CN104236901A

CN104236901A - 一种基于emt的轮毂电机总成耐久性评价方法

Info

Publication number: CN104236901A
Application number: CN201410453530.1A
Authority: CN
Inventors: 吴森; 黄斌; 龙成冰; 付翔; 刘帅; 王红雷; 王玉刚; 褚少威
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Zhejiang Anlun Automobile Technology Co., Ltd.
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: CN104236901B

Abstract

本发明提供基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，EMT输出轴端通过联轴器与轮毂电机总成输入端相连，将EMT的输出转速和转矩与轮毂电机总成的输出转速和转矩耦合在一起；EMT挂入相应需求档位：根据轮毂电机总成的转速范围和最大力矩计算EMT需输出的转速范围和最大力矩，选择EMT的档位；对轮毂电机总成进行磨合试验，磨合试验结束时轮毂电机总成存在故障则停机检修，之后继续进行磨合试验；对轮毂电机总成进行耐久性试验，直至轮毂电机总成出现故障，停机，查找故障原因并记录相应参数；根据S4记录的故障原因及相应参数，评价轮毂电机总成的耐久性。本发明方法实现轮毂电机总成的耐久性评价，填补这一领域的空白。

Description

一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法

技术领域

本发明涉及电动汽车试验台架测试领域，尤其涉及一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法。

背景技术

轮毂电机独立驱动汽车是未来电动汽车发展的主要方向之一，具有操作灵活、可控制性好、动力性好等特点，能够适应各种复杂的路面和实现各种复杂运行。轮毂电机总成是指将驱动电机和减速机构与车轮集成在一起，包括相应的轮毂电机控制器，使得车辆的布置更加灵活和紧凑，但目前轮毂电机还处于研发和试制阶段，缺少相应的标准和测试台架。

CN200910061844.6公开了一种电驱动自动变速器(EMT)，将驱动电机和机械变速器集成在一起，在机械变速器换挡的过程中，驱动电机同时充当调速换挡电机，采用电机调速主动同步，是一款新型的自动变速器，同时也是一种动力输出装置，具有输出转矩和速度范围较广、控制简单、结构紧凑的特点，是一种具有广泛应用潜力的自动变速器之一。

轮毂电机总成的耐久性是评价轮毂电机在电动汽车上使用的一个重要指标之一，目前还未制定与轮毂电机总成耐久性相关的标准。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，填补这一领域的空白。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、EMT输出轴端通过联轴器与轮毂电机总成输入端相连，将EMT的输出转速和转矩与轮毂电机总成的输出转速和转矩耦合在一起；

S2、EMT挂入相应需求档位：根据轮毂电机总成的转速范围和最大力矩计算EMT需输出的增速比，选择EMT的档位；

S3、对轮毂电机总成进行磨合试验，若磨合试验结束时轮毂电机总成存在故障，则停机检修，之后继续进行磨合试验，直至磨合试验结束时各部件正常；

S4、对轮毂电机总成进行耐久性试验，直至轮毂电机总成出现故障，停机，查找故障原因并记录相应参数；

S5、根据S4记录的故障原因及相应参数，对于单台轮毂电机总成记录故障部件及无故障运行时长。

它还包括以下步骤：

对n台轮毂电机总成分别进行试验，统计试验损坏部件，确定易损坏部件；

计算平均首次故障时间MTTFF和故障平均间隔时间MTBF，计算公式如下：

MTTFF = \frac{T^{'}}{n^{'}}

T^{'} = Σ_{j = 1}^{n^{'}} T_{j}^{'} + (n - n^{'}) T_{e}

式中：n'表示发生故障的轮毂电机总成数；T'表示无故障工作时间；T′_j表示第j个轮毂电机总成首次故障时间；n表示试验轮毂电机总成数量；T_e表示定尾时间；

MTBF = \frac{T}{r}

T = Σ_{j = 1}^{k} T_{j} + (n - k) T_{e}

r表示T时间内发生的故障总数；k表示终止试验轮毂电机总成数；T表示工作总时间；T_j表示第j个轮毂电机总成终止试验时间。

按上述方案，所述的S2中EMT需输出的增速比计算公式如下：

i^{'} = \frac{T_{\max} * i_{0} * η_{0}}{T_{\max}^{'} * η}

i^{''} = \frac{n_{\max}^{'} * i_{0}}{n_{\max}}

式中：i'为转矩需求的最小增速比；i″为转速需求的最小增速比；T_max表示轮毂电机总成中轮毂电机的最大输出力矩；i₀表示轮毂电机总成中减速比；η₀表示轮毂电机总成中减速器的机械效率；T′_max表示轮EMT中驱动电机的最大输出力矩；η表示EMT中变速器的机械效率；

