电车试验:电机系统与电驱动总成安全——机械安全

2022-02-09 13:28:44·  来源:汽车测试网  
 
相对于传统内燃机汽车而言,电动汽车上驱动电机转速通常远超发动机,同时动力总成又有轻量化的设计要求,这就要求电驱动总成在开发及验证环节必须特别重视产品机
相对于传统内燃机汽车而言,电动汽车上驱动电机转速通常远超发动机,同时动力总成又有轻量化的设计要求,这就要求电驱动总成在开发及验证环节必须特别重视产品机械强度、刚度与轻量化的工程矛盾处理。轴承是电驱动总成中较容易发生故障的关键零件,影响整车安全;相对于传统变速箱系统,电驱动总成特有的高频、高压、大功率用电所导致的轴电流容易使轴承发生早期电腐蚀失效。传动系统的齿轮、轴系等都具有高转速、高可靠运行的特殊要求。以上这些方面都使得电驱动总成的机械安全尤为重要。
一、转子强度
电机转子是电机能量转换的重要组成部件之一,是电机中主要的旋转零部件,用于输出电机的动力。转子机械安全设计的主要方向是高转速转子铁芯形变量控制,转子冲片结构强度和许用不平衡量等。
驱动电机转子应能在所有规定工况下正常运行,而不出现影响使用的变形、松动、振动噪音增大、以及零部件的断裂、破碎和脱落等异常情况。
通过CAE 辅助设计,同时评估转子最高工作温度工况,应考虑1.2 倍电机最高工作转速工况下,转子铁芯的形变量应小于电机气隙的10%,同时转子铁芯的最大应力应满足安全系数要求。
1、超速试验要求
驱动电机在热态下应能承受1.2 倍最高工作转速试验,持续时间为2min,其机械结构应不发生有害变形。
2、转子系统动平衡要求
转子动平衡量应满足GB/T 9239.1 标准规定的G2.5 级及以上的标准,特殊要求除外。
二、轴承可靠性
1、轴承油脂、润滑、密封维护要求
轴承需要具有良好的工作环境,装配、运输及运行中不能有水或其他杂质进入轴承。
允许轴承按照保养要求定期更换油脂甚至更换轴承,保证轴承润滑和正常运行。电机内部拆装维修时需要每次更换新轴承。维护轴承需要由专业厂家进行。
2、轴承声音主观检测要求
对电驱动总成进行噪音出厂检测,通过声学设备判断电驱动总成的噪音特征是否存在异常。必要时或条件暂时不具备时,可结合一定的主观判断。
3、轴电压和轴电流的防护
较大的轴电流会导致电机轴承出现早期电腐蚀,降低轴承寿命,产生异常振动噪音,建议高频PWM 供电电机采取轴电流抑制措施。推荐采取以下主要措施抑制轴电流:
1)设计合理的滤波器,减小变频电源共模电压,可以较好地消除PWM 电机控制器产生的高频谐波。
2)电机一端轴承采取绝缘措施,来抑制轴电流。具体方法可以是采用绝缘轴承,或者在轴承座或端盖轴承室上设置绝缘结构实现。
3)双端轴承绝缘的同时将轴与外壳直接短接,抑制静电引起的共模轴电压,同时可以进一步减小油膜电压,保护轴承不受电腐蚀而损坏。
三、壳体强度
壳体的强度应满足不同工况下车辆的使用需求,通常参考GB/T 28046.3-2011 或客户标准,保证在发生碰撞的情况下,在保证车内人员安全的前提下,尽可能的减少对电机的损害。
1、壳体离地间隙要求
在整车的布置过程中,应保证驱动电机壳体要高于车架(或副车架)并留出一定的安全距离,确保车辆在满载、过坑洼路面等极限工况下,防止电机拖底问题发生,保证行车安全。
2、维护、检查、防脱落要求
电驱动总成在整车布局中的位置,应考虑在检查、维护过程中的便利性。车辆在运行一定周期后,需要对电驱动总成等相关部件进行检查、维护,通常采用力矩检查法或划线标记法(特殊情况)判别连接是否发生松动,一旦发现松动,应立即进行连接位置的锁紧、防松。避免车辆在使用过程中发生驱动电机松动、脱落,从而导致交通事故发生。
四、机械防触碰与警告
车辆传动装置为旋转部件,应在设计过程中考虑旋转部件对人身造成的伤害,通过物理结构将旋转部件与人体隔离。对于无法进行防护的旋转部件,在周边应粘贴或安装醒目的警告标识,以避免对人身的伤害。
水接头的设计应首先保证冷却管路的密封性、承压性和安装便利性。保证冷却水道的压力检测值不小于250kPa 或依据客户要求,通常采用湿式检测法或干式检测法判别水道的密封性和承压性。
高、低压接插件应满足产品的IP67 防护等级,同时对线束在一定长度范围内进行安装固定,防止在长期振动环境下运行对接插件密封和保护造成伤害。接插件周边和线束应设置有效的物理防护(例如金属或非金属保护罩、网),防止在运输、装配、车辆运行过程中,破坏接插件。
五、输出法兰防松脱检查要求
驱动电机系统输出法兰须与传动轴连接可靠,避免松脱。车辆在运行一定周期后,需要对电机输出法兰、传动轴及其相互间的紧固件等相关部件进行检查、维护。通常采用力矩检查法或划线标记法判别电机连接是否发生松动,一旦发现松动,应立即进行连接位置的锁紧、防松。避免车辆在使用过程中发生驱动电机松动、脱落,而导致交通事故发生。
六、花键润滑检查要求
动力总成通常由减(变)速器和驱动电机组成,而传动轴通常为内/外花键连接,长期暴露在空气中使用,极易发生锈蚀、磨损,造成花键连接失效。在设计之初应考虑花键的润滑密封等问题。通常在花键两端设置有密封圈,在密封的花键腔体内,填充一定量的润滑脂(油脂添加需适量,过量油脂会产生压力损坏轴承),以保证花键润滑有效。同时还应结合实际耐久试验情况,给出花键润滑脂的检查间隔时间和油脂填充量,通常每5 年或10 万公里或根据整车厂要求,进行一次检查。同时给出花键磨损的判别标准,必要时需更换花键。
七、转轴的机械强度
电机转轴应能满足整车各种工况下的最大扭矩输出要求。电机轴的机械强度依赖于优化的结构设计、准确的受力分析和校核、材料选择、热处理和加工装配等。如有必要,需进行静扭试验和扭转疲劳试验。
参照标准QC/T 1022-2015,静扭强度后备系数应不小于2.5 倍的峰值扭矩。
八、变/减速器静扭强度
变/减速器静扭强度后备系数不小于2.5,试验方法按照QC/T 1022-2015 中的6.2.4.9。
九、变速器换挡安全
变速器换档可靠,无乱档,脱档,换不上档或摘不开档的现象。
十、驻车安全
车速高于5km/h 时,误碰驻车功能按钮时应不能驻车;当处于非驻车状态时,无论发生任何异常情况,驻车机构都不能自动驻车;驻车后,驻车机构不能自动脱档;当汽车需要行驶时,驻车机构能使汽车顺利脱离驻车档;应设有手动解锁功能。 
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