基于电驱动总成的稳健性开发关键技术

青山工业部是中国兵器装备集团所属的大型国有企业。公司专业从事各类汽车传动系统的研发、生产和销售，着力成为汽车传动系统新技术的发源地，向电驱动技术公司转型，努力成为世界一流的汽车传动系统企业。2022年12月7日，重庆青山实业有限公司项目总监杨在盖世汽车主办的2022第三届汽车电驱动及关键技术大会上提出，面对行业新生态，要提高市场占有率，发现新的产品性能亮点，必须从战略稳、产品稳、发展稳、制造稳四个方面进行布局。

以电驱动总成稳健开发为例，青山基于QFDampFMEA对标，积极充分识别辅驱场景需求，顺应行业发展趋势，形成了7合1同步主驱+3合1异步辅驱的800V高压驱动配置。通过稳健开发方法，分别对电机、电控和减速器进行开发，满足了快速周期和一次性成功开发高质量电传动产品的需求。同时，充分利用青山现有的产品平台，将推广率提高到71%，降低质量风险，兼顾降本增效。

重庆青山实业有限公司项目总监

组织以下演讲内容:

关于重庆青山工业

重庆青山实业有限公司由中国兵器装备集团有限公司和中国长安汽车股份有限公司共同拥有，至今，青山公司已经走过了57个年头，先后创业三次。第一次创业是在1984年，我们从特种产品转向微型车变速器，第二次创业是从手动变速器转向自动变速器。到目前为止，我们的累计产销量已经超过2500万台，其中DCT已经超过200万台。2021年，全面开始第三次创业，向绿色智能传动转型。相信在不久的将来，我们会呈现出一个全新的新能源企业。

青山公司作为国有大型工业企业，专注于汽车变速器领域。目前已形成重庆、郑州、成都三大生产基地，具备300万套各类变速器的制造能力。

秉承“TS12368”战略，将效率和技术创新能力作为企业核心竞争力，加快发展新能源传统系统核心部件、新软件生态等新业务。目前主要有三大业务，首先是传动系统及其总成业务，涉及EDS、DHT、DCT、MT总成集成业务。其次是关键核心零部件业务，包括控制器、电机、减速器等核心零部件。三是新兴战略业务，主要包括软件新生态、再制造和氢能产品。

今年1-9月，公司销售107.89万辆，同比增长23.5%。DCT自动变速器销量64.46万辆，新能源产品销量26.4万辆，同比增长188%，保持较高增速。

针对电气化转型，青山公司发布了电气化平台架构，我们致力于绿色驱动，打造智能产品动力系统新生态。按照我们的平台架构，2025年整个产品的电动化比例将达到50%以上，2030年将进一步达到80%以上。

从质量上来说，我们每开发一个变速器，都要经过400万公里，422次测试。目前对标一流，产品质量指标逐年稳步提升，部分指标已超越合资品牌。青山公司正在逐步树立优质产品供应商的品牌形象。

行业趋势分析

整个行业整体趋势上，我们预测2023年传统燃油车市场将快速下滑，电动化将快速发展。预计2025年混合动力+纯电动份额将达到58.8%。我们的建议是，谨慎对待传统传输的资源投入，专注于电气产品的平台开发和市场开拓。

智能新能源汽车成为新赛道。目前行业呈现传统车企、新车势力、ICT公司三足鼎立的局面，既有竞争又有合作。新能源汽车成为自主品牌崛起的新起点，自主品牌有望主导未来新能源产业发展。

关于电驱动的技术趋势，首先我们认为电驱动总成将向集成化、高效率、高电压方向发展。随着智能化和机动化的融合，控制器将成为功能集成的载体。减速器将向高速、高效、优良NVH方向发展，其中关键路径是关键零部件材料升级、装配结构方案升级和工艺能力提升。

电机将朝着高功率密度、高速度、低成本的方向发展。重点是新型永磁材料的探索应用和技术创新。

电子控制将向高功率密度、高效率、高电压、高集成度、高安全性方向发展，其中碳化硅是实现电驱动系统高压化的关键。

软件架构方面，E/E架构将集中化，促进软硬件解耦，以软件为核心。

驱动健壮性发展的关键技术

这里介绍电驱动产品平台的稳健性，主要包括战略稳健性、产品稳健性、开发稳健性和制造稳健性。其中，战略稳健性的主要要素包括战略牵引、数字化运营、平台规划牵引、清晰的产品迭代路径和零到零的协同。其典型路径主要包括战略规划和联合开发。

