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電車試驗：電機系統(tǒng)與電驅(qū)動總成安全——機械安全

2022-02-09 13:28:44·  來源：汽車測試網(wǎng)  
　
相對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車而言，電動汽車上驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速通常遠超發(fā)動機，同時動力總成又有輕量化的設計要求，這就要求電驅(qū)動總成在開發(fā)及驗證環(huán)節(jié)必須特別重視產(chǎn)品機
相對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車而言，電動汽車上驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速通常遠超發(fā)動機，同時動力總成又有輕量化的設計要求，這就要求電驅(qū)動總成在開發(fā)及驗證環(huán)節(jié)必須特別重視產(chǎn)品機械強度、剛度與輕量化的工程矛盾處理。軸承是電驅(qū)動總成中較容易發(fā)生故障的關(guān)鍵零件，影響整車安全；相對于傳統(tǒng)變速箱系統(tǒng)，電驅(qū)動總成特有的高頻、高壓、大功率用電所導致的軸電流容易使軸承發(fā)生早期電腐蝕失效。傳動系統(tǒng)的齒輪、軸系等都具有高轉(zhuǎn)速、高可靠運行的特殊要求。以上這些方面都使得電驅(qū)動總成的機械安全尤為重要。
一、轉(zhuǎn)子強度
電機轉(zhuǎn)子是電機能量轉(zhuǎn)換的重要組成部件之一，是電機中主要的旋轉(zhuǎn)零部件，用于輸出電機的動力。轉(zhuǎn)子機械安全設計的主要方向是高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子鐵芯形變量控制，轉(zhuǎn)子沖片結(jié)構(gòu)強度和許用不平衡量等。
驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子應能在所有規(guī)定工況下正常運行，而不出現(xiàn)影響使用的變形、松動、振動噪音增大、以及零部件的斷裂、破碎和脫落等異常情況。
通過CAE 輔助設計，同時評估轉(zhuǎn)子最高工作溫度工況，應考慮1.2 倍電機最高工作轉(zhuǎn)速工況下，轉(zhuǎn)子鐵芯的形變量應小于電機氣隙的10%，同時轉(zhuǎn)子鐵芯的最大應力應滿足安全系數(shù)要求。
1、超速試驗要求
驅(qū)動電機在熱態(tài)下應能承受1.2 倍最高工作轉(zhuǎn)速試驗，持續(xù)時間為2min，其機械結(jié)構(gòu)應不發(fā)生有害變形。
2、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動平衡要求
轉(zhuǎn)子動平衡量應滿足GB/T 9239.1 標準規(guī)定的G2.5 級及以上的標準，特殊要求除外。
二、軸承可靠性
1、軸承油脂、潤滑、密封維護要求
軸承需要具有良好的工作環(huán)境，裝配、運輸及運行中不能有水或其他雜質(zhì)進入軸承。
允許軸承按照保養(yǎng)要求定期更換油脂甚至更換軸承，保證軸承潤滑和正常運行。電機內(nèi)部拆裝維修時需要每次更換新軸承。維護軸承需要由專業(yè)廠家進行。
2、軸承聲音主觀檢測要求
對電驅(qū)動總成進行噪音出廠檢測，通過聲學設備判斷電驅(qū)動總成的噪音特征是否存在異常。必要時或條件暫時不具備時，可結(jié)合一定的主觀判斷。
3、軸電壓和軸電流的防護
較大的軸電流會導致電機軸承出現(xiàn)早期電腐蝕，降低軸承壽命，產(chǎn)生異常振動噪音，建議高頻PWM 供電電機采取軸電流抑制措施。推薦采取以下主要措施抑制軸電流：
1）設計合理的濾波器，減小變頻電源共模電壓，可以較好地消除PWM 電機控制器產(chǎn)生的高頻諧波。
2）電機一端軸承采取絕緣措施，來抑制軸電流。具體方法可以是采用絕緣軸承，或者在軸承座或端蓋軸承室上設置絕緣結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。
