電動汽車用驅動電機隨機振動測試方法優化研究

羅媚　黃建忠　韋錦波　劉吉念　陸新華

【摘? 要】主要介紹驅動電機隨機振動測試的試驗標準、方法、現狀及優缺點，提出一種具備可行性的測試優化方案，以便更加有效地驗證驅動電機的機械負荷適應性，提前識別整車上出現的低壓線束接插件退針、旋變故障等問題，為驅動電機隨機振動臺架測試人員提供參考依據，同時也對驅動電機系統未來隨機振動發展的方向進行展望。

【關鍵詞】驅動電機；電機控制器；隨機振動；測試

中圖分類號：U469.72? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）08-0023-02

Research on Optimization of Random Vibration Test Method for Electric Vehicle Drive Motor

LUO Mei，HUANG Jian-zhong，WEI Jin-bo，LIU Ji-nian，LU Xin-hua

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Guangxi Laboratory of New Energy Automobile，

Guangxi Key Laboratory of Automobile Four New Features，Liuzhou 545007，China）

【Abstract】In this papar，the test standard，method，current situation，advantages and disadvantages of random vibration test of drive motor are introduced. A feasible test optimization scheme is proposed in order to more effectively verify the mechanical load adaptability of the drive motor，and to identify in advance the problems such as pin withdrawal and resolver faults of the low-voltage wiring harness connectors that appear on the vehicle. Provide a reference for random vibration bench testers. The future development direction of random vibration of drive motor system is prospected.

【Key words】drive motor；motor controller；random vibration；testing

隨著電動汽車作為一種交通工具，以清潔無污染、能量利用效率高、能源多樣化等優點受到了各大汽車制造公司的重視[1]。同時，國家政策的傾斜導致新能源汽車得到了高速的發展，市場需求日益漸增，其安全性和環境適應性也同步受到廣泛的關注。驅動電機作為新能源汽車“三電”核心部件之一，其安全性和環境適應性是設計考量的重點。

電動汽車驅動電機的應用環境更加嚴苛，體現在多樣化的道路使用環境和多變化的使用工況，要求電機機械壽命更加可靠。電動汽車的驅動電機系統總成不僅會在行駛過程中產生自振動，還會受到路面顛簸產生的激振，導致驅動電機因振動累積作用從而產生機械疲勞傷害。為了使驅動電機的機械機構達到想要的可靠性，一般需要對電機進行耐振動的機械壽命測試，同時旋變故障等也是驅動電機容易出現的故障部分可通過振動識別。雖然GB/T 18488.2—2015[2]對驅動電機的隨機振動有定義具體的試驗方法，但如何在設計驗證階段可以更加有效地對產品的耐振動性能進行驗證，是本文研究的重點。

1? 驅動電機隨機振動測試的現狀

1.1? 隨機振動試驗標準

驅動電機系統由驅動電機和電機控制器組成，國內廠家驅動電機和電機控制器分別依據GB/T 18488.2—2015里面的9.4.3條款，進行隨機振動試驗時，按照GB/T 18488.1—2015[3]第1部分：技術條件中5.6.4.2.1的要求設置嚴酷度等級，并依據GB/T 28046.3—2011[4]第3部分：機械負荷中根據驅動電機和電機控制器的安裝部位進行選擇隨機振動的嚴酷度限值及試驗持續時間。標準也對測試方法做了整體的規定[5]。合資或者外資廠家執行的振動試驗，還會涉及如：國際電工委員會IEC 60068-2-6—2007、IEC 60068-2-64—2008標準，以及國際標準化組織ISO 16750-3—2007、ISO 19453-3—2018等振動試驗相關的國際標準。可見，無論是國內還是國外，隨機振動均有標準對其進行了總體的規定。

1.2? 隨機振動測試現狀

GB/T 18488.1—2015里面規定驅動電機和電機控制器通常在不通電狀態下經受試驗，且由于驅動電機和電機控制器往往分屬不同的供應商進行設計制造，而進行隨機振動時是各自對自己設計的產品進行驗證，這種情況下的驗證與整車實際工況存在較大差異。整車上驅動電機和電機控制器是一個連接好的系統，并在運行過程中接收到自振動和路面顛簸激振，目前測試并沒有考核到產品運行過程中的耐振動能力以及驅動電機和電機控制器連接線束的耐振動能力。

