浅谈汽车48 V系统可靠性试验方法研究

2020-05-27 00:18:10·  来源:《浅谈汽车48 V系统可靠性试验方法研究》  作者:奇瑞汽车股份有限公司  
 
1 系统概述及主要功能48 V轻混系统可以看成是12 V启停系统的升级版,增加了48 V锂电池、48 V/12 V双向DC/DC、48V BSG、电池管理系统。我们平时所说的P0、P1、P
1 系统概述及主要功能

48 V轻混系统可以看成是12 V启停系统的升级版,增加了48 V锂电池、48 V/12 V双向DC/DC、48V BSG、电池管理系统。我们平时所说的P0、P1、P2、P3、P4结构,是根据电机所处的不同位置命名的。

48 V电机放置在发动机前,通过48 V电池给48 V电机和48 V/ 12 V双向DC / DC提供电能,实现电机的助力及能量回收等功能。在48 V系统没有故障、48 V电池电量和其他条件满足要求的情况下,首次启动通过48 V电池给48 V电机提供能量,启动发动机,实现48 V首次启动优先功能。整车在行驶过程中,根据驾驶需求,可以控制48 V电机的扭矩输出能力,实现48 V系统的扭矩分配和助力功能;当整车在行驶过程中,不需要额外的能量时,48V系统可以通过48 V电机收集多余的能量,给48 V电池充电,实现能量回收功能。当12 V电池的电量不满足整车需求时,48 V电池可以通过48 V/12 V双向DC/DC给12 V电池提供能量,保障整车用电量需求。



目前,48 V系统的主要功能包括:启停功能(优先启动、怠速启停、滑行启停)、电动助力(电怠速、电爬行)、能量回收(滑行、制动)、扭矩分配、支持ECO / SPORT模式和电源管理等。系统功能框图见图1。

2 系统可靠性失效模式及要求

可靠性设计是在设计、生产、使用过程中提前分析排除设计隐患或薄弱环节,并采取设计预防和设计改进措施,有效地消除隐患。因此对48 V系统可靠性失效模式的分析凸显重要。按照可靠性设计的要求,FMEA分析是其中非常重要的一环,它是对设计过程的更完善化,以明确必须做什么样的设计和过程才能满足顾客要求。表1是48 V系统的几种失效模式的简单描述。



3 48 V系统可靠性试验方法

3.1 环境应力分析


如何提高48 V系统的可靠性?这是一个很复杂的工程,在了解了48 V的结构、原理和控制逻辑后,要对48 V系统进行环境应力的分析,了解48 V系统工作的特殊工况和用户的使用习惯。

首先,48 V系统在自然环境中,会受到很多环境应力,比如温度、湿度、振动、雨水、冰雪、粉尘等的影响;在用户使用过程中,会受到用户操作方法、频次的影响,还有季节对操作习惯的影响。表2是48 V系统所受环境应力因子。



3.2 环境应力加速

由于整车的设计寿命都比较长,为了方便,我们就按照10年来算。在试验室进行可靠性验证方案设计时,不可能进行10年的试验,这个周期太长,因此必须进行环境应力的加速。在用整车进行48 V系统可靠性试验时,由于试验室的条件限制,不可能同时把所有的环境应力加上去,只能根据对48 V系统影响较大的环境应力因子进行加速试验。

可靠性的加速模型主要有3种:阿伦尼斯Arrhenius、科芬-曼森Coffin-Manson和劳森Lawson。阿伦尼斯模型是适用于高温耐久试验的加速模型,科芬-曼森模型是适用于温度循环试验的加速模型,劳森模型是适用于稳态湿热试验的加速模型。就48V BSG、48 V锂电池和DC / DC来说,温度对系统的影响最大,特别是48 V锂电池,温度太低不能工作,温度太高就会影响寿命,综上考虑,我们选择的加速模型是科芬-曼森模型。不同的整车厂对48 V系统的要求是有差别的,这里我们规定温度范围为-40 ℃~80 ℃ (寿命10年。一天内温度变化平均为两次,早晚温度低,中午温度最高,循环数2次。循环总数10×365×2=7 300次),启停次数设定为34万次。

3.3 环境应力循环

根据48 V系统的工作温度范围以及每个温度点所占的比例,就可以算出每个温度点保持的时间。结合上面对每个温度点的分析,就可以得出用户在低温、高温和常温下操作的次数。温度循环(高温、低温、温度变化) 的加速模型为科芬-曼森模型,根据模型的要求,得出加速循环次数,此处暂不介绍具体计算过程,只给出一个结果,见表3。



48 V系统经过34个循环的应力加速,相当于用户使用10年的寿命。

4 总结

48 V系统可靠性试验只是汽车可靠性的一个点,如果条件成熟,可以考虑把更多的环境应力因子加进去,这样的话,我们的加速模型可能不是科芬-曼森模型,而是一个综合模型,考核得更全面。 
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