王建武，潘圣臨，曹權(quán)佐，王宏敏，孫云龍

（哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

引言

隨著我國對(duì)排放、油耗等要求的日益嚴(yán)格，搭載混合動(dòng)力技術(shù)的汽車得到了大力的發(fā)展及應(yīng)用。最常見的混合動(dòng)力汽車是同時(shí)帶有內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種能量轉(zhuǎn)換裝置的車輛，通過對(duì)其動(dòng)力部件進(jìn)行不同組合的配置，可以滿足不同的使用用途。本文通過對(duì)一種48V助力回收系統(tǒng)輪系可靠性試驗(yàn)方案進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，為后續(xù)48V助力回收系統(tǒng)的研究提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 48V助力回收系統(tǒng)介紹

混合動(dòng)力汽車有多種動(dòng)力部件，它們可以進(jìn)行不同的組合配置，應(yīng)用于各種使用場(chǎng)合滿足不同的用途。混合動(dòng)力系統(tǒng)的分類，如圖1所示。

圖1 混合動(dòng)力系統(tǒng)的分類

48V助力回收系統(tǒng)作為微混技術(shù)的一種，屬于P0架構(gòu)，如圖2所示，其系統(tǒng)主要包括BSG電機(jī)、電機(jī)控制器、DCDC轉(zhuǎn)換器、超級(jí)電容或鋰離子電池等，可以適配 MT、AMT、AT等變速器。

搭載48V助力回收系統(tǒng)的車型較傳統(tǒng)車型，電氣化低成本，易于集成，起停舒適，助力改善駕駛性，提高車輛起步性能等，且搭載 48V助力回收系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)油率達(dá)到9-12%。根據(jù)搭載48V助力回收系統(tǒng)汽車的結(jié)構(gòu)和工作特性，該類混合動(dòng)力汽車有4種基本工作模式：起動(dòng)工況、減速工況、加速工況、正常行駛工況。

圖2 48V助力回收系統(tǒng)

2 DV試驗(yàn)驗(yàn)證

DV試驗(yàn)主要驗(yàn)證由于增加負(fù)載變化引起的硬件變化帶來的影響，根據(jù)混動(dòng)工作系統(tǒng)特點(diǎn)，電機(jī)在100%負(fù)荷輸出、50%負(fù)荷輸出、不介入發(fā)動(dòng)機(jī)工作這三種狀態(tài)下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭振水平的影響進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果如下。

2.1 升速、降速工況

發(fā)動(dòng)機(jī)扭振試驗(yàn)工況為發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷 wot升速、1000-5500rpm，發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷減速、5500-1000rpm。電機(jī)的工況為 100%負(fù)荷輸出、50%負(fù)荷輸出、電機(jī)不介入工作。在電機(jī)三種工作狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)2階扭振曲線分別如圖3、圖4所示。

圖3 升速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)2階扭振曲線對(duì)比

圖4 降速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)2階扭振曲線對(duì)比

從試驗(yàn)結(jié)果可知，電機(jī)100%負(fù)荷輸出、電機(jī)50%負(fù)荷輸出、電機(jī)不介入發(fā)動(dòng)機(jī)工作這三種狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)扭振滿足要求，混動(dòng)工況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭振影響小。升速工況和降速工況結(jié)果一致。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)扭振colormap圖

各階次亮線明顯，在2階4525-4850rpm紅色亮帶顯著，與overall圖上4800rpm左右起峰值相對(duì)應(yīng)，無NVH問題。

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)扭振colormap圖

2.3 混動(dòng)4G15T發(fā)動(dòng)機(jī)與原4G15T發(fā)動(dòng)機(jī)扭振水平對(duì)比

混動(dòng)4G15T發(fā)動(dòng)機(jī)扭振水平與原4G15T發(fā)動(dòng)機(jī)扭振水平基本接近。設(shè)計(jì)符合要求。

圖6 混動(dòng)4G15T發(fā)動(dòng)機(jī)與原4G15T發(fā)動(dòng)機(jī)扭振水平對(duì)比

綜上所述，搭載48V BSG電機(jī)的混動(dòng)4G15T發(fā)動(dòng)機(jī)輪系設(shè)計(jì)合理，扭振水平符合設(shè)計(jì)要求。

3 耐久試驗(yàn)方案

3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)主要參數(shù)

試驗(yàn)用48V助力回收系統(tǒng)部件的主要參數(shù)，如表1所示。

表1 48V助力回收系統(tǒng)部件的主要參數(shù)

