发表时间：2020-09-14T07:38:08.341Z 来源：《中国科技人才》2020年第13期作者：杜敏华1 翟清泉1 谢锋云2 [导读] 本文简述电动汽车电驱动总成基本结构及工作原理，并针对电驱动总成的耐久验证方法进行了对比和分析，提出了优化后的验证方法，有效的实现了对电驱动总成的全面验证。
杜敏华1 翟清泉1 谢锋云2
1.舍弗勒贸易（上海）有限公司上海市 201801；
2.华东交通大学江西南昌 330000
摘要：本文简述电动汽车电驱动总成基本结构及工作原理，并针对电驱动总成的耐久验证方法进行了对比和分析，提出了优化后的验证方法，有效的实现了对电驱动总成的全面验证。
关键词：电动汽车；电驱动总成；耐久性；台架验证
1 前言
汽车工具是人们日常生活不可缺少的代步工具，极大程度上提高了人们的生活质量，而燃油汽车尾气污染
已成为我国大气污染的主要原因之一。与传统燃油汽车相比，新能源汽车在动力来源、尾气排放等方面具有明显优势。
电动汽车动力总成，作为汽车的动力驱动单元，无疑是电动汽车最重要的总成之一。纯电汽车驱动总成主要分为两大类：电驱动桥和轮毂电机驱动，电驱动桥即将电机及减速箱放置在汽车前桥或后桥（或称前轴，后轴）位置；轮毂电机驱动（IWD：internal-wheel-drive）技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化[2]。
作为一种新型的电动汽车动力总成，在很多技术方面还处于早期的研发阶段。对于耐久性能试验是一项关键技术课题，电驱动总成包含电机和减速箱两大部件，此总成中包含电器件和机械件，其驱动耐久的失效模式完全不一样，电器件主要考核老化和绝缘，而机械件考核的是点蚀和断裂。而由于现在的动力总成集成程度越来越高，电器件和机械件紧凑结合，对验证这些不同失效模式的部件，给传统的试验方法带来了不小挑战，且很难准确完整地验证这些部件和工况。本文将简述纯电动汽车驱动总成的基本结构及工作原理，并正对驱动耐久试验的试验方法和理论进行详细的分析，提出最新的试验验证的解决方案，为解决纯电汽车驱动总成耐久试验的方法提供依据和指导。
2 纯电动汽车电驱动总成的结构和工作原理
2.1 IWD 轮毂驱动总成结构和工作原理
以某国外公司轮毂电机结构为例，轮毂驱动总成由电机驱动，经过行星齿轮减速机构，将电机的高转速动力转换为高扭矩动力，带动车辆驱动整车。
2.2 电桥驱动总成结构和工作原理
以某公司驱动电桥（同轴）结构为例，同轴式的电驱动总成，其动力源来自于电机，电机转子轴带动变速箱输入轴转动，经过行星排减速机构，将扭矩放大后，输入差速器，将动力输出给半轴及轮胎，此机构中输出轴和输入轴在同一轴线上，这种结构更加紧凑，使得电驱动总成集成度更高，传动及响应更加灵敏，高效。
3 电驱动部件的一般耐久试验方案
3.1 电机的耐久试验方法
目前汽车行业，一般参照德国汽车行业标准LV147来验证电机单体的耐久[3]，其中包括三类失效模式：HTOE，PTCE和HTHE。
HTOE即为High-temperature endurance test，此试验模拟的是电机全寿命下的高温耐久试验，失效机理为Arrhenius失效模型。PTCE即为Temperature cycle endurance test，此试验模拟的是电机全寿命下的外部温度变化导致的电机部件老化，失效机理为Coffin-Manson失效模型。HTHE即为Damp heat endur
ance test，此试验模拟的是电机全寿命下的高温和高湿导致的电机部件老化，失效机理为Lawson失效模型。
3.2 减速箱单体的耐久试验方法
