新能源汽車雙電機控制器試驗設計研究

摘要：本文主要介紹了新能源汽車雙電機控制器產品開發中試驗設計及策劃的重要性。文章對某型電機控制器的主要試驗內容及試驗條件做了詳細闡述，提出了該試驗策劃存在耐久、振動以及電磁兼容等方面驗證不足的問題。針對以上問題，重新對某型電機控制器的認證性試驗做了研究，并且擴充了試驗項目及驗收標準，列舉了試驗大綱的詳細變更點，然后針對改進后的試驗大綱，對產品做了重復性試驗。試驗結果顯示，優化后的新產品試驗大綱在產品開發驗證方面能夠更廣地涵蓋盡可能多的使用工況和客戶需求，提升了產品驗證的充分性，保證了產品設計的可靠性。

關鍵詞：電機控制器；試驗策劃；可靠性；耐久性；試驗大綱

中圖分類號：U467.3 文獻標識碼：A

0 引言

由于電動機的高效性、低排放以及對可再生能源的兼容性，雙電機控制在新能源汽車領域中具有重要的實際應用。通過控制2 個電動機的轉速及扭矩輸出，雙電機控制器得以保證車輛的驅動控制以及電力的補充。然而在雙電機控制器子系統開發方面，不合理的試驗設計不但無法使零件滿足電動汽車的性能目標和驅動效率，同時也無法實現精確的速度和力矩控制。雙電機控制器的性能優化需要通過全面的試驗驗證來衡量和改善。如果試驗驗證不完整，可能會影響對控制算法、參數調整和系統響應的優化。由于未對所有可能的惡劣工況進行測試，無法全面評估控制器的性能，從而影響到整體系統的效能。

此外對雙電機控制器進行完整的試驗驗證，可以幫助評估其可靠性和耐久性。未經完整試驗驗證的控制器可能存在潛在的故障風險，如電機過載、電池過熱等。這可能導致組件損壞或整個系統崩潰，從而影響車輛的可靠性和持久性。因此雙電控的試驗設計對整個項目開發至關重要。

1 現有雙電機控制器的試驗項目

1.1 測試項目以及所使用的設備

表1 所示為某新能源汽車雙電機控制器初始的試驗項目設計。其中，冷卻回路密封測試是使用泄漏測試儀進行密封性的測試，以檢測冷卻回路的密封性能，確保不發生冷卻液泄漏，保證系統正常運行。靜態電流測試可以評估系統在休眠狀態下的功耗水平，有助于確定系統的能耗狀況和電池壽命。旋變角度的測試可以評估電機系統的精確度和響應性能。旋變轉速測試可以評估電機系統的轉速調節性能和穩定性。電機溫度的準確檢測可以幫助監控電機的工作狀態和防止過熱。控制器溫度的精確檢測可以幫助評估控制器的熱管理性能和系統的穩定性。直流耐電壓和工頻耐電壓測試可以評估系統在電壓沖擊下的耐受能力。安全搭鐵檢查可以評估系統的搭鐵性能。絕緣電阻測試可以評估系統的絕緣狀態，以確保系統安全且不發生電流泄漏。被動放電時間測試可以評估系統的能耗和電池壽命，在負載狀態下的放電情況。使用電池模擬器、示波器或功率分析儀進行主動放電時間測試，可以評估系統在不同負載工況下的主動放電情況，有助于電池管理和能耗控制。使用電池模擬器、示波器或功率分析儀進行母線電壓采樣精度測試，可以評估電池管理系統對母線電壓的準確檢測，確保系統的電源穩定性。三相電流采樣精度測試可以評估電機控制系統對三相電流的準確采樣，有助于電機控制和故障診斷。

綜上所述，這些試驗項目的設備和方法選擇在某種程度上相對合理，能夠對雙電機控制器的性能和安全性進行有效評估。

1.2 現有試驗項目存在的局限性

對于前文所述的試驗項目，覆蓋了部分關鍵性能指標，如電流、溫度和轉速等，能夠對雙電機控制器的基本功能進行評估。試驗項目中使用了專業的測試儀器，如泄漏測試儀、示波器和兆歐表等，有助于確保測試準確性和可重復性。試驗項目也涵蓋了控制器的不同方面，從電流、溫度到電壓和功耗等，能夠檢驗控制器在不同工況下的性能表現。

