純電動(dòng)汽車(chē)阻力分解測(cè)試研究★

蔡家康，王福堅(jiān)，謝佶宏，唐 逵

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，廣西汽車(chē)新四化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 柳州 545007）

引言

電動(dòng)汽車(chē)的能量消耗與很多因素有關(guān)，包括整車(chē)阻力、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率、整車(chē)策略及低壓零部件影響等[1]。深入對(duì)電動(dòng)汽車(chē)阻力分解研究，優(yōu)化整車(chē)阻力，提升電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性能是一個(gè)很重要的方向。目前較為普遍的阻力分解方法為通過(guò)底盤(pán)測(cè)功機(jī)反拖測(cè)試車(chē)輛，并通過(guò)逐項(xiàng)拆解測(cè)量各拆解狀態(tài)下各車(chē)速點(diǎn)的輪邊力，或利用四驅(qū)動(dòng)力總成測(cè)試臺(tái)架對(duì)車(chē)輛進(jìn)行反拖測(cè)試，通過(guò)扭矩法蘭獲取不同車(chē)速下車(chē)輛的阻力矩，并應(yīng)用逐項(xiàng)拆解法，獲取不同傳動(dòng)單元的阻力矩，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合的方法獲得傳動(dòng)阻力與車(chē)速間的關(guān)系曲線[2]。

1 純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)阻力的構(gòu)成

純電動(dòng)汽車(chē)阻力可分解為風(fēng)阻，輪胎滾阻、電機(jī)阻力、傳動(dòng)系阻力及制動(dòng)器拖滯力。電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)路徑為電機(jī)、減速器、前驅(qū)動(dòng)橋、制動(dòng)器以及輪轂，通過(guò)將整車(chē)阻力進(jìn)行分解可以得到各個(gè)零部件的阻力，從而對(duì)零部件的阻力進(jìn)行分析，將阻力偏大的零部件進(jìn)行降阻[3]。

2 阻力分解測(cè)試系統(tǒng)介紹

本文通過(guò)道路滑行測(cè)試、轉(zhuǎn)轂反拖測(cè)試及四驅(qū)動(dòng)力總成臺(tái)架反拖測(cè)試的組合進(jìn)行測(cè)試車(chē)輛的阻力分解，其中轉(zhuǎn)轂反拖測(cè)試為通過(guò)四驅(qū)轉(zhuǎn)轂在測(cè)試車(chē)輛10 km/h至100 km/h車(chē)速下進(jìn)行反拖以獲取轉(zhuǎn)轂反拖阻力Fzg。

3 整車(chē)道路滑行力測(cè)量

按照《GB 18352.6—2016輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》對(duì)測(cè)試車(chē)輛進(jìn)行道路滑行阻力測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1所示，對(duì)滑行數(shù)據(jù)擬合得到測(cè)試車(chē)輛道路滑行阻力Fhx與車(chē)速的關(guān)系為：F=0.029 1v2+1.362 6v+63.189

4 四驅(qū)轉(zhuǎn)轂反拖測(cè)試及風(fēng)阻計(jì)算

將測(cè)試車(chē)輛置于四驅(qū)轉(zhuǎn)轂，通過(guò)轉(zhuǎn)轂在以10 km/h起，步長(zhǎng)為10 km/h的各車(chē)速點(diǎn)下反拖測(cè)試車(chē)輛，從而測(cè)得車(chē)輛在各車(chē)速點(diǎn)下的轉(zhuǎn)轂反拖阻力Fzg。測(cè)試車(chē)輛的轉(zhuǎn)轂反拖阻力為車(chē)輛內(nèi)阻（包括半軸動(dòng)力系統(tǒng)阻力、制動(dòng)器拖滯阻力及輪轂軸承阻力）與輪胎滾動(dòng)阻力之和。通過(guò)整車(chē)道路滑行阻力與車(chē)輛轉(zhuǎn)轂反拖阻力求差，可計(jì)算出該車(chē)型風(fēng)阻為Ffz=Fhx-Fzg。

5 四驅(qū)動(dòng)力總成臺(tái)架反拖測(cè)試

5.1 四驅(qū)動(dòng)力總成臺(tái)架反拖測(cè)試概述

將測(cè)試車(chē)輛拆除輪胎后安裝在四驅(qū)動(dòng)力總成臺(tái)架上，逐步拆解制動(dòng)器、半軸等，在這幾種狀態(tài)拆解狀態(tài)下分別通過(guò)四驅(qū)動(dòng)力總成臺(tái)架在10 km/h至100 km/h的車(chē)速點(diǎn)反拖測(cè)試車(chē)輛，并使用扭矩傳感器測(cè)量各拆解狀態(tài)和車(chē)速點(diǎn)的阻力矩。根據(jù)拆解各零部件后阻力矩及被拆除各零部件與反拖阻力的關(guān)系，可計(jì)算出分解的各部分阻力。

