【摘" 要】基于一款集成化電驅(qū)動(dòng)總成案例，評(píng)定其電動(dòng)狀態(tài)下系統(tǒng)效率測(cè)量結(jié)果的不確定度影響因素。首先使用測(cè)功機(jī)、功率分析儀、電流傳感器等儀器設(shè)備直接測(cè)量電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、直流母線電壓和直流母線電流等參量，并計(jì)算獲得電驅(qū)動(dòng)總成電動(dòng)狀態(tài)下的系統(tǒng)效率，然后從人員、設(shè)備、樣品、環(huán)境、檢測(cè)方法等多維度分析影響檢測(cè)結(jié)果的不確定度因素，為提高檢測(cè)水平和檢測(cè)精度提供指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車；驅(qū)動(dòng)電機(jī)；不確定度；系統(tǒng)效率

中圖分類號(hào)：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）11-0023-04

Analysis of the Uncertainty of the Electric Vehicle Drive Motor's System Efficiency

WEI Qianqian，SUN Shoufu

（CATARC New Energy Vehicle Test Center（Tianjin） Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

【Abstract】Based on a case study of an integrated electric drive assembly，evaluate the uncertainty influencing factors of system efficiency measurement results under electric state. Firstly，instruments and equipment such as dynamometers，power analyzers，and current sensors are used to directly measure parameters such as motor output shaft speed and torque，DC bus voltage and DC bus current，and calculate the system efficiency of the electric drive assembly under electric state. Then，the uncertainty factors affecting the detection results are analyzed from multiple dimensions such as personnel，equipment，samples，environment，and detection methods，which provide guidance for improving detection level and accuracy.

【Key words】electric vehicles；drive motor；uncertainty；system efficiency

根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)2023年1月12日信息發(fā)布會(huì)的數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)新能源汽車持續(xù)井噴式增長(zhǎng)，穩(wěn)居全球第一。2022年，純電動(dòng)汽車和插電式混動(dòng)汽車銷量達(dá)688萬(wàn)，市場(chǎng)滲透率提升至25.6%。2023年1～6月，新能源汽車銷量達(dá)374萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)44%[1]。中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了“彎道超車”，已全面步入市場(chǎng)化的開(kāi)拓期。目前國(guó)內(nèi)各大主機(jī)廠的產(chǎn)品線已向新能源汽車傾斜；外資和合資車企也積極布局整車組裝和核心零部件研發(fā)能力，以達(dá)成建立企業(yè)核心技術(shù)壁壘從激烈的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出的目標(biāo)。

電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程要求不斷提升，除增大電池容量外，最主要的方法就是減少能量損耗，電動(dòng)汽車核心驅(qū)動(dòng)部件電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率成為關(guān)注的重點(diǎn)。在新能源技術(shù)應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器、減速器深度集成一體化成為了新能源汽車領(lǐng)域的主要技術(shù)方向，電驅(qū)一體化除了減少了系統(tǒng)體積和質(zhì)量，提升整車布局的便利性外，還大大降低了能量損耗，提升了系統(tǒng)效率。系統(tǒng)效率作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)品特性的重要測(cè)評(píng)指標(biāo)，也是公告試驗(yàn)中的重要部分[2]。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作原理，直流母線輸入的直流電經(jīng)電機(jī)控制器轉(zhuǎn)化為三相交流電輸入給電機(jī)，電機(jī)通過(guò)電磁感應(yīng)的原理把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，因此其能力損耗包含控制器部分的能力損耗和電機(jī)部分的能力損耗。本文的測(cè)試用例計(jì)算的是電驅(qū)動(dòng)總成的整體效率。

1" 應(yīng)用實(shí)例

1）測(cè)量方法：根據(jù)GB/T 18488.2—2015中7.2.4.3的要求，測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)總成在電動(dòng)工作狀態(tài)下的系統(tǒng)效率，環(huán)境溫度范圍為22～28℃，濕度范圍為45%～75%RH[3]。

2）試驗(yàn)方案布置：依據(jù)圖1，完成樣品安裝和系統(tǒng)連接。小電源為驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的低壓控制模塊供電，電池模擬器為功率模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等提供高壓電。電功率由功率分析儀、電流傳感器采集完成。電流傳感器采集驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器直流母線電流信號(hào)輸入至功率分析儀，經(jīng)處理獲得直流母線電流；直流母線電壓由功率分析儀直接測(cè)量獲得。然后經(jīng)運(yùn)算得到驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的輸入電功率，而輸出機(jī)械功率是由測(cè)功機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器采集的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速計(jì)算得到。

3）檢測(cè)儀器設(shè)備：各參數(shù)測(cè)量設(shè)備及其測(cè)量精度見(jiàn)表1。

2" 數(shù)學(xué)模型

由前述測(cè)量方法可知，電動(dòng)狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)總成的輸入功率是由控制器的直流母線電壓和電流計(jì)算獲得的電功率；輸出功率是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸端的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩計(jì)算獲得的機(jī)械功率[3]，故電動(dòng)狀態(tài)下電驅(qū)動(dòng)總成的系統(tǒng)效率測(cè)量模型為：

式中：η ——系統(tǒng)效率；T ——轉(zhuǎn)矩實(shí)測(cè)值；N ——轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)值；U ——直流母線電壓實(shí)測(cè)值；I ——直流母線電流實(shí)測(cè)值。

