电动汽车用驱动电机随机振动测试方法优化研究.pdf

23Newenergy/新能源汽车电器2 0 2 3年第8 期电动汽车用驱动电机随机振动测试方法优化研究罗媚，黄建忠，韦锦波，刘吉念，陆新华（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西新能源汽车实验室，广西汽车新四化重点实验室，广西柳州5450 0 7)【摘要】主要介绍驱动电机随机振动测试的试验标准、方法、现状及优缺点，提出一种具备可行性的测试优化方案，以便更加有效地验证驱动电机的机械负荷适应性，提前识别整车上出现的低压线束接插件退针、旋变故障等问题，为驱动电机随机振动台架测试人员提供参考依据，同时也对驱动电机系统未来随机振动发展的方向进行展望。【关键词】驱动电机；电机控制器；随机振动；测试中图分类号：U469.72Research on Optimization of Random Vibration Test Method for Electric Vehicle Drive MotorLUO Mei,HUANG Jian-zhong,WEI Jin-bo,LIU Ji-nian,LU Xin-hua(SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd.,Guangxi Laboratory of New Energy Automobile,Guangxi Key Laboratory of Automobile Four New Features,Liuzhou 545007,China)Abstract In this papar,the test standard,method,current situation,advantages and disadvantages of randomvibration test of drive motor are introduced.A feasible test optimization scheme is proposed in order to moreeffectively verify the mechanical load adaptability of the drive motor,and to identify in advance the problems suchas pin withdrawal and resolver faults of the low-voltage wiring harness connectors that appear on the vehicle.Providea reference for random vibration bench testers.The future development direction of random vibration of drive motorsystem is prospected.Key words drive motor;motor controller;random vibration;testing作者简介罗媚（19 8 5一），女，工程师，研究方向为新能源三电零件的相关ADV测试。随着电动汽车作为一种交通工具，以清洁无污染、能量利用效率高、能源多样化等优点受到了各大汽车制造公司的重视。同时，国家政策的倾斜导致新能源汽车得到了高速的发展，市场需求日益渐增，其安全性和环境适应性也同步受到广泛的关注。驱动电机作为新能源汽车“三电”核心部件之一，其安全性和环境适应性是设计考量的重点。电动汽车驱动电机的应用环境更加严苛，体现在多样化的道路使用环境和多变化的使用工况，要求电机机械寿命更加可靠。电动汽车的驱动电机系统总成不仅会在行驶过程中产生自振动，还会受到路面颠簸产生的激振，导致驱动电机因振动累积作用从而产生机械疲劳伤害。为了使驱动电机的机械机构达到想要的可靠性，一般需要对电机进行耐振动的机械寿命测试，同时旋变故障等也是驱动电机容易出现的故障部分可通过振动识别。虽然GB/T18488.2一2 0 152 对驱动电机的随机振动有定义具体的试验方法，但如何在设计验证阶段可以更加有效地对产品的耐振动性能进行验证，是本文研究的重点。收稿日期：2 0 2 2-12-182文献标志码：A文章编号：10 0 3-8 6 39（2 0 2 3)0 8-0 0 2 3-0 21驱动电机随机振动测试的现状1.1随机振动试验标准驱动电机系统由驱动电机和电机控制器组成，国内厂家驱动电机和电机控制器分别依据GB/T18488.22015里面的9.4.3条款，进行随机振动试验时，按照GB/T18488.1一20153第1部分：技术条件中5.6.4.2.1的要求设置严酷度等级，并依据GB/T28046.3一2 0 1114第3部分：机械负荷中根据驱动电机和电机控制器的安装部位进行选择随机振动的严酷度限值及试验持续时间。标准也对测试方法做了整体的规定。