产品稳定性的主要元素包括对客户需求的洞察、领先的性能、可靠的质量和效率的持续改进。主要的典型路径有LACU和QFDampFEMA，系统流程建构，生命周期成本扣除。

鲁棒开发包括鲁棒本体设计和鲁棒机车匹配。鲁棒本体设计主要包括硬件、电控软件和验证。稳健验证是指从前期的规划到测试过程的监督，再到最终结果的验收，有一套评估体系，保证我们的验证是有效的，能够支持后续产品的一致性。机车匹配稳健性主要包括边界定义、集成应用和能力建设。典型的途径包括平台、集成和基准测试。

制造鲁棒性主要包括智能制造、数字化运营、快速售后响应。主要的典型路径是在线智能数据分析和VRT。

推动电器产品稳健发展的意义，首先是应对行业新生态，塑造新格局。世界正在经历百年不遇的巨变，但产品转型、技术升级、监管升级需要大量投入，企业的实力也更高。其次，行业竞争加剧，中国汽车行业洗牌加速。如何在行业改革中获得竞争优势，值得深思。

其次，是企业发展的需求。企业要主动改变，拓展生存空间。在当前行业竞争格局重塑的过程中，如何快速稳健地拓展电驱动业务成为企业拓展生存空间的战场。新的商业模式将推动汽车企业的重组，这促使我们的企业思考如何应对当前市场的高要求，建立我们的核心竞争力。

第三，是打造优质产品的需要。传统燃油车经过百年的发展经验，很多产品仍然需要经过多次开发才能成功。但目前电驱动产品竞争激烈，其需求是周期快、一次开发成功的高质量开发产品。只有打造高质量的产品，才能快速获得市场准入。

这一切都有赖于利用电驱动平台的健壮开发的思路，一次性成功开发出高质量的产品。

电气传动系统的高效开发方案

下面，我以青山公司目前正在研发的两款产品为例，介绍青山公司目前电传动产品的稳健开发思路。目前电动汽车主要有两驱和四驱。以四驱产品为例，两驱产品的电驱动总成多用于主驱动，通常采用同步电机的方案；至于辅助驱动，目前市面上有很多方案。青山从辅助驱动的场景需求出发，最终着眼于如何通过对辅助驱动的层层分析和选择，在效率和成本之间取得平衡。

通过对标主流市场和主流方案，第一种方案是辅助驱动采用与主驱动相同的同步方案。这种方案的优点很明显，但缺点也很突出，往往会导致整个系统的0Nm阻力损失更高。

第二种方案是在第一种方案的基础上，在第一种方案的同步电机前端增加一个耦合结构。这种方案可以有效解决拖沓问题，真正提高系统效率，但同时也增加了整个系统和整车的成本负担。

第三种方案是使用异步电机，基于异步电机本身的工作原理，可以有效优化损耗。有资料表明，在同等条件下，异步电动机的损耗比同步电动机的损耗要高一倍以上。

考虑到效率和成本的平衡，青山公司在辅助传动产品的选择上采用了异步电机的方案，最终形成了7合1同步主传动和3合1异步辅助传动的传动配置。目前我们和用户共同开发的两款高压产品中，主驱动是一款七位一体高度集成的产品，在控制器上同时集成了OBC、PDU、DC/AC、DC/DC；辅助驱动是三合一产品。两款产品的额定电压均为580V，最高可达750V。

基于成本考虑，我们采用SIC模块作为主驱动的功能模块，而采用IGBT作为辅助驱动。主驱动产品的主要优势是集成度高。高度集成的7合1产品，功率密度超过2.4kW/kg，最高效率超过95%，动力强劲，百公里加速时间小于4.5s。

