新能源汽车标准解读与拓展 | 转矩交变耐久(附电驱动系统转矩交变耐久循环加载曲线小工具.xls)

文摘   汽车   2024-08-14 06:46   上海  

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导语:转矩交变耐久试验,通常也被称为"交变试验"或"花键冲击试验",反映了整车在生命周期内的的动态负荷耐久,是三合一电驱系统寿命试验中必不可少的一个环节。通过本文阅读,以下问题可以初步了解:么是转矩交变耐久?转矩交变耐久是对谁的考核(失效模式)? 为什么要进行转矩交变耐久? 如何"定制化"设计此试验?

本文,分为以下几方面内容:
  • 1. 什么是转矩交变耐久?转矩交变耐久是对谁的考核(失效模式)?
  • 2. 为什么要进行转矩交变耐久?
  • 3. 如何"定制化"设计此试验?
  • 4. 展望:转矩交变耐久的"定制化"设计(知识星球发布)
注:以上内容节选,完整内容知识星球发布

01

什么是转矩交变耐久?

转矩交变耐久是对谁的考核(失效模式)?

转矩交变耐久试验,通常也称"交变试验"或"花键冲击试验"(#这个称呼较为片面,从失效形式角度可以理解#),其反映的是正负交变扭矩作用下,花键、转子、定子上机械部件的疲劳强度问题,常见的失效形式有如下几种:
  • 电机-减速器配合花键的形变或磨损

  • 转子硅钢片与转子轴的配合失效

  • 定子与壳体的配合失效

  • 转子系统紧固件的失效,如螺栓、挠性板

  • 严重可能造成壳体开裂、悬置或其紧固件的破坏、驱动半轴的破坏

图片来源:网络

02

为什么要进行转矩交变耐久试验?
转矩交变耐久,顾名思义是为了考核系统及组件在交变载荷下的疲劳寿命。但与我们之前在关于《传动系统疲劳寿命试验》的系列文章中提到疲劳寿命试验目的并不相同,传动系统疲劳耐久考核是将全生命周期中的负载信息转化为若干个特定扭矩和转速组合下的负荷测试,换句话说,这里的 "疲劳寿命试验" 特指稳态负荷耐久试验,如GB/T29307QC/T1022所提到的可靠性试验,一般是为了在项目早期为了尽快验证传动系统零部件寿命情况所设计的
然而,全生命周期内,整车真实的驾驶工况并非是稳态的,是由非常复杂的动态载荷所组成,如启动/停车、加速/刹车、TIP IN/TIP OUT、能量回收的扭矩交变等。为了充分考虑上述特定工况中出现的扭矩交变,那么与其强关联的台架动态负荷耐久试验是系统验证不可或缺的一部分。

图片来源:网络

从上面也可以看出,动态负荷耐久则是由两"兄弟"组成:低负荷的急加急减速耐久试验(#后续解读#)、稳速下的转矩交变耐久试验


03
如何设计转矩交变耐久试验?

电驱系统的试验设计或标准定义原则,用一句话概括其核心:源于整车,用于整车

主机厂,想要把"转矩交变耐久"牢牢握在手中,"五个手指"缺一不可:转速n、扭矩T、时间t、循环次数N、试验温度T_coolant

一张图表示转矩交变耐久加载曲线 (请放大查看,原始文件.xlsx 已上传星球,小伙伴们可直接输入期望地变量、自动生成规范图片 ,详情见文末):

图片来源:SysPro系统工程智库

  • 其中,扭矩T一般定义为峰值扭矩

  • 其中,转速n一般定义为拐点前转速,建议根据扭矩交变节点处的平均转速进行定义;

  • 其中,t_1需要结合驱动电机、台架电机加载能力进行定义;t_2一般定义<1s;t_3的定义是关键,需要按系统的平均功率进行等效计算,这是要特别注意的地方!

  • 其中,循环次数N常规定义为300,000次;

  • 其中,冷却水温按最大极限温度定义,一般为65℃

试验前后,要对如下性能参数进行测试和分析:
  • 反电动势:10%的最高转速下,<5%的BEMF偏差

  • 旋变位置:10%的最高转速下,<5°的电角度偏差

  • T-n特性:在拐点转速和最高转速下,<5%的扭矩偏差

  • 振动:加载到最高转速过程中没有明显的振幅产生

性能测试后,进行拆解分析:重点关注 01 中提及的考核对象及其失效形式。

"知其然,知其所以然",上述参数为什么这样定义?是否合理?整车参数和应用环境对n/T/t/N的定义有何影响?下面我们通过Miner损伤理论+冲量定理来说明其本质问题。


04
转矩交变耐久的"定制化"设计
(知识星球中发布)

为了回答03部分遗留的问题,透过表象,去挖掘事物的本质,回归物理和数学模型中...


后记
2019年第一次写管局转矩交变耐久的时候,我在文章末尾写下这么一段话:
"就已接触的项目来看,国内主机厂对”转矩交变耐久“的测试要求还未普及,常用标准中也未有涉及,但其作为寿命考核中的关键项目,是纯电动车在耐久测试中的重要考核项,需要引起重视,毕竟谁也不希望开了几年以后,一脚油门下去,直接抛锚了"。

有意思的是,近两年和主机厂接触中,不论是传统车企还是新势力,在高压电驱动系统耐久测试规范中都陆续看到了"转矩交变耐久"或者"转矩冲击耐久"相关的要求和描述,能深切感受到工程师们在背后做的思考和努力,以及各大主机厂对产品、对终端用户的责任心。希望这篇文章能为正在从事新能源事业的你有所启发和帮助


最后,关于展望中提到的定制化的转矩交变耐久试验是有必要的,目的是既满足整车实际寿命里程和路谱要求,同时不能过设计。后续也会对其兄弟低负荷急加急减速耐久试验做解读。

更多关于驱动系统相关的功能、性能、标准的解析和讨论,及其性能计算工具,会在知识星球【SysPro系统工程智库】中发布,期待你的加入,一起探索其中的乐趣,共同成长。

小工具】电驱动系统转矩交变耐久循环加载曲线.xls

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2024年8月13日 晚

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图片来源:SysPro系统工程智库

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