本文在標準試驗方法的基礎上研究對其臺架搭建的方式、試驗方法和試驗后的檢查等如何進行優化，旨在更加有效地考核驅動電機的耐振動能力，因此在臺架上需盡可能地模擬整車的實際工況來進行驗證。

2? 驅動電機隨機振動測試的優化方法

2.1? 隨機振動目前測試方案

驅動電機優化前的臺架安裝方式如圖1所示，驅動電機或者電機控制器均是單獨固定在臺架上，處于不通電的靜置狀態。隨機振動試驗完成后，檢查零部件是否損壞以及緊固件是否松脫，恢復常態后，將驅動電機控制器直流母線電壓設定為額定電壓，驅動電機工作于持續轉矩、持續功率條件下，檢查系統能否正常工作。優點是臺架搭建簡便，工裝制作簡單，容易實現；缺點是驅動電機沒有運行且不考核驅動電機與電機控制器系統相關連接的線束。試驗后沒有考核整機的氣密，以確認是否會發現整車上出現過運行一段時間后驅動電機進水塵的問題，與整車的運行模式有較大的差異，驗證不夠全面[6]。通常情況驅動電機在設計驗證階段進行隨機振動臺架測試時往往沒有問題，但后續整車路試耐久過程中出現旋變故障、接插件退針等問題。若需要整改，對于產品的開發費用和開發時間都是一種浪費，故從臺架上對隨機振動的測試方法進行優化非常有必要。

2.2? 隨機振動測試優化方法

2.2.1? 物料準備

物料需要準備：驅動電機、電機控制器、電機控制器上位機、三相線束、低壓信號線束、直流母線電源線束、固定工裝、振動設備等。

2.2.2? 臺架搭建的優化

驅動電機優化后的臺架安裝方式如圖2所示。搭建驅動電機的振動臺架時，驅動電機的三相線與電機控制器擰緊固定，電機控制器母線電源線與母線電源以及低壓信號線束等按照整車驅動電機系統狀態連接固定。X軸和Y軸方向的隨機振動可按照圖2方式搭建，Z軸方向，由于三相線長度的限制，三相線無法直接按照該模式固定，需要加長三相線，與整車有一定的差異。對于驅動電機供應商來說，臺架涉及工裝增多，需要增加工裝費用，且需要準備監控電機控制器CAN通信的上位機，增加了臺架搭建難度。該方法雖然與整車的理想狀態還是有一定的差異，但是已經在GB/T 18488.2—2015的基礎上進行了優化。

2.2.3? 試驗方法的優化

驅動電機隨機振動過程由原來的不通電靜置改成給電機控制器和驅動電機通入額定的直流母線電壓，驅動電機在額定母線電壓下，以1000r/min轉速，0轉矩空載運行。由于成本的限制，目前沒有供應商或者第三方檢測機構開發可以使驅動電機帶載運行的振動臺架，這是目前比較遺憾的地方。在隨機振動的同時，上位機實時監控旋變信號和CAN通信是否正常，在臺架的搭建上進行了整體的優化。

另一方面，振動試驗測試條件，驅動電機應能經受X、Y、Z這3個方向的測試，根據不同安裝部位，現行國標參考GB/T 28046.3—2011嚴酷度及持續時間進行試驗，大部分驅動電機的具體測試條件如表1、表2所示。表1所示的正弦振動測試條件，主要確認有沒有共振后方便進行隨機振動；表2所示的隨機振動的具體測試條件，列舉了最普遍性的兩種安裝位置，雖然有明確的標準，但存在一些準確性和適用性方面的不足，有待修訂改進。這樣在開發階段做設計驗證時可以考慮在實際道路上用整車采集電機系統的機械振動路譜，試驗實際采集的車子路譜來做測試，可能更加符合實際工況。