靈敏系數(shù)：

3" 測(cè)量不確定度的來(lái)源分析

通過(guò)從人、機(jī)、料、法、環(huán)幾個(gè)維度進(jìn)行分析，影響系統(tǒng)效率測(cè)量的因素主要包括：人員重復(fù)性測(cè)量、儀器設(shè)備誤差不確定度、樣品穩(wěn)定性和環(huán)境溫濕度等。圖2為測(cè)量不確定度因果關(guān)系圖。

1）儀器設(shè)備引入的不確定度：主要有儀器設(shè)備本身測(cè)量誤差以及量值溯源傳遞的測(cè)量不確定度，采用B類不確定度評(píng)定方法。

2）樣品穩(wěn)定性引入的不確定度：本次評(píng)定采用同一樣品，減少樣品引入的不確定性影響，樣品穩(wěn)定性引入的不確定度通過(guò)重復(fù)性測(cè)量進(jìn)行計(jì)算，采用A類不確定度評(píng)定方法。

3）環(huán)境因素引入的不確定度：①環(huán)境溫度和濕度的變化影響電機(jī)阻抗，間接影響電流參數(shù)的不確定度，采用A類不確定度評(píng)定方法；②環(huán)境溫度和濕度的變化對(duì)直流母線電壓影響較小，采用A類不確定度評(píng)定方法；③環(huán)境溫度和濕度的變化對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩影響較小，采用A類不確定度評(píng)定方法。

4）人員引入的不確定度：本次評(píng)定為同一檢驗(yàn)員的重復(fù)性測(cè)量，減少人員引入的不確定性影響，采用A類不確定度評(píng)定方法。

5）測(cè)試方法引入的不確定度：如圖3、圖4所示，比較某電機(jī)分別在不同工作電壓下的外特性，發(fā)現(xiàn)工作在高工作電壓時(shí)，系統(tǒng)效率也相應(yīng)提高；而在高轉(zhuǎn)速區(qū)相較低轉(zhuǎn)速區(qū)，系統(tǒng)效率明顯提高。為了消除工作電壓和轉(zhuǎn)速點(diǎn)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，本次評(píng)定選擇額定電壓下，拐點(diǎn)之后的轉(zhuǎn)速點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

本次評(píng)定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、母線直流電壓設(shè)定值均相同，母線直流電流由驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的控制策略和狀態(tài)決定，采用A類不確定度評(píng)定方法。

6）測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度：將樣品、環(huán)境、人員、測(cè)試方法等所產(chǎn)生的重復(fù)性因素組合在一起，直接采用A類不確定度評(píng)定方法評(píng)估測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性引入的不確定度分量。

4" 測(cè)量數(shù)據(jù)的采集

重復(fù)進(jìn)行6次測(cè)量，分別采集轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、直流電壓、直流電流數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。

5" 測(cè)量不確定度的分量評(píng)定

5.1" A類不確定度評(píng)定

5.1.1" 各參量平均值

5）系統(tǒng)效率平均值：η=97.4%。

5.1.2" 靈敏系數(shù)

按平均值計(jì)算各參量靈敏系數(shù)：

5.1.3" A類不確定度評(píng)定結(jié)果

重復(fù)進(jìn)行相同測(cè)量產(chǎn)生的不確定度，本次評(píng)定中進(jìn)行6次，但實(shí)際檢測(cè)只進(jìn)行1次，因此測(cè)量不確定度詳見(jiàn)下文所述。

1）轉(zhuǎn)速重復(fù)性誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2）轉(zhuǎn)速重復(fù)性誤差引入的不確定度分量為：

uA1=CNSA1=0.0064%

3）轉(zhuǎn)矩重復(fù)性誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4）轉(zhuǎn)矩重復(fù)性誤差引入的不確定度分量為：

uA2=CTSA2=0.0092%

5）電壓重復(fù)性誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

6）電壓重復(fù)性誤差引入的不確定度分量為：

uA3=CUSA3=0.1387%

7）電流重復(fù)性誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

8）電流重復(fù)性誤差引入的不確定度分量為：

uA4=CISA4=0.2457%

2）擴(kuò)展不確定度（k=2，對(duì)應(yīng)約95%的置信概率）為：U=k×uc=0.6%。

系統(tǒng)測(cè)量不確定度匯總表，見(jiàn)表3。

6" 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)電動(dòng)狀態(tài)下系統(tǒng)效率的影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并對(duì)各項(xiàng)影響因素的不確定度分量進(jìn)行了計(jì)算和合成。通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)直流母線電壓和直流母線電流重復(fù)測(cè)量引入的不確定度分量以及直流母線電壓和直流母線電流采集設(shè)備引入的不確定度分量對(duì)系統(tǒng)效率不確定度的貢獻(xiàn)較大。本文可為開(kāi)展電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)（包括控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)）饋電狀態(tài)下的系統(tǒng)效率、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)效率等測(cè)量不確定度評(píng)定理論研究提供參考借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì).2023年6月新能源汽車產(chǎn)銷情況簡(jiǎn)析[R/OL].（2023-07-14）[2023-8-3].www.caam.org.cn/chn/4/cate_32/con_5236048.html.

[2] GB/T 18488.1—2015，電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng) 第1部分：技術(shù)要求[S].

[3] GB/T 18488.2—2015，電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng) 第2部分：試驗(yàn)方法[S].

（編輯" 凌" 波）

作者簡(jiǎn)介

未倩倩（1986—），女，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)樾履茉雌囮P(guān)鍵零部件檢測(cè)。