最小增速比i＝max{i',i″}，选择大于i的增速比所对应的EMT的档位。

按上述方案，所述的EMT的档位为4个，对应的第1至4档位的增速比i₁、i₂、i₃、i₄分别为5.82、3.23、1.79、1。

按上述方案，所述的S3磨合试验的具体步骤如下：

S301、使轮毂电机总成处于转速控制模式下运行，逐步将其转速升高；当轮毂电机转速升至额定转速，将轮毂电机总成设置在空载状态下，运行至各个部件的温度均处于稳定状态；启动EMT，EMT电机处于转矩控制模式下，设定EMT轴端转矩的目标转矩Ta；运行2小时；

S302、将轮毂电机反转，重复S301，运行2小时；

S303、循环S301和S302共N次，记录试验过程中各个温度、电流和电压是否正常，以及是否存在异响状况；若一切试验数据正常，且不存在异响，表示磨合试验结束，反之则停机检查、解决问题后继续进行磨合试验。

按上述方案，所述的EMT轴端转矩的目标转矩Ta为轮毂电机总成最大输出转矩的10％。

按上述方案，所述的S301和S302的循环次数N取6。

按上述方案，所述的S4耐久性试验的具体步骤如下：

S401、使轮毂电机总成处于转速控制模式下，逐步将其转速升高；当轮毂电机转速升至额定转速，将轮毂电机总成设置在空载状态下，运行至各个部件的温度均处于稳定状态；

S402、使轮毂电机总成运行在设定工况下循环试验，直至轮毂电机总成出现故障为止，记录运行时间、显示和保存相应数据；自动停机并查找故障代码和故障原因。

按上述方案，所述的S402中使轮毂电机总成运行在设定工况下循环试验，具体如下：

启动EMT，使其驱动电机处于发电运行状态，记此时刻为0；

令EMT电机处于转矩控制模式下，逐步均匀增大EMT轴端输出力矩至轮毂电机总成输出额定力矩Te，记此时刻为t1；

维持轮毂电机总成输出额定力矩Te运行时长(t2-t1)后，逐步均匀增大EMT轴端输出力矩至轮毂电机总成输出最大力矩Tm，记此时刻t3；

维持轮毂电机总成输出最大力矩Tm运行时长(t4-t3)后，EMT电机逐步均匀降低扭矩直至为零，停止轮毂电机总成，让其自动降速；

调整EMT电机处于转速控制模式，将其转速升至轮毂电机额定转速ne；

启动轮毂电机总成，使轮毂电机处于发电运行状态；令轮毂电机处于转矩控制模式，逐步均匀增大轮毂电机总成输出力矩至额定转矩Te，记此时刻为t5；

维持轮毂电机总成输出力矩为额定转矩Te运行时长(t6-t5)后，轮毂电机逐步均匀卸载至输出力矩为零，EMT停止运行，循环工况结束；

t1至t6均为预设值。

按上述方案，所述的S4耐久性试验过程中，每间隔一个小时人工检查各个设备和部件，若出现故障，则停机检查并维修，维修完成后继续试验。

按上述方案，所述的S4耐久性试验过程中，若EMT出现故障导致停机，则进行检查维修，维修完成后继续试验。

本发明的有益效果为：

1、按本发明方法设定好程序控制EMT和轮毂电机总成，即可实现磨合试验和耐久性试验，各试验结果均自动保存和分析，实现轮毂电机总成的耐久性评价，填补这一领域的空白；整个过程无需或需要少量人工操作，简单快捷方便。

