新能源汽车双电机控制器试验设计研究

李智 刘春伟 张敏

摘要：本文主要介绍了新能源汽车双电机控制器产品开发中试验设计及策划的重要性。文章对某型电机控制器的主要试验内容及试验条件做了详细阐述，提出了该试验策划存在耐久、振动以及电磁兼容等方面驗证不足的问题。针对以上问题，重新对某型电机控制器的认证性试验做了研究，并且扩充了试验项目及验收标准，列举了试验大纲的详细变更点，然后针对改进后的试验大纲，对产品做了重复性试验。试验结果显示，优化后的新产品试验大纲在产品开发验证方面能够更广地涵盖尽可能多的使用工况和客户需求，提升了产品验证的充分性，保证了产品设计的可靠性。

关键词：电机控制器；试验策划；可靠性；耐久性；试验大纲

中图分类号：U467.3 文献标识码：A

0 引言

由于电动机的高效性、低排放以及对可再生能源的兼容性，双电机控制在新能源汽车领域中具有重要的实际应用。通过控制2 个电动机的转速及扭矩输出，双电机控制器得以保证车辆的驱动控制以及电力的补充。然而在双电机控制器子系统开发方面，不合理的试验设计不但无法使零件满足电动汽车的性能目标和驱动效率，同时也无法实现精确的速度和力矩控制。双电机控制器的性能优化需要通过全面的试验验证来衡量和改善。如果试验验证不完整，可能会影响对控制算法、参数调整和系统响应的优化。由于未对所有可能的恶劣工况进行测试，无法全面评估控制器的性能，从而影响到整体系统的效能。

此外对双电机控制器进行完整的试验验证，可以帮助评估其可靠性和耐久性。未经完整试验验证的控制器可能存在潜在的故障风险，如电机过载、电池过热等。这可能导致组件损坏或整个系统崩溃，从而影响车辆的可靠性和持久性。因此双电控的试验设计对整个项目开发至关重要。

1 现有双电机控制器的试验项目

1.1 测试项目以及所使用的设备

表1 所示为某新能源汽车双电机控制器初始的试验项目设计。其中，冷却回路密封测试是使用泄漏测试仪进行密封性的测试，以检测冷却回路的密封性能，确保不发生冷却液泄漏，保证系统正常运行。静态电流测试可以评估系统在休眠状态下的功耗水平，有助于确定系统的能耗状况和电池寿命。旋变角度的测试可以评估电机系统的精确度和响应性能。旋变转速测试可以评估电机系统的转速调节性能和稳定性。电机温度的准确检测可以帮助监控电机的工作状态和防止过热。控制器温度的精确检测可以帮助评估控制器的热管理性能和系统的稳定性。直流耐电压和工频耐电压测试可以评估系统在电压冲击下的耐受能力。安全搭铁检查可以评估系统的搭铁性能。绝缘电阻测试可以评估系统的绝缘状态，以确保系统安全且不发生电流泄漏。被动放电时间测试可以评估系统的能耗和电池寿命，在负载状态下的放电情况。使用电池模拟器、示波器或功率分析仪进行主动放电时间测试，可以评估系统在不同负载工况下的主动放电情况，有助于电池管理和能耗控制。使用电池模拟器、示波器或功率分析仪进行母线电压采样精度测试，可以评估电池管理系统对母线电压的准确检测，确保系统的电源稳定性。三相电流采样精度测试可以评估电机控制系统对三相电流的准确采样，有助于电机控制和故障诊断。

综上所述，这些试验项目的设备和方法选择在某种程度上相对合理，能够对双电机控制器的性能和安全性进行有效评估。

1.2 现有试验项目存在的局限性

对于前文所述的试验项目，覆盖了部分关键性能指标，如电流、温度和转速等，能够对双电机控制器的基本功能进行评估。试验项目中使用了专业的测试仪器，如泄漏测试仪、示波器和兆欧表等，有助于确保测试准确性和可重复性。试验项目也涵盖了控制器的不同方面，从电流、温度到电压和功耗等，能够检验控制器在不同工况下的性能表现。

但是试验项目中缺少针对控制器长时间运行和振动等耐久性测试，这对于评估控制器的可靠性和耐久性是非常重要的。同时也不包括电磁兼容性（EMC）测试，这意味着控制器在电磁干扰和抗干扰方面的表现没有得到充分的评估。试验项目中仅涵盖了控制器本身的功能和性能测试，缺少整车级别的测试。整车级别测试可以更全面地评估控制器与其他系统的协同工作和整车性能。

双电机控制器的耐久性测试旨在评估控制器的可靠性和稳定性，耐久性测试还有助于改进设计和制造过程。通过反馈信息，测试可以发现潜在的设计缺陷、材料问题和制造工艺不足，从而改进产品质量和可靠性，以满足长期使用的要求。

双电机控制器EMC 测试的主要目的是评估控制器在电磁环境下的表现，确保其能够正常操作并与其他设备保持兼容。在这项测试中，控制器将被暴露在各种不同频率和强度的电磁场中，以模拟实际工作环境中可能遇到的各种电磁干扰来源。通过检测控制器在干扰环境中的响应和性能，可以确保其能够正常工作并保持稳定性[1]。

1.3 使用现有试验大纲验证产品可能面临的问题

上述试验内容涵盖了部分控制器的功能和性能检验，但可能无法全面覆盖所有潜在故障模式和工况。而且缺乏全面的验证，有可能导致在产品量产后出现未能预测或发现的故障。仅通过电压电流以及电阻的测试来验证控制器的电器学响应，根本无法覆盖电磁兼容性问题，产品量产后必然会出现与其他设备或系统的电磁兼容性问题，影响整个系统的正常运行。此外，未进行足够的耐久性测试和长期稳定性验证，无法充分了解产品在长期使用和各种环境条件下的可靠性，导致产品过早失效或长时间使用后性能下降的问题。

