別是如果以后要反饋到標準里進行進一步修訂的話,這種就不好考核了。 

我們現(xiàn)在在初步進行折算的時候我們選了一個大概平均值10左右的值進行測算,結(jié)合前面介紹的內(nèi)容我們要把條件臺架的條件壓縮到22個小時,所以這個是我們初步算到的,根據(jù)前面的條件得到初步的實驗條件,這個算下來最底下藍色那條系原始的要求,經(jīng)過加速以后可以得到紅色的這條線,從這兩個跟上面藍色那條線是現(xiàn)在一個標準的要求有是16750針對安裝在變速箱位置的要求,也就是很多混合動力會涉及到安裝方式。 

另外一個方面,在高頻段差別是比較大的,實際情況高頻段沒有承受那么大的強度,但是我們現(xiàn)在得到的結(jié)果僅僅是針對于我們現(xiàn)在在測試的車型,所以我們在后續(xù)因為要得到更多車型的數(shù)據(jù),包括這些方法方面最后可能會得到覆蓋比較多的車型或者絕大多數(shù)車型的條件。 

通過項目的推動,我們跟行業(yè)的企業(yè)共同討論形成這方面的研究方案,一共有十幾個企業(yè)一起參與討論的。 

另外我們開展完成了一輛HEV和EV電機系統(tǒng)振動測試,跟企業(yè)一起做這快加速的分析,得到針對某個車型一個電機臺架的振動實驗條件。另外一個方面通過開展我們了解實際振動的情況和標準也進行了比較,對后續(xù)如果要改進測試方法或者企業(yè)針對某個車型對供應(yīng)商提出特殊要求我們通過這個方法是可以幫助大家。 

當然現(xiàn)在還存在一些問題需要進一步討論,第一個就是在可靠性路面整合方面是考慮所有的路面還是選擇有代表性的路面,比利時路還是選擇其中振動強度最大的路進行測試呢,這個是需要討論的問題。 

另外一個方面涉及到壽命的推定,僅僅按照現(xiàn)在標準規(guī)定的整車可靠性實驗規(guī)劃是不是足夠,也就是實際要考慮更長的里程,也就是考慮到實際使用會有一個更嚴格的條件出來。 

第三個是關(guān)于加速系數(shù)的設(shè)定,因為不同的產(chǎn)品材料有比較大的區(qū)別,所以這方面可能需要分別考慮的,所以后續(xù)我們可以會在今年組織行業(yè)專家或者有相關(guān)經(jīng)驗的整車企業(yè)跟部件的企業(yè)希望幫我們一起討論確立這方面分析的條件和方法。 

所以我們下一步的工作,關(guān)于這方面項目主要一個是數(shù)據(jù)分析方法方面的討論,需要大家共同來參與,另外一個方面是我們要接著進行開展其他型號車型的測試,包括北汽新能源還有比亞迪這些車型的測試,會覆蓋盡量多關(guān)于EV跟HEV方面的車型,第三個我們還要進一步對數(shù)據(jù)進行分析,最后希望可以得到比較廣泛的實車電機振動測試規(guī)范。 

而且我們在做振動測試規(guī)范的內(nèi)容,首先出發(fā)點我們希望能夠了解實際振動情況,可以幫助企業(yè)形成這樣的方法,幫助整車企業(yè)得到定制的,針對某個車型振動實驗的方法,第三個我們做完了解到電動車實際振動情況以后,有可能跟傳統(tǒng)車是不一樣的,所以我們后續(xù)可能對電動車關(guān)鍵零部件的修訂有很大關(guān)注,還有一些關(guān)鍵部件方面會有很多關(guān)注。 

關(guān)于項目這塊就是這些,另外對于電動汽車的測試方面我還想簡單介紹一下我們新能源實驗室在這方面除了做認證方面的測試工作以外,我們還做挺多配合企業(yè)進行驗證、開發(fā)方面的測試包括一些配合工況的可靠性的測試或者性能方面的測試,同時對可靠性的測試我們對于像溫度加速的實驗方法還有像針對方面、加速方面的實驗方法,這些方面的研究都可以幫助企業(yè)進行產(chǎn)品的改進開發(fā)方面工作,謝謝大家。
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