但是試驗項目中缺少針對控制器長時間運行和振動等耐久性測試，這對于評估控制器的可靠性和耐久性是非常重要的。同時也不包括電磁兼容性（EMC）測試，這意味著控制器在電磁干擾和抗干擾方面的表現沒有得到充分的評估。試驗項目中僅涵蓋了控制器本身的功能和性能測試，缺少整車級別的測試。整車級別測試可以更全面地評估控制器與其他系統的協同工作和整車性能。

雙電機控制器的耐久性測試旨在評估控制器的可靠性和穩定性，耐久性測試還有助于改進設計和制造過程。通過反饋信息，測試可以發現潛在的設計缺陷、材料問題和制造工藝不足，從而改進產品質量和可靠性，以滿足長期使用的要求。

雙電機控制器EMC 測試的主要目的是評估控制器在電磁環境下的表現，確保其能夠正常操作并與其他設備保持兼容。在這項測試中，控制器將被暴露在各種不同頻率和強度的電磁場中，以模擬實際工作環境中可能遇到的各種電磁干擾來源。通過檢測控制器在干擾環境中的響應和性能，可以確保其能夠正常工作并保持穩定性[1]。

1.3 使用現有試驗大綱驗證產品可能面臨的問題

上述試驗內容涵蓋了部分控制器的功能和性能檢驗，但可能無法全面覆蓋所有潛在故障模式和工況。而且缺乏全面的驗證，有可能導致在產品量產后出現未能預測或發現的故障。僅通過電壓電流以及電阻的測試來驗證控制器的電器學響應，根本無法覆蓋電磁兼容性問題，產品量產后必然會出現與其他設備或系統的電磁兼容性問題，影響整個系統的正常運行。此外，未進行足夠的耐久性測試和長期穩定性驗證，無法充分了解產品在長期使用和各種環境條件下的可靠性，導致產品過早失效或長時間使用后性能下降的問題。

綜上所述，僅依靠上述試驗內容進行雙電機控制器的驗證，可能無法全面評估和預測產品在量產后的各種問題。為了確保產品質量和性能的穩定，在量產前應進行更全面的測試和驗證，包括耐久性測試、全面的性能驗證、兼容性測試以及長期可靠性評估等。

2 試驗設計的改進

2.1 改進后的試驗設計

圖1 所示為改進后的雙電機控制器試驗大綱，相比之前的試驗項目，細分了強度與沖擊、功能與結構、電磁兼容、總成性能及耐久可靠性等子類試驗項目，具有以下優越性。

（1） 增加了更全面的總成性能測試項目：新的試驗大綱增加了多個總成性能測試項目，涵蓋了動態性能和靜態性能的多個方面。例如，檢測高壓端子溫升臺架測試、低壓供電范圍和靜態電流等，更全面地評估了雙電機控制器的性能。

（2）強調了硬件和結構方面的測試項目：新的試驗大綱增加了強度與沖擊以及功能與結構方面的測試項目，例如機械強度、沖擊屬性、外觀和金屬屑等異物檢查等。這些測試項目可以確保雙電機控制器在使用中具備足夠的強度和結構完整性。

（3）增加了耐久可靠性測試項目：新的試驗大綱增加了耐久可靠性方面的多個測試項目，如外部標簽的耐磨損、耐濕試驗和可靠性試驗等。通過這些測試可以評估雙電機控制器在長期使用和不同環境條件下的可靠性和耐久性。

（4）強調了EMC 測試：新的試驗大綱增加了EMC 方面的抗干擾測試。EMC 測試是非常重要的，可以評估控制器在電磁環境下的兼容性和抗干擾能力，確保其不會對其他設備或通信系統造成干擾。

