底盤測功機設置模式對電動汽車能耗和能量回收檢測的影響

關(guān)鍵詞：電動車能耗檢測；底盤測功機模式；兩驅(qū)隨動

0前言

目前，輕型電動汽車續(xù)駛里程和能耗的測定均依據(jù)GB/T 18386.1—2021《 電動汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗方法 第1部分：輕型汽車》標準進行［1］。按照此標準的要求，電動汽車需在底盤測功機上行駛，通過測量行駛距離和電量，計算得出續(xù)駛里程。其中，底盤測功機精準模擬車輛在實際道路上的行駛阻力是保證結(jié)果真實可靠且具有良好復現(xiàn)性的關(guān)鍵之一。

為了使底盤測功機模擬對應電動汽車的實際道路行駛阻力，需要進行滑行擬合：在底盤測功機中設定一個初始的加載阻力，由底盤測功機帶動車輛或由車輛帶動底盤測功機滾筒至設定速度，在車輛內(nèi)阻和底盤測功機加載阻力的共同作用下，車輛速度降至最低速度，通過不斷調(diào)整測功機加載的阻力，將各個速度段的滑行時間與目標時間即道路上的滑行時間控制在極小偏差內(nèi)，最終得到底盤測功機的設定阻力（Dyno set）。

為了適配不同驅(qū)動形式的電動汽車，四驅(qū)底盤測功機能夠提供相應的設置：前驅(qū)、后驅(qū)和四驅(qū)。對于兩驅(qū)車，如果在底盤測功機上使用兩驅(qū)模式，僅有驅(qū)動輪在旋轉(zhuǎn)而從動輪固定，可能會觸發(fā)車輛的穩(wěn)定控制系統(tǒng)，導致車輛無法正常加速或能量回收失效。為了優(yōu)化車輛能耗，越來越多的兩驅(qū)電動汽車在從動輪上也會配備制動能量回收系統(tǒng)，如果按照兩驅(qū)模式進行測試，從動輪沒有能量回收，會造成試驗結(jié)果失準。因此，底盤測功機提供了前驅(qū)后輪隨動和后驅(qū)前輪隨動的功能。在2 種模式下，從動輪由底盤測功機滾筒帶動，與驅(qū)動輪速度保持一致，模擬兩驅(qū)車輛在實際道路的行駛狀況。

同時，兩驅(qū)電動汽車也可在四驅(qū)模式下的底盤測功機上正常行駛。為了適配智能四驅(qū)或分時四驅(qū)系統(tǒng)的車輛在高速時切換成兩驅(qū)行駛的情況，在四驅(qū)模式下，當?shù)妆P測功機檢測到車輛某一軸失去動力時，會自動切換至帶動車輪的模式，保證從動輪的速度與驅(qū)動輪保持一致，此時與兩驅(qū)隨動的作用形式相同。因此，對于兩驅(qū)且需要隨動的電動汽車來說，既可以選擇兩驅(qū)隨動模式也可以選擇四驅(qū)模式進行測試。為了明確2 種模式對能耗和能量回收的影響，本文通過選取典型電動汽車在底盤測功機上進行工況駕駛試驗并記錄車輛能耗，比較分析車輛在不同設置模式下的滑行結(jié)果和工況能耗。

1 底盤測功機不同模式下的設定阻力

選取某型后輪驅(qū)動，前輪帶制動能量回收的典型電動汽車為研究對象，利用AIP MAHA 雙軸底盤測功機進行不同模式下的滑行擬合。底盤測功機主要參數(shù)見表1。

從作用原理和實際測試結(jié)果來看，底盤測功機兩驅(qū)模式和兩驅(qū)隨動模式下的設定阻力值幾乎完全一致［2］，此處不再比較。而在比較底盤測功機兩驅(qū)隨動模式和四驅(qū)模式下設定阻力差別之前，還需確認初始載荷和慣量的設定，以便分析其對設定阻力的影響。

1. 1初始載荷設定

GB 18352.6—2016 《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》附錄C 中，滑行擬合前底盤測功機在兩驅(qū)和四驅(qū)模式下的初始載荷設定值不同［3］：

式中：A_d"為底盤測功機設置載荷常數(shù)項，單位N；B_d為底盤測功機設置載荷一次項，單位N/（km·h）；C_d為底盤測功機設置載荷二次項，單位N/（km·h）2；A_t"為道路載荷常數(shù)項，單位N；B_t"為道路載荷一次項，單位N/（km·h）；C_t"為道路載荷二次項，單位N/（km·h）2。

