对于汽车来说，安全就是最大的豪华，而在电驱动系统的安全领域，电控技术扮演着核心角色。2024年10月25日，在第十二届汽车与环境创新论坛上，智新科技股份有限公司研发中心电控开发专业总师王闻宇谈到，智新科技已顺利取得单电机控制器功能安全ASIL C级别的权威认证，并计划深入探索小三电融合架构下的功能安全新挑战。
与此同时，确保安全停车并非终点，智新科技更致力于实现系统的容错运行及全面的健康诊断与预警。对于位置传感器的容错需求，创新研发了无位置传感器矢量控制算法，能在常规工况下无缝切换，有效防止动力损失。针对主要功率器件的寿命挑战，研究基于结温预测和电容监测的预警系统，以期提前干预，延长器件使用寿命。
此外，为解决轴电压引发的轴承电腐蚀问题，已采用陶瓷球轴承作为解决方案，同时也在不断探索通过优化调制策略，来降低轴电压，进一步延长轴承寿命，甚至寻求完全替代陶瓷轴承的可能性。
智新科技股份有限公司研发中心电控开发专业总师
以下为演讲内容整理:
智新科技技术成果
电驱动总成方面，岚图知音凭借高达92.9%的高能效区间比，获得了中汽研“能效之星”的认证，并且在该领域内位居中国量产车型之首。此外，岚图知音还提供了宽敞的车内空间，其空间利用率超过86.7%。岚图知音还获得了C-ECAP白金牌的金银座舱认证，NVH的表现也同级领先。
为岚图知音整车产品力提供有力支撑的是智新科技研发的iD4系列新能源电驱动系统。该系统作为东风公司首款深度集成架构下的电驱动总成，展现了出色的兼容性与技术实力。它不仅兼容800V和400V两种电压平台，还兼容同步电机与异步电机，实现了高效率、高功率密度以及超静音等多重优势。在800V同步平台下，该系统的CLTC工况效率高达91.5%，功率密度超过3.25kW/kg，主阶次噪音在1米声压级下低于68分贝。
图源:演讲嘉宾素材
早在2023年初，在车型刚规划时，我们就和岚图深度协同，进行了产品的定义。我们分析了终端客户的期望，包括续航里程、购车成本、驾乘体验、动力性和智能化。岚图提出的整车需求包括效率高、充电快、舒适静音、安全可靠、动力强劲、具备智能化和自诊断的特性，同时成本要低。
据此，我们得出结论，动力总成必须做到高压、高速、高效、舒适、安全、智能，同时必须是一款经济的产品。一款要求如此高的产品开发周期只有12个月左右，并且这是一个系列化产品，里面共有4款。在我们的项目刚启动时，800V产品收到了一个通知，说量产的时间要提前2-3个月。由于我们的电驱动总成是深度集成的架构，这决定了我们一旦出现问题，其质量成本会进一步提升。为了平衡开发速度和质量，我们决定优化开发流程和体系，把验证过程向左移，大幅度提高仿真在开发中的占比，同时大幅提高了早期评审的密度。
电磁方案是电机设计的灵魂，为了获取最优的电机方案，我们建立了基于CLTC循环工况的综合效率仿真平台，在该平台中不仅能综合考虑效率外特性，NVH等因素，还可以把电机和电控进行联合效率仿真。
我们采用了一种基于响应面的多目标优化算法，这个算法里可以得到最优解的前沿，这个前沿代表一系列方案，从这些方案中优中选优，最终我们从大约5000-6000个方案中选出了最优的设计参数组合。通过这些方法，我们有效降低了电机的铜损和铁损，单电机的实测效率最高超过了98.1%，CLTC的工况效率超过了96.5%。
电控方面，我们采用了自主设计与量产的高压碳化硅功率模块，该模块采用了深沟槽技术的碳化硅芯片，同时采用双面银烧结技术，该技术比传统的技术降低了20%的热阻，同时将芯片的连接强度提升300%。我们在四芯片并联的情况下能够输出360A的有效值，六并联的情况下输出480A的有效值，可以匹配最多260kW级别的功率输出。
故障保护是碳化硅驱动的难点，因为碳化硅的开关速度快、芯片面积小，一旦发生短路，保护不及时很容易就损坏了。为了配合这款功率模块，我们开发了专用的碳化硅驱动保护技术，通过混合关断技术实现了安全可靠的故障保护。同时，我们采取了优化效率的调制技术，首先通过DPWM技术，降低了30%的开关次数，再结合智能载频优化，最终实现了40%开关损耗的降低。我们还配合电机的电磁方案进行了深度的过调制优化，目前电压利用率可以达到105%，在高速循环工况下，可以降低电机相电流7%。
