新能源电驱系统标准解读与拓展：转速冲击耐久

导语：整车在全生命周期内，其真实的驾驶工况由非常复杂的动态载荷所组成，如启动/停车、加速/刹车、TIP IN/TIP OUT、能量回收的扭矩交变等，为了充分考虑上述特定工况中出现的转速和扭矩交变，那么与其强关联的台架动态负荷耐久则是系统验证的关键环节，动态负荷耐久由两"兄弟"组成：低负荷的急加急减速耐久、稳速下的扭矩冲击耐久，之前已对扭矩冲击耐久做过介绍和解读，详见：《新能源电驱系统标准解读与拓展：扭矩冲击耐久试验》，今天我们来聊聊其孪生兄弟：转速冲击耐久。通过本文阅读，以下问题可以初步了解：什么是扭矩冲击耐久？是对谁的考核(失效形式)? 为什么要进行扭矩冲击耐久? 如何"定制化"设计此试验？

本文按如下逻辑展开：

1. 为什么要做转速冲击耐久？

2. 什么是转速冲击耐久？

3. 考核对象和失效模式

4. 如何定义转速冲击耐久？

1. 为什么要做转速冲击耐久？

之前写过关于《传动系统疲劳寿命试验》的文章，但这里的“疲劳寿命试验“特指稳态负荷耐久试验，是在若干个特定扭矩和转速组合下的负荷测试， 如GB/T29307和QC/T1022所提到的可靠性试验，一般是为了在项目早期为了尽快验证传动系统零部件寿命情况所设计的。

BUT ，全生命周期内，整车真实的驾驶工况并非是稳态的，是由非常复杂的动态载荷所组成，如启动/停车、加速/刹车、TIP IN/TIP OUT、能量回收的扭矩交变等，为了充分考虑上述特定工况中出现的扭矩交变等。为了充分考虑上述特定工况中出现的转速和扭矩交变，那么与其强关联的台架动态负荷耐久试验是系统验证不可或缺的一部分，即扭矩冲击耐久和转速冲击耐久。

2. 什么是转速冲击耐久？

转速冲击试验，也可称为转速冲击试验、急加速-急减速试验等，它属于电驱动总成耐久性试验的一个项目，是一种在台架上进行的考核电驱动总成在低负荷下转速快速交变的可靠性试验。转速冲击试验的工况可以参考相关标准制定，也可以整车路谱转化而来，用以模拟电动车在实际使用过程中的转速变化情况。

3. 考核对象和失效模式

转速冲击试验主要用于评估电驱动总成的机械强度，如电机轴承、减速器轴承、电机转子、电机油封、位置传感器及齿轮等。作为一种探测手段，主要是评估但不仅限用考核以下的失效：

1. 电机与减速器配合花键的磨损、断裂

2. 转子硅钢片与转子轴过盈配合失效

3. 电机转子螺栓变形、断裂

4. 电机转子压板失效

5. 转子轴承蠕变、油脂脱落

6. 位置传感器信号漂移

7. 减速器齿轮断裂

8. 减速器轴承蠕变、异响

4. 如何定义转速冲击耐久？

在《扭矩冲击耐久试验》中我们提到过，电驱系统的试验设计或标准定义，一句话概括是"源于整车，用于整车"。同样， 整车若想把"转速冲击耐久"牢牢握在手中， 如同如来通过"五指山"镇压了孙猴子，"五个手指"缺一不可：转速n、扭矩T、时间t、循环次数N、试验温度T_coolant。

当前，部分整车厂或零部件公司会采用如下方案执行转速冲击耐久：系统置于空载状态，以最大转速重复正反向旋转一定次数，具体如下。

双向转动的电机测试工况，如图1所示：

单向转动的电机测试工况，如图2所示：

其中，

t：停留时间（s）

n：电机转速（rpm）

n_m 最高转速（rpm）

s：单个循环时间（s）

其中，循环次数N，峰值转速停留时间t，冷却水温度T_coolant，需要供应商与客户达成一致。

需要说明的是，在上面两张图的中从零加速到峰值速度是等于目标车辆的加速度，是需要从客户的要求中来，而峰值停留时间t 应减少到技术可能的最小值。对于循环数有分级和定义如下

但是，上述定义有一定的局限性，具体如下：

1. 速度交变工况考核单一，与实际不符

对于加速考核只有一种，从0到最高转速，而实际使用过程中，我们通常会只线性加速到60km/h，80km/h或者100km/h等，从0加速到最高转速的工况，使用工况极少。

2. 从零加速到峰值，加速斜率不变

目前纯电动车的电机转速都很高，有的甚至可以到2万以上，在整车实际使用过程中，加速的斜率是会分区间，如0到6000rpm，加速时间比较短，而6000到12000加速时间会相对较长。

3. 加速循环数定义与整车设计寿命无法等效

当前三合一电驱动总成的设计寿命一般都由整车定义，10年/30万公里是比较常见的要求，从ISO 21782-6，我们是没有办法完全与我们的设计寿命要求等效的。

考虑到上述局限性，我们要如何定义急变速耐久规范，以真实、准确地表达整车应用工况呢? 留给大家来做思考。

提示一下：透过表象，去挖掘事物的本质，回归物理和数学模型中，下面这张图可能会给你一些启发，详情我们后续解读。

【参考文献】

[1].汽车先进技术译丛 汽车与机械工程中的可靠性［M］ 北京：机械工业出版社2014

[2]. Electrically propelled road vehicles —Test specification for electric propulsion components —Part 6:Operating load testing of motor and inverter: ISO 21782-6［S］, The British Standards Institution ,2019

[3]. 全国汽车标准化技术委员会．GBT38146.1-2019中国汽车行驶工况 第1部分:轻型汽车［S］．北京:中国标准出版社，2019

[4]. 全国汽车标准化技术委员会．电动汽车用驱动电机系统可靠性试验方法: GB/T 29307－2012［S］．北京:中国标准出版社，2013．