减速箱作为机械件，一般根据全寿命整车耐久路谱，通过模拟轴承点蚀疲劳，轴弯曲疲劳，齿轮点蚀及断裂疲劳等失效模式，对整车路谱进行等效浓缩，换算成台架耐久载荷谱。由于同轴结构，且要求高转速（>16000rpm），国内外很难满足要求的试验用电机。基于此，我们只能在传统的试验台架电机前增加一台升速箱，此升速箱输出端设计为空心轴的，以满足同轴变速箱结构的要求。但是，此同轴升速箱，要求的加工要求和轴承的精度和耐久要求都很高，成本也很高。
汽车前桥3.3 电驱动总成的试验方法
在整车行业内，暂时还没有形成统一的成熟的试验方法。
电驱动总成包含电机和减速箱，其中电机主要是电器件，其失效模式主要是高温，高湿和动态温度变化导致的绝缘材料老化，而减速箱是机械零件，其驱动耐久主要考察的是零件疲劳断裂，齿面和轴承的点蚀。这是两种完全不一样的失效模式。如果将两种试验简单地合并在电机耐久中，将会出现一些操作层面的问题：比如，HTOE试验，需要将台架放置在一个温箱中，持续稳定的保持在某个高温下运行。而
减速箱的动态变化的扭矩及转速耐久工况将无法保持HTOE试验要求的温度。同样的问题也将存在于PTCE
和HTHE中。所以简单的将变速箱耐久试验融合在HTOE，PTCE，HTHE试验中，是不可行的。
如果将电机耐久和变速箱耐久完全独立运行，将带来一些零部件和工况验证的缺失。比如，电机内部机械件，如电机转子轴，电机转子轴上的轴承，单通过HTOE，PTCE，HTHE，是无法完全验证这些电机机械件的寿命耐久的；在现阶段高度融合和紧凑的电驱动结构中，处于电机与变速箱之间的零件，如轴承，油封，壳体等，处在这两个子系统间，温度，气态压力等都非常特殊且有时比较恶劣，对于轴承，可能出现轴电流对轴承产生额外的点蚀失效，假如不在二合一总成上验证，这些特殊工况都无法得到验证，最终可能导致在整车上出现失效。
4 电驱动部件耐久试验的优化方案
4.1 电机的耐久试验方法
如上3.3解释的原因，对于电机绝缘材料的耐久，无法合并电驱动总成中来验证，所以保持电机单体试验（按标准LV147中的HTOE，PTCE和HTHE执行）。
4.2 变速器及电机机械件的综合耐久试验方法
由于变速器及电机机械件耐久疲劳的失效模式式等效的，且处在同一个传动链上，所以将它们整合在一起验证。即共用一个耐久载荷谱，使用电驱动总成一起验证。此时将绝缘材料的温度及湿度的影响的失效模式排除在外，只考虑此动力总成传动链上的机械件。好处是：输入电机直接使用原装电机，省去台架电机，省去加装升速箱来单独验证变速箱；这种验证验证了动力总成传动链上的所有机械件，验证环境及工况更加准确且接近实际装配关系。
根据整车实测路面采集的全寿命的耐久路谱，累计转换成扭矩，转速，转数列表。根据S-N曲线原理，按照ISO 6336-6等效换算，将整车载荷谱浓缩成的台架载荷谱：
在得到初步浓缩后的扭矩/转速/时间表后，由于该试验是使用原装电机作为动力源，在浓缩后的载荷中，必须考虑浓缩点的功率过大从而导致电机过热，油温电机过热会启动限扭等自动保护程序使电机停止运作，从而试验中断。因此必须根据电机峰值或持续曲线，重新调整扭矩/转速，以尽量试验运行时不过热。在试验载荷设计时，对于每一步的试验持续时间，必须考虑发热量及热量积累，尽量在上一个热量较高的积累点之后，增加低功率的点，进行短时间的降温，从而使整个试验能持续下去。根据多轮试验及调整扭矩转速后，最终得到可以持续运行的试验载荷循环。
5 结束语
通过对电驱动总成机构的分析，与一般耐久试验方案的对比，得出优化后的耐久试验方案，既能覆盖电
机绝缘材料的耐久失效模式，又能覆盖减速箱和电机的机械件耐久，同时降低了试验成本，更加真实地考核2合1驱动总成。基于此耐久方案的优点，可在各类车型上广泛推广应用。
作者简介：杜敏华（1984-），男，工程师，学士，上海，201801。
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