由于滑行擬合的最終目標都是道路載荷系數(shù)，且標準允許初始設定值可以使用類似車輛的設定值，因此兩驅(qū)和四驅(qū)模式下的初始載荷設定值不同對最終的設定阻力沒有影響。

1. 2 底盤測功機的等效轉(zhuǎn)動慣量設定

GB 18352.6—2016 附錄C 中還規(guī)定，如果車輛在四驅(qū)模式下進行試驗，底盤測功機的等效轉(zhuǎn)動慣量應設定為相應的車輛測試質(zhì)量，否則應設定為車輛測試質(zhì)量加上50% 的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，即兩驅(qū)隨動模式下的轉(zhuǎn)動慣量要大于四驅(qū)模式下的等效轉(zhuǎn)動慣量。某公司車輛的整備質(zhì)量為1 929 kg，50% 的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量為30.4 kg。為了確定30.4 kg 的等效轉(zhuǎn)動慣量對設定阻力的影響，使用該公司車輛在兩驅(qū)模式下按不同的等效轉(zhuǎn)動慣量進行固定法滑行擬合，結(jié)果見表2 和圖1。

由表2 和圖1 可知，30.4 kg的轉(zhuǎn)動慣量差對底盤測功機設定阻力結(jié)果幾乎沒有影響。

1. 3兩驅(qū)隨動和四驅(qū)模式的滑行擬合比較

使用該車輛在AIP MAHA 雙軸底盤測功機上分別使用后驅(qū)前輪隨動模式和四驅(qū)模式進行固定法滑行擬合，初始設定和轉(zhuǎn)動慣量按GB 18352.6—2016 的要求設定，得到設定阻力結(jié)果見表3和圖2。

由表3 和圖2 可知，AIP MAHA 底盤測功機在四驅(qū)模式下得到的設定阻力遠小于后驅(qū)前輪隨動模式下的設定阻力，常數(shù)項Ad 為負數(shù)，導致在低速時的阻力加載為負值，明顯與車輛在實際道路上受到的阻力情況不符。

為了探究造成這種結(jié)果的原因，分別將2 種設置模式下固定法滑行測得的后3 次車輛內(nèi)阻系數(shù)求平均值，結(jié)果如圖3 所示。

由圖3 可知，底盤測功機在四驅(qū)模式下測得的車輛內(nèi)阻比后驅(qū)前輪隨動模式下高出70 N 左右，原因是后驅(qū)前輪隨動模式下僅測量車輛后軸的阻力，而四驅(qū)模式下前后軸的阻力都會計入。目標道路阻力不變，底盤測功機測得的車輛內(nèi)阻越大，需要其主動提供的阻力就越小，相應的設定阻力值就越小。

2 不同模式下的底盤測功機能耗

為了比較電動汽車在不同模式下的底盤測功機能耗，設計如下測試：使用所研究車輛在AIPMAHA 底盤測功機上加載不同模式的滑行參數(shù)，按100 km/h 勻速熱車放電，車輛荷電量由100% 降至80% 時停止，然后連續(xù)行駛2 個中國汽車行駛工況乘用車循環(huán)（CLTC-P），分別記為循環(huán)1 和循環(huán)2，使用功率分析儀記錄車輛的電量變化。

從底盤測功機的參數(shù)設定來看，兩驅(qū)隨動和四驅(qū)模式的差別主要來自于轉(zhuǎn)動慣量設定和設置阻力。

2. 1 轉(zhuǎn)動慣量對能耗的影響

根據(jù)上述測試方法，分別使用1.2 節(jié)中的2 組底盤測功機阻力設置值進行測試，結(jié)果見表4。

由表4 可知，轉(zhuǎn)動慣量減少1.5%，總電量僅下降了0.2%，按GB/T 18386.1—2021 中續(xù)駛里程的計算方法，在整個試驗總放電量不變的情況下，單循環(huán)的電耗下降0.2%，續(xù)駛里程的計算結(jié)果也只增加0.2%。以某公司車輛為例，續(xù)駛里程為600 km，轉(zhuǎn)動慣量減小1.5% 后，其續(xù)駛里程的試驗結(jié)果僅增加了1.2 km，考慮到試驗過程中誤差的影響，四驅(qū)模式和兩驅(qū)隨動模式下轉(zhuǎn)動慣量設置的少量差距對電動汽車續(xù)航和能耗的影響可以忽略不計。