為盡量減少傳動(dòng)系溫度對(duì)阻力的影響，采用溫度傳感器監(jiān)控減速器油溫，通過(guò)反拖熱車(chē)及風(fēng)機(jī)降溫等措施保持反拖測(cè)試在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。

5.2 輪胎滾動(dòng)阻力的分解

四驅(qū)動(dòng)力總成臺(tái)架在各車(chē)速點(diǎn)下反拖僅拆除輪胎后的測(cè)試車(chē)輛，測(cè)得拆除輪胎反拖阻力矩與輪胎滾動(dòng)半徑的乘積可得臺(tái)架反拖阻力Ftj1為測(cè)試車(chē)輛車(chē)輛內(nèi)阻Fnz與工裝阻力Fgz之和。

四驅(qū)動(dòng)力總成臺(tái)架與測(cè)試車(chē)輛間的阻力不可忽略，可在臺(tái)架未安裝測(cè)試車(chē)輛狀態(tài)下，僅對(duì)測(cè)試工裝進(jìn)行反拖，可測(cè)得工裝阻力，從而計(jì)算出車(chē)輛內(nèi)阻Fnz，且計(jì)算出輪胎滾阻為：Flt=Fzg-Fnz。

5.3 制動(dòng)器拖滯阻力的分解

將測(cè)試車(chē)輛拆解制動(dòng)器，通過(guò)四驅(qū)動(dòng)力總成臺(tái)架各車(chē)速點(diǎn)下反拖測(cè)試車(chē)輛，測(cè)得去除制動(dòng)器阻力的車(chē)輛內(nèi)阻與工裝阻力之和Ftj2，由此求得制動(dòng)器阻力為Ftj1與Ftj2之差。測(cè)試車(chē)輛制動(dòng)形式為前盤(pán)后鼓，考慮制動(dòng)形式的差異，將前、后軸阻力分開(kāi)計(jì)算，拆解制動(dòng)鼓后，后軸測(cè)得阻力矩基本無(wú)變化，因此對(duì)制動(dòng)器阻力忽略不計(jì)。

5.4 輪轂軸承阻力的分解

拆解制動(dòng)器后，拆解半軸，通過(guò)四驅(qū)動(dòng)力總成臺(tái)架各車(chē)速點(diǎn)下反拖測(cè)試車(chē)輛，測(cè)得輪轂軸承阻力與工裝阻力之和Ftj3，考慮前后軸輪轂軸承存在區(qū)別，也需將前、后軸阻力分開(kāi)計(jì)算，計(jì)算得出前軸輪轂軸承阻力Fzcq、后軸輪轂軸承阻力Fzch和半軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)阻力Fbz，其中：Fbz=Ftj2q-Ftj3q。

5.5 阻力分析及優(yōu)化方向

已通過(guò)道路滑行測(cè)試、轉(zhuǎn)轂反拖測(cè)試及四驅(qū)動(dòng)力總成臺(tái)架反拖測(cè)試的組合將該純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)阻力分解至風(fēng)阻、輪胎滾阻、制動(dòng)器拖滯阻力、輪轂軸承阻力及半軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)阻力幾個(gè)方面。對(duì)測(cè)得各項(xiàng)阻力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，擬合出各項(xiàng)阻力與車(chē)速的關(guān)系（如圖2、圖3所示）。

經(jīng)分析，該車(chē)型風(fēng)阻表現(xiàn)良好，也仍有一定優(yōu)化空間；輪胎滾動(dòng)阻力處于正常水平，可考慮采用更低滾阻的輪胎；卡鉗拖滯阻力與半軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)表現(xiàn)均較優(yōu)；而輪轂軸承阻力較大，優(yōu)化空間較大，可對(duì)輪轂軸承阻力進(jìn)行進(jìn)一步的研究?jī)?yōu)化。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)上的電機(jī)、減速器和驅(qū)動(dòng)橋的阻力分解方法仍不成熟，待此方面的測(cè)試研究方法更成熟后，必定對(duì)電動(dòng)汽車(chē)阻力分解優(yōu)化及整車(chē)經(jīng)濟(jì)性能、動(dòng)力性能的提升有極大的幫助。