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大家风范丨青年科学家刘祥环:勇闯新能源电驱动系统的“无人之境”

【人物名片】

刘祥环,株洲市第十二次代表大会党代表,工学博士,正高级工程师。现任株洲齿轮有限责任公司总工程师兼(国家级)技术中心主任,技术管理委员会主任,“新能源动力与传动系统”湖南省重点实验室主任,(省级)工业设计中心主任。科技部在库专家,湖南省创新达人,中欧协会齿轮传动产业分会第三届专家委员会副主任委员,株洲市科技领军人才,中南大学工程类博士兼职导师。

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电池、电机、电控,俗称电动汽车的“三电”,是电动汽车区别于传统油车的关键部件。

这其中,电驱动系统如同人体的心脏,为车辆输入源源不断的动力。

2018年,在刘祥环的牵头下,株洲齿轮有限责任公司(以下简称“株齿公司”)参与国家重点研发计划——新能源高性能一体化驱动电机系统研制并顺利交付,对我国新能源汽车快速发展作出重要贡献。

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发力新能源汽车关键核心技术

与传统油车相比,新能源汽车是一个全新赛道。在全球汽车市场格局基本成型之时,我国要从汽车大国迈向汽车强国,仅靠油车竞争已经很难取胜。若要弯道超车,新能源汽车是最佳解。

正因如此,中国大力推动新能源汽车发展,集中优势资源突破一批关键核心技术。

2018年,国家科技部重点部署新能源汽车电驱动系统专项,从6个技术方向启动24个研究任务。一体化电驱动系统研制便是其中之一。

“该研究计划通过系列技术攻关,开发出新一代高性能电驱动总成产品。”刘祥环说,这项研究任务对驱动电机及高速减速器的最高转速、电驱动总成的功率密度、电驱动总成噪声等多项指标提出了更高要求,成为当时领域内的技术标杆。

是挑战,更是机会。在众多竞争对手中,有60多年历史、从2009年着手新能源汽车变速器研制的株齿公司脱颖而出。身为公司技术担当的刘祥环当仁不让,成为项目牵头人。

突破NVH技术难题

一体化电驱动系统研制是个复杂庞大的项目,涉及的技术众多。其中,NVH是业内关注的焦点和技术难点,也是一体化电驱动系统的重点。

所谓NVH,即噪声、震动与声振粗糙度的英文缩写。它是衡量汽车制造质量的综合性指标,给汽车用户的感受是最直观的。

“传统油车发动机噪音较大,往往能覆盖变速器噪音,因此人们对后者的关注相对较低。但随着新能源汽车的应用,传统发动机被电机和驱动控制器取代,这些设备的声音很小,对比之下,变速器的噪音就变得明显。”这就对刘祥环的研究提出了高要求,“在新能源汽车开发过程中,NVH指标备受各汽车厂商关注,当变速器发生异常时,听起来非常刺耳,严重影响驾乘感受。”

创新史无前例。“尽管株齿有六十多年的齿轮传动技术积淀,从宏观参数设计到刀具设计,再到后续制造检测都有基础。但新能源汽车领域是一片全新的‘无人之境’,项目究竟要如何攻克,没有现成答案。”

为了攻克这一技术,刘祥环带领团队做了大量实验调试。他们引入新软件,反复对电驱系统进行仿真调试,从而找出最优解。为了给产品实施精准测试,他们专门建立了半消声室检测室,检测产品在背景噪声30分贝以下时的NVH情况。不仅如此,每个产品在下线时都会现场检测,一旦发现有不合格,立刻重新返工分析原因,杜绝再发。

实验、调试,再实验、再调试,在成百上千次的摸索后,研究迎来曙光——传统变速器的NVH标准为转速在4000转/分钟时,噪音应控制在83分贝;在团队攻克下,该指标实现了转数在6000转/分钟时,噪音仅80分贝。

随着技术不断升级,这一指标还在精进。如今,株齿公司的电驱动产品最高转速达到25000转/分钟,NVH技术可实现当变速器转数在14000转/分钟时,噪音被控制在76分贝以内,“在全球范围内都处于领先水平。”刘祥环说。

向工程机械领域进军

科技创新没有捷径,需要创新者耐得住寂寞,一步一个脚印往前走。

提升能量密度、破解齿轮鬼频、实现产品量产……研发攻关的路上,一道又一道难题如同大山等待科技人员翻越。

作为项目牵头人,刘祥环不断扩充自己的知识面,积极建立系统思维能力和组织能力。当研发陷入瓶颈时,他始终保持定力和耐心,冷静思考,认真分析,从纷杂的信息中找到突破口,最终实现突破。

在刘祥环的带领下,依托株齿的技术体系,涵盖了机械、电控、液压、流体等多领域多学科的一体化驱动电机系统中各项技术被逐一攻克,代表着新一代高性能电驱动总成的产品从实验室逐步走向产业化。

创新永远没有尽头。如今,刘祥环又带领团队开启新征程,在现在技术迭代更新的同时,他们把视野从新能源乘用车领域拓宽至工程机械领域,“以技术力量全力支持我省工程机械产业电动化升级。”

来源:株洲市委宣传部

编辑:任欣蓓

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