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NESTA功能安全行業(yè)解讀——整車電驅(qū)轉(zhuǎn)矩功能安全驗證

2024-07-12 15:10:12·  來源：NESTA電安全  
　

電驅(qū)系統(tǒng)是新能源車輛動力輸出的核心部件，電驅(qū)系統(tǒng)的失效故障會嚴重影響駕乘人員安全，比如車輛發(fā)生非預(yù)期加速、非預(yù)期丟失動力等，結(jié)合實際使用場景更容易發(fā)生安全事故。


從故障發(fā)生場景和典型失效案例出發(fā)，NESTA建立了電驅(qū)轉(zhuǎn)矩功能安全驗證，現(xiàn)將相關(guān)研究分享，本期解讀內(nèi)容為：“整車電驅(qū)轉(zhuǎn)矩功能安全驗證”。


整車電驅(qū)轉(zhuǎn)矩功能安全驗證旨在考察電驅(qū)動系統(tǒng)的動力安全，評估電控系統(tǒng)在各種故障場景和單點失效時，動力輸出的可預(yù)知性和穩(wěn)定性。


根據(jù)電驅(qū)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計測試場景，主要有以下兩種測試方式：


1、在電驅(qū)轉(zhuǎn)矩安全試驗中，使用電機模擬器實現(xiàn)被測電機控制器樣品加載測試，按照測試工況點要求，注入電驅(qū)系統(tǒng)典型故障，觀測系統(tǒng)是否發(fā)生非預(yù)期動力輸出，能否正確識別故障并執(zhí)行報警和安全策略。


圖：電機模擬器測試系統(tǒng)


2、另一種是在總成測試臺架上，通過故障模擬裝置觸發(fā)電驅(qū)系統(tǒng)典型故障，實現(xiàn)電驅(qū)控制器+電機總成式結(jié)構(gòu)樣品測試，比如，可以模擬新能源車輛在駕車行駛途中發(fā)生電子控制器線束接插件松脫或線束搭鐵短路等故障模式，檢驗發(fā)生故障后，電驅(qū)系統(tǒng)能否持續(xù)安全或降額輸出動力等。


圖：動力總成故障注入測試系統(tǒng)


例如，旋變傳感器作為轉(zhuǎn)矩控制最重要的傳感器，旋變發(fā)生故障后，電驅(qū)系統(tǒng)不受控地反向輸出轉(zhuǎn)矩，這種情況在車上對應(yīng)的表現(xiàn)是：車輛正常前進時，莫名其妙的發(fā)生“制動力”，如果這種情況恰好發(fā)生在高速公路上，那么其危險性不言而喻。


圖：旋變故障測試


隨著新能源車電氣架構(gòu)的日益復(fù)雜化，芯片、傳感器及控制器等關(guān)鍵部件數(shù)量的激增，使得故障失效風(fēng)險也越來越大。為此，功能安全的故障注入測試成為關(guān)鍵手段，該測試可以對潛在的軟硬件故障進行模擬，測試系統(tǒng)對故障的響應(yīng)保護是否正確、及時，尤其是高場景覆蓋度的測試，還可以幫助車企發(fā)現(xiàn)軟件或硬件的系統(tǒng)保護設(shè)計缺陷，降低車輛上市后的召回風(fēng)險。


試驗項目

整車失效風(fēng)險描述

電機過流

可能導(dǎo)致電機絕緣失效引起動力不可控或停車

電機過溫

長時間可能導(dǎo)致電機去磁或性能下降，引起整車動力降低發(fā)生非預(yù)期失速

主動放電錯誤

可能導(dǎo)致車輛維修過程中發(fā)生電擊風(fēng)險

主動短路超時

可能引起逆變器功率器件損壞，導(dǎo)致車輛動力不可控

Crash有效觸發(fā)

