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NESTA功能安全行业解读——整车电驱转矩功能安全验证
电驱系统是新能源车辆动力输出的核心部件，电驱系统的失效故障会严重影响驾乘人员安全，比如车辆发生非预期加速、非预期丢失动力等，结合实际使用场景更容易发生安全事故。
从故障发生场景和典型失效案例出发，NESTA建立了电驱转矩功能安全验证，现将相关研究分享，本期解读内容为：“整车电驱转矩功能安全验证”。
整车电驱转矩功能安全验证旨在考察电驱动系统的动力安全，评估电控系统在各种故障场景和单点失效时，动力输出的可预知性和稳定性。
根据电驱产品结构设计测试场景，主要有以下两种测试方式：
1、在电驱转矩安全试验中，使用电机模拟器实现被测电机控制器样品加载测试，按照测试工况点要求，注入电驱系统典型故障，观测系统是否发生非预期动力输出，能否正确识别故障并执行报警和安全策略。
图：电机模拟器测试系统
2、另一种是在总成测试台架上，通过故障模拟装置触发电驱系统典型故障，实现电驱控制器+电机总成式结构样品测试，比如，可以模拟新能源车辆在驾车行驶途中发生电子控制器线束接插件松脱或线束搭铁短路等故障模式，检验发生故障后，电驱系统能否持续安全或降额输出动力等。
图：动力总成故障注入测试系统
例如，旋变传感器作为转矩控制最重要的传感器，旋变发生故障后，电驱系统不受控地反向输出转矩，这种情况在车上对应的表现是：车辆正常前进时，莫名其妙的发生“制动力”，如果这种情况恰好发生在高速公路上，那么其危险性不言而喻。
图：旋变故障测试
随着新能源车电气架构的日益复杂化，芯片、传感器及控制器等关键部件数量的激增，使得故障失效风险也越来越大。为此，功能安全的故障注入测试成为关键手段，该测试可以对潜在的软硬件故障进行模拟，测试系统对故障的响应保护是否正确、及时，尤其是高场景覆盖度的测试，还可以帮助车企发现软件或硬件的系统保护设计缺陷，降低车辆上市后的召回风险。
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试验项目 |
整车失效风险描述 |
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电机过流 |
可能导致电机绝缘失效引起动力不可控或停车 |
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电机过温 |
长时间可能导致电机去磁或性能下降，引起整车动力降低发生非预期失速 |
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主动放电错误 |
可能导致车辆维修过程中发生电击风险 |
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主动短路超时 |
可能引起逆变器功率器件损坏，导致车辆动力不可控 |
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Crash有效触发 |
Crash碰撞发生后，如继续输出动力可能会发生二次伤害，或导致车门无法解锁，无法逃生 |
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非预期零转矩输出 |
考察系统对动力丢失的保护能力，避免如通过十字路口或铁路道口发生不可控停车而发生撞击风险 |
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非预期大转矩输出 |
考察系统对动力非预期增大的保护能力，避免如城市道路车辆异常加速或红绿灯路口异常加速发生撞击风险 |
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非预期小转矩输出 |
考察系统对动力非预期减小的保护能力，避免如高速路行车由于动力不足引起追尾风险 |
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非预期反向转矩输出 |
考察系统对动力非预期反向的保护能力，避免如车辆由静止突然倒退引起撞击行人或车辆的风险 |
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CAN报文超时故障 |
可能导致短时间内转矩不可控，引起车辆无法正常加速或减速，或仪表无法正常显示车辆状态从而引起驾驶恐慌 |
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E2E故障 |
信息有效性判断的重要手段，故障可能导致被发送的报文无法正确识别，动力节点失去控制，导致车辆动力不受控 |
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总线短路故障 |
CAN总线物理层失去通讯功能，可能引起车辆动力不受控 |
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CAN关键信号异常 |
关键信号卡滞或丢失引起动力系统无法执行转矩指令，导致车辆动力不受控 |
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12V供电开路故障 |
12V电压丢失，如无冗余，可能导致控制电路失效，严重时功率器件炸毁，整车动力完全丧失 |
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NTC传感器开路/短路故障 |
NTC传感器开路导致系统无法获得电机温度值，可能引起电机过温而导致电机性能下降，引起整车动力降低发生非预期失速 |
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相开路/短路故障 |
直接导致电控过流，转矩输出紊乱且不可控，极易引起驾驶恐慌导致严重车辆事故 |
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旋变开路/短路故障 |
如无冗余策略，转矩输出紊乱且不可控，极易引起驾驶恐慌导致严重车辆事故 |
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HVIL开路/短路故障 |
可能导致车辆维修过程中发生电击风险 |
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高压直流开路故障 |
动力丢失，同时可能由于抛负载引起功率器件损坏 |
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KL15开路/短路故障 |
导致系统无法识别唤醒状态，可能引起状态机的错误执行，导致错误时刻下电而引发驾驶风险 |
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Crash开路/短路故障 |
如无冗余，导致无法识别Crash状态，若发生真实碰撞后仍继续输出动力可能会产生二次伤害 |
附表：电驱典型故障测试与失效风险
对多数车企而言，构建全场景、高覆盖的功能安全测试环境是一个巨大挑战。中汽中心新能源检验中心依托丰富的测试数据库资源，可为车企提供高场景覆盖度的功能安全故障注入测试服务，发现车辆在极端工况或特殊场景下的功能设计缺陷。一方面，能助力车企定向整改，降低管控成本；另一方面，还可以显著增强产品安全性能，最大程度保障驾乘人员的生命安全。
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