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控制器基本構(gòu)成
? 電機(jī)控制器基本原理
隨著國(guó)內(nèi)外政府對(duì)汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨加嚴(yán)，新能源汽車(chē)行業(yè)正迎來(lái)前所未有的蓬勃發(fā)展時(shí)期，而作為新能源汽車(chē)的動(dòng)力總成核心的“三電”產(chǎn)品新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，其中又以電機(jī)控制器的性能提升迫在眉睫，那么從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要從哪些方面著手呢？
首先，我們先來(lái)簡(jiǎn)單地介紹下電機(jī)控制器的基本工作原理，下圖是一個(gè)示意圖：
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：電機(jī)控制器就是一個(gè)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的功率電子裝置。
但實(shí)際上，這只是它的一小部分電力功能，它是連接電機(jī)和電池的神經(jīng)中樞，用來(lái)調(diào)校整車(chē)各項(xiàng)性能。
它主要負(fù)責(zé)控制電機(jī)按照設(shè)定的方向、速度、角度、響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行工作，給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電源，以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的起動(dòng)、運(yùn)行、進(jìn)退速度、爬坡力度等行駛狀態(tài)，或者幫助電動(dòng)車(chē)輛制動(dòng)，并將部分制動(dòng)能量存儲(chǔ)到動(dòng)力電池中。同時(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)另一個(gè)重要功能是通信和保護(hù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行狀態(tài)和故障檢測(cè)，保護(hù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)和整車(chē)安全可靠運(yùn)行。
? 電機(jī)控制器基本構(gòu)成
作為一個(gè)功率電子裝置，從硬件來(lái)看的話(huà)：主要分為結(jié)構(gòu)和電子。而電子又分為控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)又兼任和整車(chē)CAN總線(xiàn)交互的信號(hào)傳輸功能，結(jié)構(gòu)件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電子系統(tǒng)的安全保護(hù)，并完成整個(gè)裝置在整車(chē)上的安裝布置以及線(xiàn)束的連接。
下圖是從驅(qū)動(dòng)視界公眾號(hào)上下載的奧迪E-TRON的電機(jī)控制器的爆炸圖，我們可以很清晰地對(duì)電機(jī)控制器的構(gòu)成有了初步認(rèn)識(shí)：
我們以上圖為參考，簡(jiǎn)單地列下關(guān)鍵零部件的清單：
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**結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般框架 **
在介紹控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般流程和框架之前，我想先簡(jiǎn)單大概說(shuō)明下汽車(chē)零部件的整體開(kāi)發(fā)流程，每個(gè)整車(chē)廠都有自己的整車(chē)開(kāi)發(fā)流程體系，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的名稱(chēng)也不太一樣，可是這些其實(shí)都大同小異，大家都遵循汽車(chē)行業(yè)的質(zhì)量體系IATF16949，我大概根據(jù)開(kāi)發(fā)流程、重要項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)以及樣品交付三個(gè)維度進(jìn)行了如下圖的總結(jié)：
RFI:Requirement for information;
RFQ: Requirement for quotation;
PS: Program start;
PA: Program approval;
PD: Program development;
VP:Verification prototype;
LR: Launch readiness;
LS: Launch sign-off;
J1: Job #1 ;
FSR: Final status report;
TT:Tooling trial;
MP1 : Mass production 1;
MP2 : Massproduction 2.
