未來幾年車用電機測試技術的發展趨勢
2022-12-20 13:19 瀏覽:550
其一、電力測功機的最高工作轉速向著高速化方向發展，超過20000r/min的高速電力測功機受到重視；其二、面向車用驅動電機系統生產的自動下線性能檢測和質量控制設備受到重視，成為了車用電機生產企業縮短產品終端檢測時間、提高生產效率，降低檢測成本、提高產品質量的重要保證；其三、電機系統可靠性國家標準進入修訂階段，可靠性和故障診斷技術在測試臺架和車載檢測方面進行了應用研究，NVH特性測試、電磁兼容特性測試仍舊是行業關注的重點；其四、尋求為電機控制器單獨制定相關技術條件和試驗方法標準，引導更多企業進入車用驅動電機控制行業；其五、電機測試技術的網絡化管理和云端平臺仍舊是建設現代化檢測平臺的方向之一，臺架系統通訊網絡化、控制數字化、測試自動化是趨勢，大數據分析、數據挖掘成為分析的重要手段；其六、隨著碳化硅技術在電機控制器中的應用，高效高頻復雜諧波條件下車用驅動電機系統測試精度的提高成為了研究重點；其七、基于電機控制器硬件在環的功率級電機模擬器逐步成熟，并在行業獲得應用。2018年，電力測功機仍是車用驅動電機系統性能測試的主流負載設備，在科研機構和整車及零部件企業的研發生產中獲得廣泛應用。在技術實施過程中，采用電機對拖形式的電機性能檢測方式應用規模較大，可以有效降低試驗成本，同時，越來越多的企業購置了采用專用軟硬件結構的電力測功機，提高了試驗精度。國產的專用電力測功機憑借較低的價格和良好的服務在應用市場中占有一席之地，但是在試驗臺架的協同控制、動態響應能力、軟件性能和試驗管理方面還存在諸多不足；與此同時，來自國外的專業化測功設備占領了國內的高端市場，在試驗檢測過程的可靠性、檢測精度和硬件在環試驗方面具有突出優勢。以電力測功機作為負載主體形成了電機測試臺架的自動化控制和檢測網絡，將測功設備、電池模擬設備、傳感器、檢測分析設備、硬件在環設備、被測電機等形成一個自動化網絡化的試驗平臺，利用軟件設計和系統控制方法，提高了試驗檢測的自動化程度和試驗數據的分析能力。隨著驅動電機向高速化和小型化發展，對更高工作轉速的電力測功機需求增強，15000r/min的最高工作轉速已經開始不能滿足研發需要，超過20000r/min的高速電力測功機受到重視，但是受到控制技術和測功電機生產水平的限制，國內測功機生產廠家所能提供的較為成熟的大功率測功產品基本在10000r/min之內，還沒有形成對未來市場需求的技術支撐。另外，碳化硅高壓高頻高溫控制技術的應用，以及“電機系統+減/變速器+差速器”集成結構、電驅動橋、輪轂/輪邊驅動方式和48V電驅動系統的商業化應用為測試設備的制造和測試方法的更新提出了新的需求。車用驅動電機產業化規模的擴大需要高效快速的自動化檢測設備，一方面，在電機下線檢測過程中需要快速的連接和夾緊裝置以增強安裝的快速性和可靠性，國內電機企業進行了大量的夾具研制和開發工作，提高了安裝效率；另一方面，在下線檢測的快速性和自動化方面，國內企業的研究還非常不足，檢測過程自動化水平不夠，人工工作量較大，電機下線檢測時間偏長，制約了電機高效產業化生產，提高了生產成本，自動化和快速化的高效檢測設備成為了車用電機生產企業縮短電機下線終端檢測時間、提高生產效率，降低檢測成本、提高產品質量的重要保證。國內能夠提供較高自動化程度的電機下線測功機的供應商非常少，技術成熟度不夠，國內車用電機生產企業開始從國外引進了部分相關設備以滿足大規模產業化生產的需求。兩項國家標準《GB/T18488.1-2015電動汽車用驅動電機系統 第1部分：技術條件》和《GB/T18488.2-2015 電動汽車用驅動電機系統 第2部分：試驗方法》繼續用于產品的試驗和公告管理，新的國家標準《GB/T36282-2018電動汽車用驅動電機系統電磁兼容要求和試驗方法》也已經公布，為電磁兼容測試提供了試驗和評價方法。