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再談汽車48V系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)方法

2021-09-26 20:36:11·  來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂  作者：張華春等  
　
文章來(lái)源：奇瑞汽車股份有限公司作為混合動(dòng)力的一種重要技術(shù)路線，48V在代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油車的歷程中占距一席之地。48V系統(tǒng)是一個(gè)輕混系統(tǒng)，相比高壓混動(dòng)系統(tǒng)而言，成
文章來(lái)源：奇瑞汽車股份有限公司
作為混合動(dòng)力的一種重要技術(shù)路線，48V在代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油車的歷程中占距一席之地。48V系統(tǒng)是一個(gè)輕混系統(tǒng)，相比高壓混動(dòng)系統(tǒng)而言，成本更低，卻可以達(dá)到高壓混動(dòng)系統(tǒng)（電池電壓＞100V）大部分節(jié)能效果，48V輕混系統(tǒng)是高壓輕混系統(tǒng)成本的30%，卻能達(dá)到高壓輕混系統(tǒng)70%的節(jié)能效果。所以，很多汽車廠商都應(yīng)用了48V輕混系統(tǒng)，但新技術(shù)的應(yīng)用可能會(huì)給用戶帶來(lái)問(wèn)題，為了減少用戶抱怨，48V系統(tǒng)的可靠性就顯得尤為重要了。

1 48V系統(tǒng)概述
根據(jù)電機(jī)的布置方式，48V輕混系統(tǒng)的形式由P0發(fā)展出了P1、P2、P3、P4，還有復(fù)合型。位置的演化過(guò)程，其實(shí)都是電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸解耦的過(guò)程。不管是哪種形式，48V系統(tǒng)主要還是由48V鋰電池、48V電機(jī)和DCDC組成。主要功能包括：?jiǎn)⑼９δ堋㈦妱?dòng)助力、能量回收、扭矩分配和電源管理等。

2 48V系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)方法
在上一篇論文《淺談汽車48V系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)方法研究》（《汽車電器》2019年第8期）里，我們介紹了48V系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)方法，但試驗(yàn)方法中各參數(shù)是怎么來(lái)的，沒(méi)有詳細(xì)介紹，下面具體展開(kāi)講一講。

2.1環(huán)境應(yīng)力分析
其實(shí)，48V系統(tǒng)受到的環(huán)境應(yīng)力有很多，比如溫度、濕度、振動(dòng)、雨水、冰雪、粉塵等，但在試驗(yàn)室要同時(shí)模擬這些環(huán)境因素是很難的，我們這次主要考慮溫度因素對(duì)48V系統(tǒng)的影響。另外，在用戶使用車輛的過(guò)程中，啟停是一項(xiàng)非常重要的功能，也是需要加強(qiáng)驗(yàn)證的。
結(jié)合以上分析，我們這次主要進(jìn)行48V系統(tǒng)在溫度（高溫、低溫、溫度變化）和啟停性能這兩個(gè)因素的考量。

2.2環(huán)境應(yīng)力模型建立
確定了環(huán)境應(yīng)力因子，選擇可靠性加速模型就很容易了，這里我們選擇科芬-曼森（Coffin-Manson）模型。參考某整車廠的48V系統(tǒng)策略，48V系統(tǒng)的工作溫度范圍為-40～80℃，啟停的工作溫度范圍為-10～65℃。這里設(shè)定48V系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命是10年/16萬(wàn)公里。
1）參考行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)及48V系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，科芬-曼森指數(shù)指定為3.0，48V系統(tǒng)在各溫度下的占比見(jiàn)表1

2）知道了各溫度點(diǎn)的比率，下面來(lái)確定加速模型中的其他參數(shù)。
加速因子計(jì)算如下：

式中，ΔTTest———最高溫度80℃與最低溫度-40℃的差值，結(jié)果是120℃；ΔTFeld———一個(gè)溫度循環(huán)中溫度的平均差異，這里設(shè)定20℃。知道了這幾個(gè)參數(shù)，我們就能算出ACM為216。
此外，我們?cè)O(shè)定溫度循環(huán)次數(shù)為7300次，根據(jù)下面的公式就能算出加速后的溫度循環(huán)次數(shù)為33.8次，這里取整數(shù)34次。