在系列优化的过程中，我们有一个深刻的体会，即没有最优的控制方法，只有最优的标定。在寻优过程中，最后一公里的工作经常都是通过标定来实现的。比如在探索过程中，我们发现过调制的系数提高以后，NVH效率甚至是稳定性都会出现问题，于是通过深度标定的方法解决，既能寻找到效率最大的扭矩曲线，也能找到调制深度、效率和稳定性之间的关系。通过这些协同优化，实现了单电控最高效率99.4%以上，比起IGBT器件降低了约60%的损耗。
针对机械传递损耗的追求，我们采取了一系列手段。首先采用最优的轴承预紧力，平衡了轴系合力，减少系统的变形发热，降低轴承的效率损失，同时通过合理的齿轮参数设计减少摩擦付。我们还开发了一种低黏度的新油品，通过精确的润滑技术降低搅油损失。此外还采用了齿面超精摩和低摩擦轴承等技术，最终在成本和效率之间找到了平衡点。
高功率密度层面，功率密度等于功率除以体积或功率除以重量。要提高功率密度，首先要在总成结构上做文章。传统的电驱动总成、电机、电控和减速器都有独立的外壳，它们之间的水道和油道需要独立连接。但在新一代电驱动总成中，我们通过深度的集成和设计形成了一体化全内置的循环结构，同时集成壳体轴承做刚度提升、热套变形控制，提高了总成模态和支撑刚度。
图源:演讲嘉宾素材
在液压油路和水路集成后，我们发现不再需要额外的油管和连接件，不仅简化了总成的外形，还可以进一步降低设计成本。通过这些手段，我们不仅实现了总成重量减轻7公斤，功率密度提升9%，还在总成的包络尺寸上有了很大优化。
总成架构上，除了一体化铸造壳体外，在电控部分也采用了多功能模块集成的复杂的结构设计。我们采取了灌封一体化电容和滤波器，直接把电容和滤波器都灌在支架上，配合驱动控制一体板，形成了高功率密度的逆变砖。在此基础上，我们还可以通过集成式的冷却水道，进一步集成小三电和油泵的控制部分，实现不低于80千瓦每升的功率密度。
通过这个逻辑融合，我们可以把小三电和油泵的控制和主驱动电机融合进来，进一步提高系统的集成度。润滑部分，我们采用了可变液面和分层润滑技术，集油盒在高速运行的时候集油，既降低了液位、避免搅油损失，又可以通过油道给轴承提供润滑。
我们还采用串并联油路的精确润滑技术，通过主动泵的润滑，可以不受限于系统的工况，总成不论是在正转、反转，甚至左右倾斜的情况下都能够精确的把润滑油送到其所需要的地方。我们采用了智能流量控制技术，根据系统的各种状态，如转速、功率，调节电子泵运行情况，能够把系统的温度和效率都控制在合理水平。
在提高功率密度的过程中，结构设计和热设计常常是矛盾的。对此，我们建立了一个涵盖电机、电控和减速器的热反拱平台，在该平台上通过离子法和多相流的CFD仿真技术，能够精确预测流体的散热能力，评估冷却方案的设计效果。
仿真准不准，不仅取决于建模的水平，还要通过实验进行校正和验证。我们建立了行业领先的电驱动总成热测试平台，通过无线遥测实现了转子温度的测量。之前在转子温度测量时，要么在静态的状况下放测温线进去，或在运行的状态下，用开洞或通过布置测温纸等方法，但这些方法在深度集成的油冷架构下难以实现。对此，我们用了无线遥测技术，通过无线传输将能量输送到转子，并将转子上的测温信号再传输出来，这个测试相当稳定和精确。
在此基础上，我们通过整车动力学仿真和下标测试，识别了非常丰富的热测试的运行工况，建立了丰富的总成温升数据库。结合仿真平台，实现了对于总成热稳定边界的精确估测，其中转子温升的估测误差不超过5摄氏度，甚至可以取消电机的温度传感器，通过在线温度的估算实现电机热控制。
项目最开始时，我们计划采用业内比较成熟的电子喷油环结构，但由于为我们的仿真能力非常强，很快就实现了方案的迭代。一开始采用多种冲片旋转叠加构成电子外表面油道的方式，这种方式能让冷却油通过电子外表面的油道，实现喷淋冷却。后来我们发现仅仅用一种冲片就可以把它继续优化。
我们在此基础上进一步优化，从电子表面开槽进一步升级成电子铁芯内部的油道设计，这样可以进一步优化定子铁芯和外部壳体的接触。转子方面，采用内置冷却的方案，通过空心轴、隔磁板和转子铁芯内部构成一个油道，实现高水平的冷却。最终，我们的电机温升比起第一代的方案降低了14度，持续功率提升了20%。