2.2.4? 試驗后檢查優化

隨機振動完成后除了原來的常規檢查外，還需要檢查三相線屏蔽環及三相線外表皮的拉扯位移情況，檢查驅動電機搭鐵線及低壓線束有無開裂損傷。電機振動后對滑動軸承的潤滑產生了很大的影響，絕緣縫隙會隨著振動力而擴大，使外界的粉塵和水分可以入侵，故隨機振動完成后需檢查驅動電機防護等級是否降低，若條件允許，可進行防塵和防水的測試，考核機械負荷后驅動電機的密封性能，以達到更加有效的檢查。

2.2.5? 示例

以某款車型的驅動電機為例，按照以上優化方法進行隨機振動測試。使用故障復現的方式，測試過程中，若出現低壓線束接插件退針、電機旋變故障的問題，監控的上位機是可以發現的。如圖3所示，若出現異常，監控的電壓會出現波動。在標準的基礎上，研究加長時間振動后，三相線外表皮拉扯位移現象是可以模擬出的。因此，按照優化的方法進行驅動電機的隨機振動測試，若產品本身存在問題的話，通過該方式的隨機振動是可以識別出來的，降低了后期更改的風險。

3? 驅動電機系統隨機振動測試方法的展望

本文前面部分主要介紹了驅動電機隨機振動測試方法的優化，但是對于整車來說，需要的是驅動電機系統，即包括了驅動電機和電機控制器及相關線束。在QC/T 893—2011《電動汽車用驅動電機系統故障分類和判斷》[7]中，規定了電動汽車用驅動電機系統故障的故障模式、確認定義和故障類型。振動試驗完成后對驅動電機系統的主要影響有以下方面。

1）本體結構方面，可能會引起繞組串動、短路、絕緣破損等故障。

2）制造性能方面，可能會引起電機控制器的連接部件松動、焊點脫落、印刷版針腳松動接觸不良等故障。

3）電氣符合性能方面，振動可能引起繞組線圈的斷裂，從而影響驅動電機系統輸出的穩定性。

前文提到的驅動電機隨機振動主要還是針對電機，沒有考慮振動對電機控制器的影響，如要識別標準里面提到的這些故障，需要把驅動電機系統整體振動試驗進行考核，模擬整車運行過程對驅動電機系統的影響。后續隨著發展以及各種成本允許的情況下，可以考慮搭建使電機進行帶載運行的振動臺架，把振動和帶載臺架結合一起，加上采集的實際振動路譜，且考慮加上環境因素的加速老化因子等，真正起到模擬整車運行的機械振動壽命考核。

4? 結論

本文提出的驅動電機隨機振動測試優化方法，盡可能模擬整車的振動對驅動電機的影響，可對整車上出現的電機旋變故障、三相線蛻皮、針腳回縮等問題進行驗證。在設計驗證階段，可以更加有效地對驅動電機進行驗證，確定其是否滿足整車要求。標準本身提供的載荷譜，從嚴苛程度來說，是稍微欠缺的，也提到了后期可以考慮在該方法的基礎上，對GB/T 28046.3—2011中的載荷譜進行優化，比如采集實際道路的振動載荷譜等。同時，本文對驅動電機系統后面發展的方向進行展望，為驅動電機系統開發和測試人員提供一些參考的依據。

參考文獻：

[1] 毛鴻鋒，沈丁建，陳建明，等. 電動汽車電機控制器隨機振動仿真與試驗[J]. 公路與汽運，2020（4）：1-4.

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

[3] GB/T 18488.1—2015，電動汽車用驅動電機 第1部分：技術條件[S].

[4] 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].

[5] 楊建川. 車用驅動電機系統振動測試標準分析[J]. 電機與控制應用，2021，48（3）：94-98.

[6] 黃炘，溫泉，何鵬林，等. 電動汽車電驅動系統隨機振動評價方法[J]. 汽車電器，2018（1）：10-13，15.

[7] QC/T 893—2011，電動汽車用驅動電機系統故障分類和判斷[S].

（編輯? 凌? 波）

作者簡介

羅媚（1985—），女，工程師，研究方向為新能源三電零件的相關ADV測試。