Crash碰撞發(fā)生后，如繼續(xù)輸出動力可能會發(fā)生二次傷害，或?qū)е萝囬T無法解鎖，無法逃生

非預(yù)期零轉(zhuǎn)矩輸出

考察系統(tǒng)對動力丟失的保護能力，避免如通過十字路口或鐵路道口發(fā)生不可控停車而發(fā)生撞擊風(fēng)險

非預(yù)期大轉(zhuǎn)矩輸出

考察系統(tǒng)對動力非預(yù)期增大的保護能力，避免如城市道路車輛異常加速或紅綠燈路口異常加速發(fā)生撞擊風(fēng)險

非預(yù)期小轉(zhuǎn)矩輸出

考察系統(tǒng)對動力非預(yù)期減小的保護能力，避免如高速路行車由于動力不足引起追尾風(fēng)險

非預(yù)期反向轉(zhuǎn)矩輸出

考察系統(tǒng)對動力非預(yù)期反向的保護能力，避免如車輛由靜止突然倒退引起撞擊行人或車輛的風(fēng)險

CAN報文超時故障

可能導(dǎo)致短時間內(nèi)轉(zhuǎn)矩不可控，引起車輛無法正常加速或減速，或儀表無法正常顯示車輛狀態(tài)從而引起駕駛恐慌

E2E故障

信息有效性判斷的重要手段，故障可能導(dǎo)致被發(fā)送的報文無法正確識別，動力節(jié)點失去控制，導(dǎo)致車輛動力不受控

總線短路故障

CAN總線物理層失去通訊功能，可能引起車輛動力不受控

CAN關(guān)鍵信號異常

關(guān)鍵信號卡滯或丟失引起動力系統(tǒng)無法執(zhí)行轉(zhuǎn)矩指令，導(dǎo)致車輛動力不受控

12V供電開路故障

12V電壓丟失，如無冗余，可能導(dǎo)致控制電路失效，嚴重時功率器件炸毀，整車動力完全喪失

NTC傳感器開路/短路故障

NTC傳感器開路導(dǎo)致系統(tǒng)無法獲得電機溫度值，可能引起電機過溫而導(dǎo)致電機性能下降，引起整車動力降低發(fā)生非預(yù)期失速

相開路/短路故障

直接導(dǎo)致電控過流，轉(zhuǎn)矩輸出紊亂且不可控，極易引起駕駛恐慌導(dǎo)致嚴重車輛事故

旋變開路/短路故障

如無冗余策略，轉(zhuǎn)矩輸出紊亂且不可控，極易引起駕駛恐慌導(dǎo)致嚴重車輛事故

HVIL開路/短路故障

可能導(dǎo)致車輛維修過程中發(fā)生電擊風(fēng)險

高壓直流開路故障

動力丟失，同時可能由于拋負載引起功率器件損壞

KL15開路/短路故障

導(dǎo)致系統(tǒng)無法識別喚醒狀態(tài)，可能引起狀態(tài)機的錯誤執(zhí)行，導(dǎo)致錯誤時刻下電而引發(fā)駕駛風(fēng)險

Crash開路/短路故障

如無冗余，導(dǎo)致無法識別Crash狀態(tài)，若發(fā)生真實碰撞后仍繼續(xù)輸出動力可能會產(chǎn)生二次傷害

附表：電驅(qū)典型故障測試與失效風(fēng)險


對多數(shù)車企而言，構(gòu)建全場景、高覆蓋的功能安全測試環(huán)境是一個巨大挑戰(zhàn)。中汽中心新能源檢驗中心依托豐富的測試數(shù)據(jù)庫資源，可為車企提供高場景覆蓋度的功能安全故障注入測試服務(wù)，發(fā)現(xiàn)車輛在極端工況或特殊場景下的功能設(shè)計缺陷。一方面，能助力車企定向整改，降低管控成本；另一方面，還可以顯著增強產(chǎn)品安全性能，最大程度保障駕乘人員的生命安全。

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