综上所述，仅依靠上述试验内容进行双电机控制器的验证，可能无法全面评估和预测产品在量产后的各种问题。为了确保产品质量和性能的稳定，在量产前应进行更全面的测试和验证，包括耐久性测试、全面的性能验证、兼容性测试以及长期可靠性评估等。

2 试验设计的改进

2.1 改进后的试验设计

图1 所示为改进后的双电机控制器试验大纲，相比之前的试验项目，细分了强度与冲击、功能与结构、电磁兼容、总成性能及耐久可靠性等子类试验项目，具有以下优越性。

（1） 增加了更全面的总成性能测试项目：新的试验大纲增加了多个总成性能测试项目，涵盖了动态性能和静态性能的多个方面。例如，检测高压端子温升台架测试、低壓供电范围和静态电流等，更全面地评估了双电机控制器的性能。

（2）强调了硬件和结构方面的测试项目：新的试验大纲增加了强度与冲击以及功能与结构方面的测试项目，例如机械强度、冲击属性、外观和金属屑等异物检查等。这些测试项目可以确保双电机控制器在使用中具备足够的强度和结构完整性。

（3）增加了耐久可靠性测试项目：新的试验大纲增加了耐久可靠性方面的多个测试项目，如外部标签的耐磨损、耐湿试验和可靠性试验等。通过这些测试可以评估双电机控制器在长期使用和不同环境条件下的可靠性和耐久性。

（4）强调了EMC 测试：新的试验大纲增加了EMC 方面的抗干扰测试。EMC 测试是非常重要的，可以评估控制器在电磁环境下的兼容性和抗干扰能力，确保其不会对其他设备或通信系统造成干扰。

表2 是改进后完整的试验大纲，通过增加这些新的测试项目，改进后的试验大纲可以更全面地评估双电机控制器的性能、可靠性、结构完整性和兼容性[2-6]。这些新的项目可以更好地检测潜在的问题，并确保双电机控制器在量产后具备高质量、稳定性和可靠性，以满足用户的需求。

2.2 台架搭建

该型电机控制器安装在发动机舱，为高度集成模块，具有模拟和数字输入端口，能够控制电机。电机控制器通过CAN 总线与车辆上的其他模块进行交互通信，CAN 总线的传输速率为500 kb/s。电机控制器直流输出直接连接电机（驱动电机+ 发电机），直流辅电输出接同功率阻性负载。实验的基本台架搭建如图2 所示，其中低压和高压电源通过导线给控制器供电。负载箱利用电机以及控制器相关的负载，通过导线与控制器相连接，上位机可以显示其工作状态。并且，上位机与控制器通过CAN 网络进行通信，利用诊断的方式监控负载状况信息。

2.3 试验结果

完成硬件的安装和布线，以及低压通信调试，上位机信号调试正常后对该型试验样品进行测试。通过多台样本进行各项试验，再通过各类试验结果反馈至产品开发人员，产品开发人员再对产品进行改进后重新制样并再次进行认证试验。以上步骤反复执行直至样品试验通过为止。

通过引入这些新的试验项目，改进后的试验大纲能更全面地评估双电机控制器的性能和可靠性。它不仅覆盖了原有的基本功能和性能测试，还加入了动态工作环境模拟、功耗测试、长期稳定性和耐久性测试、故障模式和容错能力测试以及通信接口测试等关键项目。这些改进增加了对双电机控制器在实际应用中可能遇到各种情况的考虑和验证，能更好地保证双电机控制器在量产后的性能、可靠性和兼容性。

3 结束语

本研究致力于设计和实施一套全面的双电机控制器试验方案。通过对双电机控制器进行综合性的性能、可靠性、结构和兼容性测试，得出了关于该控制器在实际应用中的表现和性能的全面评估。在设计试验方案时，本文充分考虑了不同的工况和环境条件，包括动态和静态性能、强度与冲击、耐久可靠性、功能与结构以及EMC 等方面。通过严谨的试验过程和详细的数据分析，能够全面了解双电机控制器的性能特点、结构完整性和耐久性。

通过本次试验设计，不仅得出了关于双电机控制器性能和可靠性的全面结论，还为今后的产品开发和改进提供了参考。同时，我们希望本文的研究成果能够为相关领域的研究和应用提供有价值的参考，并为双电机控制器的发展和应用做出贡献。

然而，本研究还存在一些局限性。例如，受限于时间和资源，未能涵盖所有可能的工况和故障模式。此外，在试验过程中也可能存在一些未考虑到的因素对结果产生影响的情况。因此，今后的研究可以继续完善和扩展该试验方案，以进一步提高双电机控制器的性能和可靠性。

【参考文献】

[1] 李智，罗红锦，何放. 新能源汽车双电机控制器EMC 试验及问题原因分析[J].《汽车与驾驶维修》2023（9）：20-24.

[2] GB/T 28046.2-2019 道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第2 部分： 电气负荷[S].

[3] GB/T 18488.2-2015 电动汽车用驱动电机系统 第2 部分： 试验方法[S].

[4] GB/T 18488.1-2015 电动汽车用驱动电机系统 第1 部分： 技术条件[S].

[5] GB/T 28046.3-2011 道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第3部分： 机械负荷[S].

[6] GB/T 28046.4-2011 道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试验 第4部分 气候负荷[S].

作者简介：

李智，本科，工程师，研究方向电机控制器总体设计。