電機系統可靠性國家標準進入修訂階段，整車和電機企業及科研機構進行了相關試驗和技術討論工作。車用IGBT等關鍵零部件的標準受到重視。車用電機控制器技術標準和試驗方法被行業所關注，尋求為電機控制器單獨制定相關標準，將為電機控制器技術指標的完善奠定基礎，有利于擺脫了現階段車用電機和電機控制器只有一體化系統試驗方法的制約，并引導更多的企業進入車用驅動電機控制行業，促進控制器水平的提高，為整車企業提供更多的控制器類型和廠家的選擇。車用電機系統的快速可靠性檢測和故障診斷技術獲得重視，常規的基于大樣本數據分析的可靠性試驗體系和評價方法還沒有建立，影響了車用電機系統性價比的提高。基于異類傳感器信息融合的可靠性和故障診斷技術在測試臺架和車載檢測方面進行了研究，有助于產品的可靠性分析和壽命預測，并為大批量生產的質量保證提供技術支持。隨著產業化技術發展，車用電機系統的耐久性、電磁兼容性、NVH特性仍舊是測試和研究的熱點，影響了電機零部件產業化水平和性價比的提高。2018年，除了原有的單個臺架測試系統的網絡化通訊技術、數字化控制技術和自動化測量技術需求之外，對多個測試平臺的網絡化管理技術和云端技術也是平臺建設的新需求，從試驗調度、試驗安排，到試驗數據的分析和數據挖掘等，都實施分級網絡化管理，更加注重試驗數據的分析和挖掘以促進電機產品性能和可靠性的提高，更加注重云端平臺的數據傳輸和管理，更好的服務于科研開發和生產制造。面向驅動電機和控制器的硬件在環技術和設備越來越成為電機測試臺架的標準配置。電機測試臺架的整車傳動結構及負載的建模和實時模擬技術為新型電機和控制技術的開發奠定了技術基礎，也促進了整車動力傳動系統的開發，有利于整車動力性、經濟性、舒適性的前期性能測試和驗證，節省了開發成本，縮短了開發時間。面向電機控制策略及軟件開發的信號級硬件在環仿真系統在控制策略開發和測試中獲得廣泛應用，面向電機控制器的功率級硬件在環仿真技術開始受到重視，面向電機控制器硬件在環的功率級電機模擬器逐步成熟，國內外企業已經推出相關產品，并在行業中獲得應用。電機測試系統的數字化控制和網絡化集成逐漸普及，在增強單個測功臺架自動化水平的同時，多個測試臺架的協同管理成為了電機測試技術的新需求，依據客戶需求進行定制化設計和開發，實現電機測試環境的集成化、網絡化管理，實現多個測試平臺的協同調度，實現電機測試過程中云端平臺的建設和應用，實現電機試驗數據的大數據分析和電機系統的性能和功能的技術挖掘，為電機測試技術的發展和測試設備功能的充分發揮提供了新的技術手段。國產的大功率電池模擬器開始推向市場，具有了與國外產品相當的靜態性能和動態性能，在電機測試臺架中的配置越來越普遍，性價比更高。電機模擬技術也獲得青睞，國際上推出了幾種電機模擬器產品，并開始進入中國市場，國內的供應商也適時推出了大功率電機模擬設備，提供了電氣接口和機械接口，具備性能分析功能和故障注入功能，為電機控制器開發提供了硬件在環技術模擬試驗平臺。硬件在環技術可以結合車輛動力傳動系統建模和車用電機建模，并實現功率級實時仿真功能。面向車用電機驅動系統產業化生產的產品下線性能和故障自動化檢測設備應用增多，具備了電機的快速夾裝和工作區域的自動化檢測功能，結合傳感技術，為電機產品的下線提供了高效快速的自動化檢測，縮短了電機下線終端檢測時間，提高了生產效率，降低了檢測成本，確保了產品質量。2018年公布了針對車用電機系統的電磁兼容國家標準，也在車用IGBT、DC/DC等關鍵零部件模塊的性能要求和試驗方法方面進行了廣泛的討論，同時完成了電機控制器技術條件和試驗方法相關標準建立的可行性及必要性分析，為引導車用電機系統及其關鍵零部件的研發、生產和試驗提供了技術支撐。目前亟需攻克車用電機系統檢測過程中的若干關鍵技術問題，并促進先進檢測技術提高和產業化應用。