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)動機制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

引言

隨著我國對排放、油耗等要求的日益嚴格，搭載混合動力技術(shù)的汽車得到了大力的發(fā)展及應用。最常見的混合動力汽車是同時帶有內(nèi)燃機和電動機兩種能量轉(zhuǎn)換裝置的車輛，通過對其動力部件進行不同組合的配置，可以滿足不同的使用用途。本文通過對一種48V助力回收系統(tǒng)輪系可靠性試驗方案進行臺架試驗驗證，為后續(xù)48V助力回收系統(tǒng)的研究提供試驗依據(jù)。

1 48V助力回收系統(tǒng)介紹

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

圖1 混合動力系統(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、電機控制器、DCDC轉(zhuǎn)換器、超級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)的動力系統(tǒng)節(jié)油率達到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，該類混合動力汽車有4種基本工作模式：起動工況、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試驗驗證

DV試驗主要驗證由于增加負載變化引起的硬件變化帶來的影響，根據(jù)混動工作系統(tǒng)特點，電機在100%負荷輸出、50%負荷輸出、不介入發(fā)動機工作這三種狀態(tài)下對發(fā)動機扭振水平的影響進行評估，結(jié)果如下。

2.1 升速、降速工況

發(fā)動機扭振試驗工況為發(fā)動機全負荷 wot升速、1000-5500rpm，發(fā)動機全負荷減速、5500-1000rpm。電機的工況為 100%負荷輸出、50%負荷輸出、電機不介入工作。在電機三種工作狀態(tài)下，發(fā)動機2階扭振曲線分別如圖3、圖4所示。

圖3 升速工況下發(fā)動機2階扭振曲線對比

圖4 降速工況下發(fā)動機2階扭振曲線對比

從試驗結(jié)果可知，電機100%負荷輸出、電機50%負荷輸出、電機不介入發(fā)動機工作這三種狀態(tài)下，發(fā)動機扭振滿足要求，混動工況對發(fā)動機扭振影響小。升速工況和降速工況結(jié)果一致。

2.2 發(fā)動機扭振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左右起峰值相對應，無NVH問題。

圖5 發(fā)動機扭振colormap圖

2.3 混動4G15T發(fā)動機與原4G15T發(fā)動機扭振水平對比

混動4G15T發(fā)動機扭振水平與原4G15T發(fā)動機扭振水平基本接近。設計符合要求。

圖6 混動4G15T發(fā)動機與原4G15T發(fā)動機扭振水平對比

綜上所述，搭載48V BSG電機的混動4G15T發(fā)動機輪系設計合理，扭振水平符合設計要求。

3 耐久試驗方案

3.1 發(fā)動機及電機主要參數(shù)

試驗用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 試驗方案

3.2.1 實現(xiàn)功能

根據(jù)搭載48V助力回收系統(tǒng)的混合動力汽車的4種基本工作模式，起動工況、減速工況、加速工況、正常行駛工況，設計BSG電機在其基本工作模式下的功能包括起停功能、加速助力功能、制動能量回收功能、傳統(tǒng)發(fā)電機功能，綜合主要零部件的影響可靠性指標，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 試驗工況

為了達到48V助力回收系統(tǒng)考核目的，需要專門設計專項的循環(huán)試驗工況，工況涉及以下幾個方面。

（1）確認耐久時間

若按照真實工況進行試驗，進行20萬公里，與真實情況更貼近，但可靠性周期長，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，所以在進行耐久時間確認上，需要綜合可靠性工況、可靠性試驗周期兩方面考慮。

（2）工況設計

混動輪系與4G15T原機對比，主要變化使由于BSG電機參與引起的變化，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，耐久時間考慮最大功率要求。

根據(jù)混動工況特點，工作特性，選取典型工作點進行可靠性考核工況節(jié)點，共計設計方案如下表所示：

表2 輪系可靠性及耐久時間方案設計

方案一、方案二、方案三由于考核時間太長，不建議采用；方案四使用發(fā)動機工況，時間較長且在可靠性實際過程中，需要停機時間較長，不建議采用；方案六考核時間負荷要求，考核程度大，但由于與工況法比例不一致，不建議采用。方案五與實際工況較接近，考核時間基本負荷要求，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、雙向張緊器考核需求；對于皮帶，存在電機順時針、逆時針兩個方向的扭矩考核，滿足考核要求。所以以方案五為基礎，進行可靠性工況的優(yōu)化。

表3 臺架可靠性試驗工況循環(huán)

搭載48V BSG電機的臺架可靠性試驗工況循環(huán)中，方案五中每個循環(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。試驗工況循環(huán)步數(shù)如表3所示。

表中工況通過臺架模擬，符合臺架運行要求，故采用此工況進行考核。

BSG電機、發(fā)動機工況示意圖，如圖7、圖8所示。

圖7 臺架試驗中電機加載扭矩曲線圖

圖8 臺架試驗中發(fā)動機 轉(zhuǎn)速曲線圖

3.3 評價標準

（1）混動發(fā)動機輪系評價標準，試驗前后對輪系相關零件進行拍照和分析，是否存在異響、損壞等情況。

（2）性能復試中，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）性能復試中，機油燃油消耗百分比不得超過0.2%。

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

3.4 試驗結(jié)果

通過搭載48V BSG電機進行臺架試驗，臺架搭載如圖9、圖10所示。

圖9 安裝48V BSG電機的發(fā)動機臺架

圖10 動力總成試驗臺架

4 結(jié)論

通過將48V助力回收系統(tǒng)輪系作為研究對象，對其進行可靠性試驗方案設計，并進行了臺架試驗驗證，為我司48V助力回收系統(tǒng)輪系可靠性試驗提供了一種如何評價可靠性的試驗思路。