合资或者外资厂家执行的振动试验，还会涉及如：国际电工委员会IEC 60068-2-62007、I EC 6 0 0 6 8-2-6 42 0 0 8 标准，以及国际标准化组织ISO16750-32007、I SO 19 453-3一2 0 18 等振动试验相关的国际标准。可见，无论是国内还是国外，随机振动均有标准对其进行了总体的规定。1.2随机振动测试现状GB/T18488.12015里面规定驱动电机和电机控制器通常在不通电状态下经受试验，且由于驱动电机和电机控制器往往分属不同的供应商进行设计制造，而进行随机振动时是各自对自已设计的产品进行验证，这种情况下的验证与整车实际工况存在较大差异。整车上驱动电机和电机控制器是一个连接好的系统，并在运行过程中接收到自振动和路面颠簸激振，目前测试并没有考核到产品运行过程中的耐振动能力以及驱动电机和电机控制器连接线束的耐振新能源/Newenergy24-AutoelectricpartsNo.08,2023动能力。本文在标准试验方法的基础上研究对其台架搭建的方式、试验方法和试验后的检查等如何进行优化，在更加有效地考核驱动电机的耐振动能力，因此在台架上需尽可能地模拟整车的实际工况来进行验证。2驱动电机随机振动测试的优化方法2.1随机振动目前测试方案驱动电机优化前的台架安装方式如图1所示，驱动电机或者电机控制器均是单独固定在台架上，处于不通电的静置状态。随机振动试验完成后，检查零部件是否损坏以及紧固件是否松脱，恢复常态后，将驱动电机控制器直流母线电压设定为额定电压，驱动电机工作于持续转矩、持续功率条件下，检查系统能否正常工作。优点是台架搭建简便，工装制作简单，容易实现；缺点是驱动电机没有运行且不考核驱动电机与电机控制器系统相关连接的线束。试验后没有考核整机的气密，以确认是否会发现整车上出现过运行一段时间后驱动电机进水尘的问题，与整车的运行模式有较大的差异，验证不够全面。通常情况驱动电机在设计验证阶段进行随机振动台架测试时往往没有问题，但后续整车路试耐久过程中出现旋变故障、接插件退针等问题。若需要整改，对于产品的开发费用和开发时间都是一种浪费，故从台架上对随机振动的测试方法进行优化非常有必要。2.2随机振动测试优化方法2.2.1物料准备物料需要准备：驱动电机、电机控制器、电机控制器上位机、三相线束、低压信号线束、直流母线电源线束、固定工装、振动设备等。2.2.2台架搭建的优化驱动电机优化后的台架安装方式如图2 所示。搭建驱动电机的振动台架时，驱动电机的三相线与电机控制器紧固定，电机控制器母线电源线与母线电源以及低压信号线束等按照整车驱动电机系统状态连接固定。X轴和Y轴方向的随机振动可按照图2 方式搭建，乙轴方向，由于三相线长度的限制，三相线无法直接按照该模式固定，需要加长三相线，与整车有一定的差异。对于驱动电机供应商来说，台架涉及工装增多，需要增加工装费用，且需要准备监控电机控制器CAN通信的上位机，增加了台架搭建难度。该方法虽然与整车的理想状态还是有一定的差异，但是已经在GB/T18488.22015的基础上进行了优化。2.2.3试验方法的优化驱动电机随机振动过程由原来的不通电静置改成给电机控制器和驱动电机通入额定的直流母线电压，驱动电机在额定母线电压下，以10 0 0 r/min转速，0 转矩空载运行。由于成本的限制，目前没有供应商或者第三方检测机构开发可以使驱动电机带载运行的振动台架，这是目前比较遗憾的地方。在随机振动的同时，上位机实时监控旋变信号和CAN通信是否正常，在台架的搭建上进行了整体的优化。另一方面，振动试验测试条件，驱动电机应能经受X、Y、Z这3个方向的测试，根据不同安装部位，现行国标参考GB/T28046.3一2 0 11严酷度及持续时间进行试验，大部分驱动电机的具体测试条件如表1、表2 所示。表1所示的正弦振动测试条件，主要确认有没有共振后方便进行随机振动；表2 所示的随机振动的具体测试条件，列举了最普遍性的两种安装位置，虽然有明确的标准，但存在一些准确性和适用性方面的不足，有待修订改进。这样在开发阶段做设计验证时可以考虑在实际道路上用整车采集电机系统的机械振动路谱，试验实际采集的车子路谱来做测试，可能更加符合实际工况。表1正弦振动测试条件产品按振幅频率加速度/扫频速度/照部位/Hz1025其他部位25100表2 随机振动测试条件乘用车弹性体（车身）乘用车变速器图1马驱动电机优化前的台架安装方式图2驱动电机优化后的台架安装方式每一方向试验时间/mm(ms2)1.230加速度均方根值(rms)：2 7.8 m/s加速度均方根值(rms)：9 6.6 m/s每方向每方向频率PSD/Hz(m/s-)/Hz1020556.51800.253000.253600.1410000.142.2.4试验后检查优化随机振动完成后除了原来的常规检查外，还需要检查三相线屏蔽环及三相线外表皮的拉扯位移情况，检查驱动电机搭铁线及低压线束有无开裂损伤。电机振动后对滑动轴承的润滑产生了很大的影响，绝缘缝隙会随着振动力而扩大，使外界的粉尘和水分可以人侵，故随机振动完成后需检查驱动电机防护等级是否降低，若条件允许，可进行防尘和防水的测试，考核机械负荷后驱动电机的密封性能，以达到更加有效的检查。2.2.5示例以某款车型的驱动电机为例，按照以上优化方法进行随机振动测试。