根據(jù)環(huán)境倉(cāng)升溫和降溫速率以及48V系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定溫度所需要的時(shí)間，就能算出一個(gè)循環(huán)所需要的時(shí)間了。由于每個(gè)環(huán)境倉(cāng)和部件的升溫、降溫速率不一樣，所以這個(gè)循環(huán)時(shí)間可能存在差別，我們通過(guò)某環(huán)境倉(cāng)實(shí)測(cè)得出一個(gè)循環(huán)需要31.3h。知道了一個(gè)循環(huán)所需要的時(shí)間和總循環(huán)次數(shù)，不難得出總的試驗(yàn)時(shí)間是1057.82h。表2為加速模型參數(shù)。

3）通過(guò)分析用戶使用48V系統(tǒng)的車輛采集數(shù)據(jù)，計(jì)算出各場(chǎng)景用戶使用48V系統(tǒng)啟停的頻次。其中，90%的用戶3年實(shí)際里程為8萬(wàn)公里，每年使用300天，共進(jìn)行104000次啟停。
4）結(jié)合以上數(shù)據(jù)，我們得出48V啟?？煽啃栽囼?yàn)共有34個(gè)循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)31.3h，其中-40℃下1.6h，-10℃下2.2h，常溫下21h，65℃下2.2h，80℃下0.3h；每個(gè)循環(huán)中，啟停3059次，其中在-10℃和65℃溫度下，各啟停52次，20℃溫度下進(jìn)行2955次。
2.3可靠性試驗(yàn)
試驗(yàn)時(shí)，我們將ECU模塊程序進(jìn)行設(shè)定，20℃時(shí)15s啟停一次，-10℃和65℃時(shí)2min一次，這個(gè)時(shí)間間隔可以根據(jù)整車的溫度場(chǎng)來(lái)確定。-40℃和80℃只存儲(chǔ)，啟停不工作。
1）將功能正常的整車放進(jìn)環(huán)境倉(cāng)，設(shè)定好ECU程序和環(huán)境溫度，將直流穩(wěn)壓電源設(shè)定到48V并給48V電池充電。
2）按照?qǐng)D1進(jìn)行48V系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)，共進(jìn)行34個(gè)循環(huán)。
3）每一個(gè)循環(huán)結(jié)束后按照48V系統(tǒng)功能規(guī)范檢查48V系統(tǒng)各項(xiàng)功能是否完好。

通過(guò)上面的可靠性試驗(yàn)，我們也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，如車速降為0后，發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)停機(jī)，但車輛熄火后重新起動(dòng)，48V系統(tǒng)啟停功能又恢復(fù)正常了。高溫時(shí)，48V系統(tǒng)不能啟停，12V系統(tǒng)可以啟動(dòng)。這些問(wèn)題的解決需要根據(jù)48V系統(tǒng)的標(biāo)定策略和各部件的匹配性能進(jìn)行分析，通過(guò)采集的數(shù)據(jù)查看問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)的工況和場(chǎng)景，還需要查看TCU、ECU和BCM之間的交互信號(hào)是否存在指令沒(méi)發(fā)送或不執(zhí)行的情況。總之，問(wèn)題的解決不是一蹴而就的，需要多方分析和后續(xù)整改驗(yàn)證。

3結(jié)束語(yǔ)
汽車48V系統(tǒng)可靠性的試驗(yàn)方法，雖然有一些加速模型可以參考，但不同整車廠的技術(shù)方案和系統(tǒng)成熟度不一樣，所以方法也有所不同。本文介紹的48V可靠性試驗(yàn)方法，經(jīng)過(guò)實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用，的確發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，希望能給大家一些參考。
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