表2 是改進后完整的試驗大綱，通過增加這些新的測試項目，改進后的試驗大綱可以更全面地評估雙電機控制器的性能、可靠性、結構完整性和兼容性[2-6]。這些新的項目可以更好地檢測潛在的問題，并確保雙電機控制器在量產后具備高質量、穩定性和可靠性，以滿足用戶的需求。

2.2 臺架搭建

該型電機控制器安裝在發動機艙，為高度集成模塊，具有模擬和數字輸入端口，能夠控制電機。電機控制器通過CAN 總線與車輛上的其他模塊進行交互通信，CAN 總線的傳輸速率為500 kb/s。電機控制器直流輸出直接連接電機（驅動電機+ 發電機），直流輔電輸出接同功率阻性負載。實驗的基本臺架搭建如圖2 所示，其中低壓和高壓電源通過導線給控制器供電。負載箱利用電機以及控制器相關的負載，通過導線與控制器相連接，上位機可以顯示其工作狀態。并且，上位機與控制器通過CAN 網絡進行通信，利用診斷的方式監控負載狀況信息。

2.3 試驗結果

完成硬件的安裝和布線，以及低壓通信調試，上位機信號調試正常后對該型試驗樣品進行測試。通過多臺樣本進行各項試驗，再通過各類試驗結果反饋至產品開發人員，產品開發人員再對產品進行改進后重新制樣并再次進行認證試驗。以上步驟反復執行直至樣品試驗通過為止。

通過引入這些新的試驗項目，改進后的試驗大綱能更全面地評估雙電機控制器的性能和可靠性。它不僅覆蓋了原有的基本功能和性能測試，還加入了動態工作環境模擬、功耗測試、長期穩定性和耐久性測試、故障模式和容錯能力測試以及通信接口測試等關鍵項目。這些改進增加了對雙電機控制器在實際應用中可能遇到各種情況的考慮和驗證，能更好地保證雙電機控制器在量產后的性能、可靠性和兼容性。

3 結束語

本研究致力于設計和實施一套全面的雙電機控制器試驗方案。通過對雙電機控制器進行綜合性的性能、可靠性、結構和兼容性測試，得出了關于該控制器在實際應用中的表現和性能的全面評估。在設計試驗方案時，本文充分考慮了不同的工況和環境條件，包括動態和靜態性能、強度與沖擊、耐久可靠性、功能與結構以及EMC 等方面。通過嚴謹的試驗過程和詳細的數據分析，能夠全面了解雙電機控制器的性能特點、結構完整性和耐久性。

通過本次試驗設計，不僅得出了關于雙電機控制器性能和可靠性的全面結論，還為今后的產品開發和改進提供了參考。同時，我們希望本文的研究成果能夠為相關領域的研究和應用提供有價值的參考，并為雙電機控制器的發展和應用做出貢獻。

然而，本研究還存在一些局限性。例如，受限于時間和資源，未能涵蓋所有可能的工況和故障模式。此外，在試驗過程中也可能存在一些未考慮到的因素對結果產生影響的情況。因此，今后的研究可以繼續完善和擴展該試驗方案，以進一步提高雙電機控制器的性能和可靠性。

【參考文獻】

[1] 李智，羅紅錦，何放. 新能源汽車雙電機控制器EMC 試驗及問題原因分析[J].《汽車與駕駛維修》2023（9）：20-24.

[2] GB/T 28046.2-2019 道路車輛 電氣及電子設備的環境條件和試驗 第2 部分： 電氣負荷[S].

[3] GB/T 18488.2-2015 電動汽車用驅動電機系統 第2 部分： 試驗方法[S].

[4] GB/T 18488.1-2015 電動汽車用驅動電機系統 第1 部分： 技術條件[S].

[5] GB/T 28046.3-2011 道路車輛 電氣及電子設備的環境條件和試驗 第3部分： 機械負荷[S].

[6] GB/T 28046.4-2011 道路車輛 電氣及電子設備的環境條件和試驗 第4部分 氣候負荷[S].

作者簡介：

李智，本科，工程師，研究方向電機控制器總體設計。