三合一电驱系统可靠性试验研究与应用

随着汽车电气化的不断发展，零部件的集成化设计趋势亦不断推进，三合一驱动总成方案成为各厂家竞争的热土。相对早期电驱方案，三合一电驱系统具备以下优势：结构紧凑、体积变小，利于布置；质量轻，低行驶能耗；三相直连，可靠又经济；重心下降，利于整车操控；高速传动，带来较高扭矩容量和总成效率提升；可扩展的模块化设计，大大缩短产品开发周期，降低开发成本效益。

1 三合一电驱系统概

图1 三合一电驱系统结构

2、三合一电驱系统可靠性研究的依据

汽车产品可靠性是指在一定时间内、一定条件下，无故障地执行指定功能的能力或可能性。对于机械结构，其失效约90%来源于疲劳。可靠性可定义为：如果结构发生了不可修复性故障，其可靠性可等同于耐久性；若故障可修复，其可靠性就是产品大修期、报废期或者退役期对应的耐久性。

3、三合一电驱系统对可靠性试验技术要求的选择与应用

3.1 电子/电气元件机械负荷可靠性试验方法选择

在三合一电驱总成系统中对电子/电气元件机械负荷可靠性考核将使用ISO 19453-3-2018标准，主要有以下几点原因：

三合一电驱系统的电子/电气部件机械负荷可靠性技术要求：

3.2 电机、减速器机械可靠性试验方法的应用

3.2.1 电动汽车用驱动电机系统可靠性试验方法介绍与分析

借鉴汽车发动机可靠性测试规范，采用定转速、变化转矩的工作模式且选用3个不同电压平台，对新能源驱动电机的可靠性进行考核，同时试验对于不同车型的电机测试时间有所不同。图2所示的是单个循环的试验工况，其中nN为被试电机额定转速，ns为试验过程中被试电机转速设定值(r/min)，当电压为额定电压或者最高电压时，ns=1.1×nN；而电压为最低电压时，ns =最低电压/最高电压×nN；Tpp为被试驱动电机系统在峰值功率的额定扭矩(N·m)，当电压为最高电压时, Tpp=峰值功率/ns；当电压为最低电压时，Tpp=峰值功率/nN；TN为被试驱动电机系统的额定扭矩(N·m)；t为时间。

图2 电动汽车驱动电机系统可靠性测试循环示意图

试验加载循环过程如表1所示，总测试时间为402 h，结合电动汽车自身供电单元特性，电机及控制系统电压采用浮动电压，先在额定电压下运行320 h，在最大电压和最低电压下各运行40 h，最后在额定工作电压、额定功率下运行2 h。

表1 电动汽车驱动电机系统可靠性测试循环参数表

该测试方法是国内电机厂商的主流试验方法，但应用于电驱系统时却具有一定的局限性：

3.2.2 三合一电驱系统可靠性试验方法应用

基于第3.2.1节中对可靠性试验方法的分析，该部分主要针对上述局限性展开，制定三合一电驱总成试验规范。

(1)电机可靠性循环周期确认

图3 电驱系统总成累计损伤折算方法获得载荷谱流程图

(2)温度在可靠性工况制定

温度是影响产品可靠性的重要因素，可以使电气元件和橡胶件加速老化、衰减、退磁、泄漏等，也可以使齿轮、轴承等零件加速胶合、点蚀、漏脂，因此在试验过程中需要依据电机的散热能力，确保试验循环中零件的最高温度点低于磁钢许可温度上限，增加循环水温考核，使覆盖整个可靠性循环工况。

(3)性能衰减评价标准定义

性能衰减评价标准定义：5%-10%。

(4)转速

三合一电驱系统配备了高转速电机，齿面相对滑动需要减小；较高转速下，动态响应增大，增加了齿轮箱的载荷，需要在可靠性试验中验证；轴承和油封尺寸一样，线速度增大，发热量增大，失效风险增大，需要在持续高速工况下考核，高转速下，齿轮发生胶合的风险增大，需要在可靠性试验中验证。

3.2.3 衍生可靠性循环工况

图4 基于原可靠性循环工况衍生的循环工况

4 结论

(1)针对电子/电气元件机械负荷，比较标准时效性和标准使用对象，选定了适用于三合一系统的考核指标；

(2)针对电机、减速器机械可靠性试验，分析了现行标准的局限性，就此展开研究。定义了试验温度要求和性能衰减评判指标，结合项目应用状况，衍生出适应于该项目的可靠性循环工况，使三合一电驱系统的验证更为合理和完善。

审核编辑：汤梓红