2、通过合理设置各种工况对轮毂电机总成进行试验，与电动汽车的实际运行相适应，实现试验过程的自动化，减少了试验人员的劳动强度。

附图说明

图1为本发明一实施例的试验系统结构示意图；

图2为本发明一实施例的流程图；

图3为本发明一实施例中轮毂电机总成磨合试验的流程图；

图4为本发明一实施例中生成轮毂电机总成运行设定工况示意图；

图5为本发明一实施例中实现充电机自动充电的流程图。

图中：1-EMT；2-增速器；3-轮毂电机总成；4-电机控制器；5-动力电池；6-轮毂电机控制器；7-ECU；8-BMS；9-VCU；10-上位机；11-充电机；12-联轴器；13-转速传感器；14-温度传感器；15-电压和电流传感器；16-电压和电流传感器；17-电压和电流传感器；18-温度传感器；19-电流传感器；20-电压传感器；21-温度传感器；22-转速传感器；23-温度传感器；24-温度传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明一实施例的试验系统结构示意图，EMT 1通过联轴器12与轮毂电机总成3相连，扭矩传感器2位于EMT 1输出轴端；动力电池5为电机控制器4和轮毂电机控制器6提供直流高压电能，电机控制器4将直流高压电能逆变成三相交流电为EMT 1中的驱动电机提供电能，同时控制EMT 1中的驱动电机，轮毂电机控制器6将直流高压电能逆变成三相交流电为轮毂电机总成3中的轮毂电机提供电能；EMT 1中自带转速传感器22用于测量EMT 1轴端输出转速和驱动电机转速，EMT 1中自带温度传感器23用于测量电机定子温度，将测量的温度和转速反馈给控制单元(ECU)7，同时也将所测驱动电机转速反馈为电机控制器4；电机控制器4自带温度传感器21，将测得电机控制器4温度反馈给ECU 7；扭矩传感器2将测得转矩反馈给ECU 7；轮毂电机总成6自带转速传感器13和温度传感器14用于测量轮毂电机转速和轮毂电机定子温度，将测量转速和温度反馈给整车控制器(VCU)9，同时也将所测轮毂电机转速反馈给轮毂电机控制器6；轮毂电机控制器6自带温度传感器18，将测得轮毂电机控制器6温度反馈给VCU 9；试验系统通过外接电压和电流传感器(15、16、17)测量轮毂电机控制器6输出的三组交流电压和电流，并将测量值反馈给VCU 9；试验系统通过外接电压传感器20和电流传感器19测量轮毂电机控制器6输入直流电流和电压，并将测量值反馈给VCU 9；电池管理系统(BMS)8用于检测动力电池5的母线总电流、总电压、SOC值、温度等，并将SOC值反馈给充电机，充电机通过SOC值试验过程中动力电池自动充电；ECU 7、BMS 8、VCU 9三者通过CAN总线与上位机10相连，上位机10通过PLC和Labview实现对ECU 7、BMS 8、VCU 9三者的控制、数据显示和保存，是试验系统控制部分的核心。CAN总线，将试验系统连接成一个整体网络，通过扭矩传感器2实现EMT 1或轮毂电机总成3的扭矩闭环控制，使得实际输出扭矩与目标扭矩相等；轮毂电机的转速传感器和EMT 1中驱动电机转速传感器实现了转速的闭环控制，是目标转速与实际转速相等。

图2为本发明一实施例的流程图，它包括以下步骤：

S1、EMT输出轴端通过联轴器与轮毂电机总成输入端相连，将EMT的输出转速和转矩与轮毂电机总成的输出转速和转矩耦合在一起；具体的连接方式如图1所示。

S2、EMT挂入相应需求档位：根据轮毂电机总成的转速范围和最大力矩计算EMT需输出的增速比，选择EMT的档位。增速比计算公式如下：

i^{'} = \frac{T_{\max} * i_{0} * η_{0}}{T_{\max}^{'} * η}

i^{''} = \frac{n_{\max}^{'} * i_{0}}{n_{\max}}

本实施例中优选的，EMT的档位为4个，对应的第1至4档位的增速比i₁、i₂、i₃、i₄分别为5.82、3.23、1.79、1。

S3、对轮毂电机总成进行磨合试验，若磨合试验结束时轮毂电机总成存在故障，则停机检修，之后继续进行磨合试验，直至磨合试验结束时各部件正常。

磨合试验的具体步骤如图3所示：

S302、将轮毂电机反转，重复S301，运行2小时；

优选的，EMT轴端转矩的目标转矩Ta为轮毂电机总成最大输出转矩的10％。

优选的，循环S301和S302次数为6。

S4、对轮毂电机总成进行耐久性试验，直至轮毂电机总成出现故障，停机，查找故障原因并记录相应参数。

耐久性试验的具体步骤如下：

图4为本发明一实施例中生成轮毂电机总成运行设定工况示意图，按照图4，使轮毂电机总成运行在设定工况下循环试验，具体如下：

启动EMT，使其驱动电机处于发电运行状态，记此时刻为0；

t1至t6均为预设值。

耐久性试验过程中，每间隔一个小时人工检查各个设备和部件，若出现故障，则停机检查并维修，维修完成后继续试验；若EMT出现故障导致停机，则进行检查维修，维修完成后继续试验。