本小節(jié)主要分析在控制器的開(kāi)發(fā)過(guò)程中結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計(jì)的一般框架，也就是上圖的項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)VP之前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分。
? RFI/RFQ
首先，我們?cè)讷@取到一個(gè)整車(chē)廠客戶(hù)的項(xiàng)目之前，一般的OEM都是同時(shí)找兩家以上的零部件供應(yīng)商進(jìn)行技術(shù)方案的交流，或者說(shuō)是獲取供應(yīng)商的一些開(kāi)發(fā)能力信息，也就是RFI階段，然后在信息的獲取過(guò)程中，如果客戶(hù)覺(jué)得我們的技術(shù)交流、溝通、商務(wù)協(xié)作沒(méi)問(wèn)題，同時(shí)對(duì)公司的質(zhì)量等方面的審核也通過(guò)的情況下，才會(huì)進(jìn)入到RFQ階段。在RFI和RFQ過(guò)程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分有哪些工作要做呢？我認(rèn)為主要的工作就是兩部分：
①客戶(hù)外包絡(luò)設(shè)計(jì)：
主要和客戶(hù)定義外部輪廓以及尺寸、接口位置、接口型號(hào)（HVDC/HVAC/LV連接器/水嘴）等。
②客戶(hù)結(jié)構(gòu)部分技術(shù)要求解讀和確認(rèn)：
主要確認(rèn)客戶(hù)對(duì)于結(jié)構(gòu)件的技術(shù)設(shè)計(jì)和測(cè)試要求，如：強(qiáng)度、環(huán)境、尺寸重量等。
上述兩項(xiàng)工作，雖然我們是在RFQ階段，不需要進(jìn)行很詳細(xì)的內(nèi)部設(shè)計(jì)工作，但是為了防止后面客戶(hù)定點(diǎn)我們后，由于內(nèi)部空間的不足以及需求的不能滿(mǎn)足，向客戶(hù)提出偏差申請(qǐng)，所以，在進(jìn)行這兩項(xiàng)工作的時(shí)候也需要嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待。因?yàn)椋坏┖竺婵蛻?hù)定點(diǎn)后，由于結(jié)構(gòu)上外部涉及到整車(chē)其他零部件，客戶(hù)不能隨便變更，往往需要他們和內(nèi)部總成或者整車(chē)部門(mén)進(jìn)行交涉；加上技術(shù)要求分析部分也是需要在RFQ過(guò)程期間和客戶(hù)之間達(dá)成一致的，技術(shù)要求的不同，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間也不一樣，所以需要做到非常細(xì)致，避免后續(xù)不必要的問(wèn)題和麻煩。
? PS/PA：
待客戶(hù)項(xiàng)目正式定點(diǎn)后，我們就可以進(jìn)行內(nèi)部零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)工作了。
在此之前，還需要電子或者系統(tǒng)工程師提供給我們一些主要電子模塊零部件的參數(shù)信息：
① 核心模組：功率模塊；② 整個(gè)系統(tǒng)的電壓和電流信息；③母線(xiàn)電容：容值（關(guān)系到體積的大小）；④ 電流傳感器；⑤ EMC濾波模組；⑥ 保險(xiǎn)絲；⑦ 主動(dòng)放電模組。
為什么需要知道上述電子或系統(tǒng)相關(guān)的零部件信息，主要是因?yàn)殡娏餍畔⒂绊懙胶竺鎸?dǎo)電銅排的尺寸設(shè)計(jì)，以及關(guān)鍵模塊的選擇也影響到內(nèi)部布局，其實(shí)這些大致的信息在RFQ階段的時(shí)候，都需要確定好，因?yàn)槿绻蛨?bào)價(jià)方案不一致時(shí)，有可能影響到內(nèi)部的零部件重新布局和空間的設(shè)計(jì)。
零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)部分：
① 熱設(shè)計(jì)
功率模塊的熱設(shè)計(jì)、母線(xiàn)電容的熱設(shè)計(jì)、整機(jī)水道的設(shè)計(jì)；
② 安規(guī)設(shè)計(jì)
③ 密封設(shè)計(jì)
上下殼體之間的密封、低壓連接器處密封、三相銅排處密封、三相處與電機(jī)端面的密封、水道密封等；
④ EMC設(shè)計(jì)
高壓直流測(cè)濾波設(shè)計(jì)、高低壓重疊區(qū)EMC設(shè)計(jì)、三相輸出與電機(jī)側(cè)EMC設(shè)計(jì)；
考慮到制造流程的簡(jiǎn)單高效，設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少零部件數(shù)量，簡(jiǎn)化組裝工藝，優(yōu)化組裝順序。同時(shí)考慮到防錯(cuò)和定位設(shè)計(jì)，控制組裝的精度誤差。