3）雙端軸承絕緣的同時將軸與外殼直接短接，抑制靜電引起的共模軸電壓，同時可以進一步減小油膜電壓，保護軸承不受電腐蝕而損壞。
三、殼體強度
殼體的強度應滿足不同工況下車輛的使用需求，通常參考GB/T 28046.3-2011 或客戶標準，保證在發(fā)生碰撞的情況下，在保證車內(nèi)人員安全的前提下，盡可能的減少對電機的損害。
1、殼體離地間隙要求
在整車的布置過程中，應保證驅(qū)動電機殼體要高于車架（或副車架）并留出一定的安全距離，確保車輛在滿載、過坑洼路面等極限工況下，防止電機拖底問題發(fā)生，保證行車安全。
2、維護、檢查、防脫落要求
電驅(qū)動總成在整車布局中的位置，應考慮在檢查、維護過程中的便利性。車輛在運行一定周期后，需要對電驅(qū)動總成等相關(guān)部件進行檢查、維護，通常采用力矩檢查法或劃線標記法（特殊情況）判別連接是否發(fā)生松動，一旦發(fā)現(xiàn)松動，應立即進行連接位置的鎖緊、防松。避免車輛在使用過程中發(fā)生驅(qū)動電機松動、脫落，從而導致交通事故發(fā)生。
四、機械防觸碰與警告
車輛傳動裝置為旋轉(zhuǎn)部件，應在設計過程中考慮旋轉(zhuǎn)部件對人身造成的傷害，通過物理結(jié)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)部件與人體隔離。對于無法進行防護的旋轉(zhuǎn)部件，在周邊應粘貼或安裝醒目的警告標識，以避免對人身的傷害。
水接頭的設計應首先保證冷卻管路的密封性、承壓性和安裝便利性。保證冷卻水道的壓力檢測值不小于250kPa 或依據(jù)客戶要求，通常采用濕式檢測法或干式檢測法判別水道的密封性和承壓性。
高、低壓接插件應滿足產(chǎn)品的IP67 防護等級，同時對線束在一定長度范圍內(nèi)進行安裝固定，防止在長期振動環(huán)境下運行對接插件密封和保護造成傷害。接插件周邊和線束應設置有效的物理防護（例如金屬或非金屬保護罩、網(wǎng)），防止在運輸、裝配、車輛運行過程中，破壞接插件。
五、輸出法蘭防松脫檢查要求
驅(qū)動電機系統(tǒng)輸出法蘭須與傳動軸連接可靠，避免松脫。車輛在運行一定周期后，需要對電機輸出法蘭、傳動軸及其相互間的緊固件等相關(guān)部件進行檢查、維護。通常采用力矩檢查法或劃線標記法判別電機連接是否發(fā)生松動，一旦發(fā)現(xiàn)松動，應立即進行連接位置的鎖緊、防松。避免車輛在使用過程中發(fā)生驅(qū)動電機松動、脫落，而導致交通事故發(fā)生。
六、花鍵潤滑檢查要求
動力總成通常由減（變）速器和驅(qū)動電機組成，而傳動軸通常為內(nèi)/外花鍵連接，長期暴露在空氣中使用，極易發(fā)生銹蝕、磨損，造成花鍵連接失效。在設計之初應考慮花鍵的潤滑密封等問題。通常在花鍵兩端設置有密封圈，在密封的花鍵腔體內(nèi)，填充一定量的潤滑脂（油脂添加需適量，過量油脂會產(chǎn)生壓力損壞軸承），以保證花鍵潤滑有效。同時還應結(jié)合實際耐久試驗情況，給出花鍵潤滑脂的檢查間隔時間和油脂填充量，通常每5 年或10 萬公里或根據(jù)整車廠要求，進行一次檢查。同時給出花鍵磨損的判別標準，必要時需更換花鍵。
七、轉(zhuǎn)軸的機械強度
電機轉(zhuǎn)軸應能滿足整車各種工況下的最大扭矩輸出要求。電機軸的機械強度依賴于優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設計、準確的受力分析和校核、材料選擇、熱處理和加工裝配等。如有必要，需進行靜扭試驗和扭轉(zhuǎn)疲勞試驗。
參照標準QC/T 1022-2015，靜扭強度后備系數(shù)應不小于2.5 倍的峰值扭矩。
八、變/減速器靜扭強度
變/減速器靜扭強度后備系數(shù)不小于2.5，試驗方法按照QC/T 1022-2015 中的6.2.4.9。
九、變速器換擋安全
變速器換檔可靠，無亂檔，脫檔，換不上檔或摘不開檔的現(xiàn)象。
十、駐車安全
車速高于5km/h 時，誤碰駐車功能按鈕時應不能駐車；當處于非駐車狀態(tài)時，無論發(fā)生任何異常情況，駐車機構(gòu)都不能自動駐車；駐車后，駐車機構(gòu)不能自動脫檔；當汽車需要行駛時，駐車機構(gòu)能使汽車順利脫離駐車檔；應設有手動解鎖功能。 
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