首先，辅驱产品的优势是成熟度高。我们充分利用青山公司现有的产品平台，确保我们的零件通用率达到71%以上。其次，效率高。通过层层软硬件调整，我们的最高效率可以达到93%以上。另外，性价比高。与其他方案相比，我们的成本可以降低20%以上。

以辅助驱动减速器的开发为例，我们首先基于QFDamp进行了需求分析；FMEA，充分识别用户对标杆的需求，设计满足需求；FMEA动态更新可以通过软件实现，保证信息的实时更新。基于载荷谱的研究，充分识别边界要求，避免冗余设计。

高集成度方面，减速器和电机共用端盖，集成箱采用三段式。系统的一体化设计确保了高可靠性、高效率和高NVH性能。

在平台上，我们充分利用现有的产品平台，减速器的通用化率高达91%。同时，针对类似零件，我们在设计时借用了毛坯、模具和工具。

在边界验证的基础上，我们首先基于系统全面恰当地规划测试需求。我们并不认为做的测试越多越好，而是要满足验证需求，根据实际需要合理控制我们的项目成本。此外，基于FMEA确定的边界条件，在芯板上进行DOE公差分析和验证，以确保设计产品的一致性。

在电机开发方面，我们整合了整车的电机开发系统流程，以青山的PDS开发流程为基础，结合V车型开发流程，将电机开发整合到电驱动系统和整车开发流程中，实现电机开发质量稳定可控。

在电机健壮性开发的技术方面，我们根据系统需求进行电机的联合开发，争取系统从原材料到最终测试的健壮性。在先进的技术方面，我们采用了新型的铝合金材料，有效地降低了转子铝条的电阻值。同时，我们还应用最新的扁平线技术来提高功率密度。

在电控的开发中，首先是成熟的开发系统。我们整合ISO26262 V开发流程和青山PDS开发流程，指导产品硬件开发，确保研发质量可控。基于ASPICE开发方法和TS-AES技术架构，结合QFDampFEMA，满足ISO26262软件开发的全过程，保证软件开发的质量。

高平台方面，目前青山公司电控包括外部协同开发和自主开发并行。自主开发按照功率和电压分为低压、中压、高压三个平台。硬件通用化上，不同平台的控制芯片采用同一系列产品，部分平台的电路图一致。在软件模块化上，根据TS-AES架构，涵盖了整个系列的单片机软件平台建设。

在全零协作上，我们建立了战略合作。目前，我们已经建立了对外合作智库，并与多家公司签署了战略合作协议。在功能安全和高级算法的开发上，我们目前正在开发基于ASIL-C的功能安全级别，未来将升级到ASIL-D。同时加入了主动防抖降噪技术的应用。

在智能制造方面，在一个产品的开发过程中，我们可以在样品制造的前期控制产品的一致性，但产品能否大批量上市往往取决于制造过程的一致性。青山工业，基于工业4.0新建的数字化工厂，从先进性、扩展性、安全性等方面进行布局。按照“1514”智能制造规划思路，力求制造过程稳定。目前，我们拥有年产30万台三合一和一体化电驱动总成的生产能力。

青山新能源产品谱系

我将介绍我们在基于电气化平台架构和电力系统新生态的混合动力和电力驱动总成方面的成就。首先，目前有两种杂交产品——P2和P13-DHT。P2的HF640A已经随长安整车批量投放市场，在终端获得了不少好评。搭载赛勒斯的P13-DHT已经批量上市，明年上半年和长安一起上市。

电驱总成方面，PEF03A是第一个，是二合一产品。目前长安糯玉米已经批量上市。此外，作为异步三合一产品的副驱PEF20A目前正在紧张研发中，明年下半年将搭载长安系列车型上市。PEF20B是中压7合1产品，处于爬坡过程中；PEF20C是高压产品，是在PEF20B基础上的全方位升级。它将匹配高压系统，并应用碳化硅。这款产品也在全速研发中，预计明年下半年上市。

如你所见，我们的电气化平台和新能源产品稳定有序，覆盖500-5500Nm，功率范围30-300kW，可适应A00到d的整车，面对电驱动快速高质量的产品开发需求，如何高效开发电驱动的鲁棒性，值得我们共同思考。青山致力于为客户提供领先的全频谱电力驱动总成解决方案。