首先，需要提高電機系統檢測過程中的高精度和高效性。充分利用自動化技術、計算機技術、控制技術等，增強測試裝置的高速數據采集和分析能力，減少自動化試驗過程中的人為調整和干涉，在機電協同方面增強電機性能檢測和標定的效率。提高大功率電力測功機的最高工作轉速至20000r/min左右，適應車用電機系統高速化和小型化的發展趨勢，并為碳化硅技術在車用電機控制中的應用提供試驗平臺。在檢測過程中，基于異類傳感器的信息融合和數據分析，采用電機故障診斷技術，實現對所生產電機性能的評價和故障電機系統的快速篩選。其次，加強電池模擬器、電機模擬器等關鍵試驗設備的軟硬件開發，提高產品可靠性，并與車用電機系統的測試臺架實現無縫結合。一方面要開發高精度的車輛傳動系統模型庫以及人-車-路模型庫，為基于電驅動系統的硬件在環試驗提供模型基礎；另一方面要研究測試臺架與被試電機系統在試驗檢測過程中的耦合關系，實現機電動力學和運動學的準確模擬，提高測試準確性。加強車用電機系統可靠性、電磁兼容性、振動噪聲等和產業化及產品質量密切相關的試驗方法研究，結合車輛的工作環境和負荷需求，考慮試驗成本，加強試驗方法對產業化的影響分析，合理設計試驗條件，避免過強度考核和欠強度考核，為提高車用電機產品的性價比奠定基礎。加強電機系統關鍵零部件的試驗測試技術研究，包括電機控制器、高速軸承、高耐壓絕緣材料、SiC MOSFET模塊、高效低噪聲硅鋼材料等，結合車載工況，研究技術條件，提出試驗方法，開發專用試驗測試設備，這將為高性能車用電機系統的發展提供開發、測試和驗證平臺。2018年，車用驅動電機系統性能檢測認證機構、高等院校、研究院所、整車企業和車用電機制造企業對車用電機系統進行試驗驗證和技術對標工作，《GB/T18488.1-2015 電動汽車用驅動電機系統 第1部分：技術條件》和《GB/T18488.2-2015 電動汽車用驅動電機系統 第2部分：試驗方法》兩項國家標準在電動汽車產品認證公告體系中使用，《GB/T36282-2018電動汽車用驅動電機系統電磁兼容要求和試驗方法》公布并實施，整車和電機企業對此標準進行了重點關注，并進行了相關的技術測試和性能分析。由于測試內容范圍的擴大和測試嚴酷程度的提升，測試成本和測試時間增加，但是也增強了對電機系統的可靠性和安全性的保障，測試結果暴露了國內現階段車用電機系統存在的技術短板，有利于進一步的技術改進。“車用電機系統+減/變速器+差速器”集成結構、電驅動橋、輪轂/輪邊驅動方式和48V電驅動系統的測試方法在2018年獲得重點關注，但是國內現有的測試體系還不能充分滿足以上新產品性能測試及產業化發展的需求，還沒有形成完善的測試方法，現階段主要是根據現有的標準體系進行適當修改以滿足試驗測試的需要，或者基于廠家的設計參數或者整車單位的技術需求進行特殊的試驗設計，試驗測試方法不具有普遍性，專用的試驗設備開發欠缺，測試結果的全面性和可行度不足，這就為新型測試設備的開發制造和測試方法的更新提出了更高的要求。同時，現有的測試設備和測試方法還無法滿足高壓高頻高溫碳化硅控制下的車用電機系統高精度測試需求，新的測試方法以至于測試設備還有待于進一步研究。在未來幾年，基于高性能交流電力測功機系統的電機測試平臺的數字化控制、自動化測試和網絡化集成將更加普遍，利用互聯網技術的測試臺架也將出現，互聯網技術、自動測試技術和數據挖掘技術相結合，將推動測試設備對電機功能的深度開發和充分利用；計算機仿真軟件、試驗臺架和被試電機相結合的程度越來越大，分別依托于電機測試臺架、電機控制策略開發和電機控制器的硬件在環仿真和試驗測試技術將更為成熟，并成為技術發展的主要方向之一。同時，由于碳化硅新技術在電力電子行業的應用和普及，適用于高溫高頻高效控制條件下的電機及控制器的高精度測試技術將獲得發展。