高舒适性层面，电驱动总成的舒适性主要表现为NVH的特性。很多人都认为NVH是玄学，之前我们也是这么认为的，当时工作的重心主要在测试和整改上面，出现问题再去分析原因、整改。随着开发周期缩短、质量成本上升，这种方法不再适用。我们集中力量攻关，实现了NVH开发工作的前置。当前的开发流程中，我们已经能够实现对整车目标进行零部件级别的分解，并通过仿真和测试进行快速迭代优化。
仿真方面，我们建立了一个涵盖电机、电控、轴齿、电驱动总成的NVH仿真平台，在这个平台中首先通过对电机和电控建模，仿真电机的电磁力，并分析电磁力在时间和空间维度的表现。同时，我们建立了轴齿模型，实现了对于轴齿啮合力的计算和分析，并且可以将它们映射到电机的定转子。针对外轴上传来的外部冲击，我们建立了传动链间隙情况的模型，进一步提高了轴齿载荷的分析精度。
我们把上述因素共同作用在总成的结构模型上进行仿真，得到的结果就可以提示我们，哪些地方是声音辐射的主要区域，哪些地方需要进行结构加强。再结合多目标参数的优化技术，就可以得到总成结构的优化方案，包括轴齿方案，声学包裹方案，甚至能够指导电控软件进行工作。
NVH的仿真也需要靠实验进行检验和校正，我们建立了一个电驱动总成的NVH实验平台，可以实现电驱动总成的台模NVH测试、模态测试和总成ODS测试，通过整车NVH评测进行最终的闭环。
大家认为NVH是玄学的另一个原因在于状态的不确定性。比如命名开发的时候样机状态非常好，但到了量产就会有问题。针对这种问题，我们正在尝试把总成测试结果和零部件制造参数联系起来，通过大数据分析其中的联系，再进一步优化设计和轴承控制。在这些仿真和测试平台帮助下，我们很快实现了全方位的NVH优化。
电磁方面，通过结构和电磁方案的协同优化，针对主阶次进行了优化，相关阶次噪音能降低50%以上。控制方面，我们采用了开环和闭环结合的斜部注入方案，可以实现常用转速的全覆盖。针对开关噪声，采用随机载频的方案，相关噪音可以降低10-15dB。我们通过优化机械盒的结构，改善噪声，降低低频道声，所有措施加起来实现了主阶次一米声压级低于68dB，达到了行业领先水平。
新技术探索
技术进步是无止境的。除了之前在量产中用的技术外，我们正在探索新技术。针对客户系统效率极致追求的场景，我们开发了输出断开的手段，探索了各种方案，有些量产的基础好一些，有些能从外面找到现成的供应商，目前还在进行优化的方案选择。
高功率密度扩展方面，我们正在探索异构铁芯技术，通过提升电机转速，进一步提升功率密度。我们采用960兆帕的硅钢，可以在不依赖碳纤维转子包裹的情况下，把电机的最高转速提升到24000转，同时将电机的定子分瓣，采用高性能的硅钢片。在这些技术的帮助下，我们可以把最高效率提升0.2%，功率密度提升10%。
电驱动总成的安全主要靠电控，我们目前已经获得了单电机控制器功能安全C级别的产品认证，接下来会进一步探索在小三电融合控制架构下面的功能安全问题。在功能安全架构下，大部分场景都要求实现安全停车，但仅实现安全停车是不够的，我们还要做到容错运行和诊断预警。针对传感器容错控制的问题，我们开发了无位置传感器的控制算法，可以在常用的工况下做到驾驶员无感切换，避免动力中断。
针对主要功率器件的寿命问题，我们正在探索基于功率器件结温和容值预测的预警机制。针对轴电压造成的轴承电腐蚀问题，正在采用基于陶瓷球和导电刷的方案。我们也在研究通过调制策略的优化，降低周电压，延长轴承寿命，探索能否进一步取消陶瓷轴承。
智新科技介绍
智新科技前身是东风电动车辆股份有限公司，这家公司成立于2001年，可以说是中国新能源汽车事业真正起步的地方，因为当年国家863重大专项就落在这里。2022年，原东风雷诺和原智新科技进行战略整合，新公司名称采用了智新科技。2023年，东风乘用车的业务并入智新科技。现在我们公司的架构和弗迪动力非常相似，可以提供纯电、混动、增程、传统动力全部内置化研发和设计能力。
我们的动力总成有一个统一名字，叫马赫动力。马赫动力品牌覆盖油动、混动和电动的全部领域。马赫这个名字的含义代表动力澎湃、超强驾控、高效环保，给用户带来愉悦的驾乘体验。我们的产品平台包括马赫G、传统动力总成、马赫MHD混动动力总成、马赫E、纯电力总成。
近5年，我们已经累计向客户提供超100万套动力总成，到今年年底或许可以超过200万套。
东方风起，科技跃迁，智新科技愿意与上下游共同发展，全力打造创新发展新格局。
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