3.2 試驗(yàn)方案

3.2.1 實(shí)現(xiàn)功能

根據(jù)搭載48V助力回收系統(tǒng)的混合動(dòng)力汽車的4種基本工作模式，起動(dòng)工況、減速工況、加速工況、正常行駛工況，設(shè)計(jì)BSG電機(jī)在其基本工作模式下的功能包括起停功能、加速助力功能、制動(dòng)能量回收功能、傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)功能，綜合主要零部件的影響可靠性指標(biāo)，制定48V助力回收系統(tǒng)輪系的可靠性工況，滿足整車20完公里可靠性要求。

3.2.2 試驗(yàn)工況

為了達(dá)到48V助力回收系統(tǒng)考核目的，需要專門設(shè)計(jì)專項(xiàng)的循環(huán)試驗(yàn)工況，工況涉及以下幾個(gè)方面。

（1）確認(rèn)耐久時(shí)間

若按照真實(shí)工況進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)行20萬公里，與真實(shí)情況更貼近，但可靠性周期長(zhǎng)，不利于產(chǎn)品開發(fā)，若采用高在和工況考核，周期短，但也不能完全體現(xiàn)零件的考核要求，所以在進(jìn)行耐久時(shí)間確認(rèn)上，需要綜合可靠性工況、可靠性試驗(yàn)周期兩方面考慮。

（2）工況設(shè)計(jì)

混動(dòng)輪系與4G15T原機(jī)對(duì)比，主要變化使由于BSG電機(jī)參與引起的變化，因此輪系耐久工況需要包括有啟停、發(fā)電、助力和能量回收工況，根據(jù)CAE仿真數(shù)據(jù)分析結(jié)果，需要綜合考慮最大載荷（最大扭矩）要求，耐久時(shí)間考慮最大功率要求。

根據(jù)混動(dòng)工況特點(diǎn)，工作特性，選取典型工作點(diǎn)進(jìn)行可靠性考核工況節(jié)點(diǎn)，共計(jì)設(shè)計(jì)方案如下表所示：

表2 輪系可靠性及耐久時(shí)間方案設(shè)計(jì)

方案一、方案二、方案三由于考核時(shí)間太長(zhǎng)，不建議采用；方案四使用發(fā)動(dòng)機(jī)工況，時(shí)間較長(zhǎng)且在可靠性實(shí)際過程中，需要停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，不建議采用；方案六考核時(shí)間負(fù)荷要求，考核程度大，但由于與工況法比例不一致，不建議采用。方案五與實(shí)際工況較接近，考核時(shí)間基本負(fù)荷要求，能夠覆蓋水泵及水泵皮帶輪載荷變化帶來的考核需求；滿足BSG電機(jī)、雙向張緊器考核需求；對(duì)于皮帶，存在電機(jī)順時(shí)針、逆時(shí)針兩個(gè)方向的扭矩考核，滿足考核要求。所以以方案五為基礎(chǔ)，進(jìn)行可靠性工況的優(yōu)化。

表3 臺(tái)架可靠性試驗(yàn)工況循環(huán)

搭載48V BSG電機(jī)的臺(tái)架可靠性試驗(yàn)工況循環(huán)中，方案五中每個(gè)循環(huán)工況中包含3次加速助力工況，1次怠速啟停工況，3次能量回收工況以及3個(gè)正常穩(wěn)定工況等模擬整車車載工況來考核48V助力回收系統(tǒng)功能及可靠性性能，能夠?qū)崿F(xiàn)48V助力回收系統(tǒng)基本功能考核目的。試驗(yàn)工況循環(huán)步數(shù)如表3所示。

表中工況通過臺(tái)架模擬，符合臺(tái)架運(yùn)行要求，故采用此工況進(jìn)行考核。

BSG電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)工況示意圖，如圖7、圖8所示。

圖7 臺(tái)架試驗(yàn)中電機(jī)加載扭矩曲線圖

圖8 臺(tái)架試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速曲線圖

3.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

（1）混動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)輪系評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)前后對(duì)輪系相關(guān)零件進(jìn)行拍照和分析，是否存在異響、損壞等情況。

（2）性能復(fù)試中，外特性曲線下最大凈功率、最大凈扭矩、最低燃油消耗率劣化下降均不得超過初試值的5%。

（3）性能復(fù)試中，機(jī)油燃油消耗百分比不得超過0.2%。

（4）性能復(fù)試中，最大活塞漏氣量不得大于 GB/T 19055-2003的限值要求。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

通過搭載48V BSG電機(jī)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，臺(tái)架搭載如圖9、圖10所示。

圖9 安裝48V BSG電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架

圖10 動(dòng)力總成試驗(yàn)臺(tái)架

4 結(jié)論

通過將48V助力回收系統(tǒng)輪系作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行可靠性試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，為我司48V助力回收系統(tǒng)輪系可靠性試驗(yàn)提供了一種如何評(píng)價(jià)可靠性的試驗(yàn)思路。