优选的，还可以包括以下步骤：对多台轮毂电机总成分别进行试验，统计试验损坏部件，确定易损坏部件，以此试验为基础对轮毂电机总成进行改进；

MTTFF = \frac{T^{'}}{n^{'}}

T^{'} = Σ_{j = 1}^{n^{'}} T_{j}^{'} + (n - n^{'}) T_{e}

式中：n'表示发生故障的轮毂电机总成数；T'表示无故障工作时间，单位时间小时(h)；T′_j表示第j个轮毂电机总成首次故障时间，单位时间为(h)；n表示试验轮毂电机总成数量；T_e表示定尾时间，通常选402h；

MTBF = \frac{T}{r}

T = Σ_{j = 1}^{k} T_{j} + (n - k) T_{e}

r表示T时间内发生的故障总数；k表示终止试验轮毂电机总成数；T表示工作总时间；T_j表示第j个轮毂电机总成终止试验时间。其中r和T_j均不计轻微故障，轻微故障指无主要硬件损坏，不需更改或更换硬件即可继续运行。

为了将故障原因表述的更为清楚，本发明实施例提供故障代码处理表，如表1所示，表中给出了各个故障的代码、故障所属系统、故障所属部件、故障现象、故障处理方式。

表1

图5为本发明一实施例中实现充电机自动充电的流程图，电机自动充电的具体步骤：S6、BMS检测动力电池SOC值；S7、反馈给充电机；S8、SOC值是否低于设定最低充电值，低于设定最低值，继续下一步；否则不开启自动充电；S9、充电机自动开启；S10、充电；S11、SOC是否高于设定充电最高值；高于最大值，充电结束；否则，继续充电。

可选的，本发明方法还可以设置冷却系统，在各主要部件设置温度传感器，根据部件温度开启或关闭冷却系统。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求保护范围。

Claims

1.一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：它包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：它还包括以下步骤：

MTTFF = \frac{T^{'}}{n^{'}}

T^{'} = Σ_{j = 1}^{n^{'}} T_{j}^{'} + (n - n^{'}) T_{e}

MTBF = \frac{T}{r}

T = Σ_{j = 1}^{k} T_{j} + (n - k) T_{e}

3.根据权利要求1所述的一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：所述的S2中EMT需输出的增速比计算公式如下：

i^{'} = \frac{T_{\max} * i_{0} * η_{0}}{T_{\max}^{'} * η}

i^{''} = \frac{n_{\max}^{'} * i_{0}}{n_{\max}}

4.根据权利要求3所述的一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：所述的EMT的档位为4个，对应的第1至4档位的增速比i₁、i₂、i₃、i₄分别为5.82、3.23、1.79、1。

5.根据权利要求1所述的一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：所述的S3磨合试验的具体步骤如下：

S302、将轮毂电机反转，重复S301，运行2小时；

6.根据权利要求5所述的一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：所述的EMT轴端转矩的目标转矩Ta为轮毂电机总成最大输出转矩的10％。

7.根据权利要求5所述的一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：所述的S301和S302的循环次数N取6。

8.根据权利要求1所述的一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：所述的S4耐久性试验的具体步骤如下：

9.根据权利要求8所述的一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：所述的S402中使轮毂电机总成运行在设定工况下循环试验，具体如下：

启动EMT，使其驱动电机处于发电运行状态，记此时刻为0；

t1至t6均为预设值。

10.根据权利要求1或9所述的一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：所述的S4耐久性试验过程中，每间隔一个小时人工检查各个设备和部件，若出现故障，则停机检查并维修，维修完成后继续试验。

11.根据权利要求1或9所述的一种基于EMT的轮毂电机总成耐久性评价方法，其特征在于：所述的S4耐久性试验过程中，若EMT出现故障导致停机，则进行检查维修，维修完成后继续试验。