? PD
進(jìn)入到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段的時(shí)候，我們的內(nèi)部詳細(xì)設(shè)計(jì)方案已經(jīng)初步完成，可以說(shuō)從結(jié)構(gòu)布置上來(lái)看，已經(jīng)能夠滿(mǎn)足客戶(hù)的要求了，但是從性能方面考慮，目前還存在未知風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。
因此，為了滿(mǎn)足客戶(hù)的技術(shù)要求，我們需要通過(guò)CAE工具對(duì)客戶(hù)的一些重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行模擬仿真驗(yàn)證。
一般我們結(jié)構(gòu)方面，我們需要進(jìn)行的仿真項(xiàng)目有：
① 強(qiáng)度仿真/靜力仿真
如客戶(hù)一般有要求控制器上蓋能夠承受10Kpa的壓力，而不存在結(jié)構(gòu)件斷裂或者變形也不會(huì)影響到產(chǎn)品的性能，有些還會(huì)要求變形的位移量，再如機(jī)械沖擊等；
② 振動(dòng)仿真
振動(dòng)可以說(shuō)是結(jié)構(gòu)的一大重點(diǎn)項(xiàng)，往往產(chǎn)品在DV和PV測(cè)試階段，最后的遺留問(wèn)題都幾乎會(huì)存在振動(dòng)，因此，在項(xiàng)目前期就應(yīng)該仔細(xì)地對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行摸底仿真，并進(jìn)行機(jī)加工件的快速實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，找到設(shè)計(jì)薄弱點(diǎn)，盡快突破。
③ 流體仿真
客戶(hù)對(duì)于進(jìn)出水口的壓差，在不同流速和水溫的條件下，都有明確的指標(biāo)要求。
④ 熱仿真
功率器件的發(fā)熱溫度、銅排的發(fā)熱、電容芯子的發(fā)熱以及PCBA板載芯片的發(fā)熱等；
在正式進(jìn)入VP階段，也就是最初的DV測(cè)試之前，作為設(shè)計(jì)人員除了通過(guò)仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)需求外，還需要通過(guò)樣機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)測(cè)，從而對(duì)比仿真與實(shí)測(cè)的差異，并找到差異的原因，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少正式測(cè)試時(shí)的失效再現(xiàn)可能性，避免資源和時(shí)間的浪費(fèi)。
好了，以上，就是控制器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一般的流程框架，那么此階段我們需要輸出哪些文檔呢，下一章節(jié)做下簡(jiǎn)要說(shuō)明。
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**結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輸出文檔 **
我們就不分產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)階段了，這邊將結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段需要輸出的文檔進(jìn)行分類(lèi)說(shuō)明：
① 結(jié)構(gòu)方案報(bào)告書(shū)；
② 結(jié)構(gòu)需求分析報(bào)告書(shū)；
③ 詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙：3D模型和2D圖紙；
④ 物料BOM表；
⑤ 公差累積計(jì)算分析表：安裝、固定、散熱片壓縮以及間隙設(shè)計(jì)小于1mm的需要重點(diǎn)確認(rèn)；
⑥ 緊固件計(jì)算表：嚙合長(zhǎng)度以及端部間隙確認(rèn)；
⑦ 密封計(jì)算表：密封圈的壓縮率和填充率等；
⑧ 安規(guī)計(jì)算表：電氣間隙和爬電距離；
⑨熱仿真報(bào)告書(shū)；
⑩ 振動(dòng)仿真報(bào)告書(shū)；
? 強(qiáng)度仿真報(bào)告書(shū)；
? 整機(jī)重心和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量表；
? 流阻曲線(xiàn)表；
? 模具件產(chǎn)品清單；
? 產(chǎn)品組裝流程圖；
? 干涉檢查結(jié)果報(bào)告書(shū)；
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論