使用故障复现的方式，测试过程中，若出（下转第2 7 页）(oct:min)1频率PSD/试验时间/h8/h8试验时/Hz(m/s2)/Hz1010100103000.51500520005一一间/h2227Newenergy/新能源汽车电器2 0 2 3年第8 期家的动力蓄电池系统总成的BMS控制器的输入电压低于12.4V时，上位机关闭绝缘监控及闭合内部继电器后，电压检测工具读数不稳定或者数据与目标值有较大偏差，此时需先排查接线是否无误，接着需要调整上述输人电压及整个样件的所有相关参数，避免无效操作。因前几次设置输人电压都为12.2 V，测试时未及时调整导致电压表U,和U只有目标值的一半，最终导致测试失败，需引以为鉴。3结束语从整个测试来看，把握几个关键节点，穿戴放防护用具、合理选择仪器和挡位，以及根据动力蓄电池系统总成的参数设置输入数据，与此同时，研读标准及细节也需注意，在前期过程中，本试验室对电压值U,和U的理解及Ro并联处的位置有争议，并在实际操作中出现小错误，经过数据分析及重新解读后纠正了错误。另外，选择两表法或直接测量法应根据试验检测机构本身所拥有测试设备的情况来定，其中值得指出的是，两表法测量所得数据加上原(上接第2 4页）现低压线束接插件退针、电机旋变故障的问题，监控的上位机是可以发现的。如图3所示，若出现异常，监控的电压会出现波动。在标准的基础上，研究加长时间振动后，三相线外表皮拉扯位移现象是可以模拟出的。因此，按照优化的方法进行驱动电机的随机振动测试，若产品本身存在问题的话，通过该方式的随机振动是可以识别出来的，降低了后期更改的风险。3驱动电机系统随机振动测试方法的展望本文前面部分主要介绍了驱动电机随机振动测试方法的优化，但是对于整车来说，需要的是驱动电机系统，即包括了驱动电机和电机控制器及相关线束。在QC/T893一2011电动汽车用驱动电机系统故障分类和判断 7 中，规定了电动汽车用驱动电机系统故障的故障模式、确认定义和故障类型。振动试验完成后对驱动电机系统的主要影响有以下方面。1）本体结构方面，可能会引起绕组串动、短路、绝缘破损等故障。2）制造性能方面，可能会引起电机控制器的连接部件松动、焊点脱落、印刷版针脚松动接触不良等故障。3）电气符合性能方面，振动可能引起绕组线圈的断裂，从而影响驱动电机系统输出的稳定性。前文提到的驱动电机随机振动主要还是针对电机，没有考虑振动对电机控制器的影响，如要识别标准里面提到的这些故障，需要把驱动电机系统整体振动试验进行考核，模拟整车运行过程对驱动电机系统的影响。后续随着发展有数据较多，带入公式计算时易出错，计算需谨慎。参考文献：1刘广敏，乔昕，张晓鹏电动汽车动力锂电池在线绝缘电阻检测方法研究 J.汽车技术，2 0 13（11)：51-54.2 周兴叶，朱建新，陈祥，等混合动力汽车用电池包绝缘电阻检测方法研究 .现代电子技术，2 0 17，40(10):121-124.3 张明艳.浅谈电动汽车动力电池绝缘电阻的检测方法数码设计（上)，2 0 19(7)：16 4.4 李恒，涂浮，马季军动力电池绝缘电阻检测系统设计.科技创新与应用，2 0 2 0(2 1)：8 3-8 5.5 柯小军燃料电池系统绝缘电阻设计及分析 .机电信息，2 0 2 0(2 0)：12 8-12 9.6王玉，游志宇，刘永鑫，等.动力电池组绝缘电阻检测与故障定位 电子测量技术，2 0 2 2，45(5)：157-16 2.(编辑凌波)以及各种成本允许的情况下，可以考虑搭建使电机进行带载运行的振动台架，把振动和带载台架结合一起，加上采集的实际振动路谱，且考虑加上环境因素的加速老化因子等，真正起到模拟整车运行的机械振动寿命考核。4结论本文提出的驱动电机随机振动测试优化方法，尽可能模拟整车的振动对驱动电机的影响，可对整车上出现的电机旋变故障、三相线蜕皮、针脚回缩等问题进行验证。在图3异常电压波动图设计验证阶段，可以更加有效地对驱动电机进行验证，确定其是否满足整车要求。标准本身提供的载荷谱，从严苟程度来说，是稍微欠缺的，也提到了后期可以考虑在该方法的基础上，对GB/T28046.3一2 0 11中的载荷谱进行优化，比如采集实际道路的振动载荷谱等。同时，本文对驱动电机系统后面发展的方向进行展望，为驱动电机系统开发和测试人员提供一些参考的依据。参考文献：1毛鸿锋，沈丁建，陈建明，等电动汽车电机控制器随机振动仿真与试验 J.公路与汽运，2 0 2 0（4)：1-4.2GB/T18488.22015，电动汽车用驱动电机第2 部分：试验方法 S.3GB/T18488.12015，电动汽车用驱动电机第1部分：技术条件 S.4 GB/T28046.32011，道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第3部分：机械负荷 S.5 杨建川车用驱动电机系统振动测试标准分析 电机与控制应用，2 0 2 1，48（3)：9 4-9 8.6黄炸，温泉，何鹏林，等电动汽车电驱动系统随机振动评价方法 .汽车电器，2 0 18（1)：10-13，15.7QC/T8932011，电动汽车用驱动电机系统故障分类和判断 S,(编辑凌波)