2. 2 底盤測功機設置模式對能耗的影響

根據(jù)上述測試方法，分別使用1.3 節(jié)中的2 組底盤測功機阻力設置值進行測試，結(jié)果見表5。

從前文可知，四驅(qū)模式的底盤測功機設定阻力更低，理論上總耗電量應比兩驅(qū)隨動模式小，但從表5 的結(jié)果來看，四驅(qū)模式下的電動汽車總耗電量比兩驅(qū)隨動模式下高7%。2 種模式下的回收電量基本一致，差異來自放電量。從底盤測功機的角度來看，放電量的差異源于車輛加速時底盤測功機提供的阻力不同，為了探究原因，需比較車輛在2 種底盤測功機設置模式下的阻力情況，由于CLTC-P工況瞬態(tài)的加減速情況較多，難以分辨阻力的變化，因此選擇新歐洲駕駛循環(huán)（NEDC）來比較2 種設置模式下的阻力差別。

采用1.3 節(jié)中的2 組底盤測功機阻力設置值各行駛1 個NEDC 工況，記錄底盤測功機前、后軸阻力及車輛總阻力的變化，結(jié)果如圖4～圖6 所示。

從圖4 可以看出，勻速過程2 種模式的阻力基本一致，因為道路目標阻力一致，符合實際情況，但四驅(qū)模式下加速過程的阻力要高于后驅(qū)前輪隨動模式下加速過程的阻力，這與車輛在實際道路上的行駛情況有較大出入。從總阻力的變化來看，能耗的差異主要來自車輛加速過程中阻力的不同，但是將總阻力分解之后，分別觀察前后軸的阻力變化（圖5、圖6），可以進一步發(fā)現(xiàn)：

（1） 對于驅(qū)動軸（后軸），勻速時四驅(qū)模式下的阻力略高于后驅(qū)前輪隨動模式，但是沒有2 種模式下阻力設定值之間的差異明顯，因為定義底盤測功機受力方向為：車輛驅(qū)動輪加速和勻速行駛時提供的阻力為正值，帶動非驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動的力為負值。在四驅(qū)模式下，前后軸的力都要參與總阻力計算，導致驅(qū)動輪上的阻力增加。以70 km/h 為例，四驅(qū)模式下根據(jù)底盤測功的阻力設定值，得到此時底盤測功機需要加載143 N 的力，帶動前輪需要-100 N，那么加載到后輪的力為243 N。而后驅(qū)前輪隨動模式下，通過阻力設定值算得加載的力為216 N，帶動前輪的力雖然與四驅(qū)模式下相同，但不會加載到后輪上，因此總的阻力只有加載到后輪的216 N。

（2） 在加速過程中，底盤測功機模擬的道路阻力包括：根據(jù)速度、阻力設定值確定的阻力和車輛慣量帶來的阻力。由于四驅(qū)模式下對于慣量模擬和阻力計算的方法與后驅(qū)前輪隨動不同，導致在車輛加速時慣量帶來的阻力更大。加速時，前輪的慣量模擬完全取決于底盤測功機的控制，使得后輪加載的阻力更大且有波動，在怠速階段甚至有總阻力為零，而前后輪上卻加載了相反阻力的情況，導致后輪在加速時已經(jīng)有了較高的初始加載阻力，對車輛的能耗影響較大。

兩驅(qū)車在四驅(qū)模式下行駛，無論勻速或加速時底盤測功機模擬阻力的邏輯和實際道路行駛都有差異，為了匹配總阻力，帶動從動輪的負向力會表現(xiàn)為驅(qū)動輪的阻力，導致循環(huán)能耗增加，因此兩驅(qū)車應慎重使用四驅(qū)模式。

3結(jié)論

通過對底盤測功機不同設置模式下的滑行和能耗進行比較分析，主要得出以下結(jié)論：

（1） 底盤測功機的初始載荷設定和少量的慣量差別對車輛滑行的影響可忽略不計。

（2） 底盤測功機在四驅(qū)模式下滑行，由于非驅(qū)動輪的阻力也參與設定值的計算，阻力設定的常數(shù)項基本為負值且二次項偏小，這是底盤測功機的特性決定的。

（3） 相比兩驅(qū)隨動模式，兩驅(qū)車在四驅(qū)模式下因底盤測功機阻力模擬的特性導致能耗更大，所研究汽車在四驅(qū)模式下的能耗較兩驅(qū)模式下高出7%。

因此，對于前后輪都帶有制動能量回收功能的兩驅(qū)電動汽車，進行續(xù)駛里程和能耗測試時，推薦使用兩驅(qū)隨動模式，可以得到較為準確和客觀的結(jié)果。