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技术 丨 新能源汽车整车性能测评——电机坡道辅助功能

2018-12-14 22:22:52·  来源：中国汽研  
　
通常来说，坡道辅助功能主要是指车辆识别坡道并施加一定的扭矩以使得车辆具备在坡道上驻坡、平稳起步和匀速溜坡的功能。传统内燃机汽车可通过控制发动机和液压制
通常来说，坡道辅助功能主要是指车辆识别坡道并施加一定的扭矩以使得车辆具备在坡道上驻坡、平稳起步和匀速溜坡的功能。传统内燃机汽车可通过控制发动机和液压制动系统实现，如Auto-Hold功能等。然而，在新能源汽车平台上面，由于电机系统的引入，使得更为灵活的实现坡道辅助功能成为了一种可能。
本文将以中国汽研新能源汽车测试评价过程中的一些实际案例为基础，初步介绍基于电机控制的坡道辅助功能。
一、什么是“电机坡道辅助功能”？
电机坡道辅助功能，利用了电机的扭矩和功率特性，通过使电机工作在驱动、制动和堵转状态，当驾驶员松开制动踏板后，根据电机施加扭矩的方向和大小，对坡道阻力进行克服或者部分抵消，以实现坡道起步、坡道驻车、坡道防溜车和陡坡缓降的功能。同时，在必要的情况下，液压制动系统可以介入，以实现对电机制动扭矩的必要补充。

二、几种新能源汽车的电机坡道辅助功能
1 日产Leaf电机坡道辅助功能
图1、日产Leaf电机坡道辅助功能
通过电机施加一定的扭矩，日产Leaf可在约8%的坡道上实现驻坡，此时电机工作在堵转状态，车辆在坡道上平稳驻坡（驾驶员未踩下加速和制动踏板）；当驾驶员踩下加速踏板时，由于驻坡扭矩的存在，使得起步过程与平路起步一致，即一定加速踏板开度坡道起步时，电机在其驻坡扭矩的基础上增加与加速踏板开度对应的需求扭矩，以实现坡道起步和平路起步一致的驾乘感觉。
 
当坡道进一步增加，例如增加至15%左右，电机施加的驻坡扭矩不足以克服重力沿坡道向下的分力，车辆开始溜坡行驶，并在电机扭矩的调节下，最终以某一较低的车速实现匀速溜坡行驶。
 
通过上述试验现象可知，通过电机扭矩的灵活控制，相比传统内燃机汽车的坡道辅助系统，其响应更迅速，坡道辅助功能更平稳。
2 丰田Prius电机坡道辅助功能
图2、Prius HEV 30%坡道起步工况
对于丰田Prius混合动力系统，在坡道前的平路冲坡阶段，发动机不起动；进入坡道后，随着车速和坡道阻力的增加，发动机起动后与电机共同为整车提供驱动力；在坡道驻车阶段，发动机停机后电机仍保持一定的驻坡扭矩，以辅助驾驶员实现平稳的坡道起步操作。
 
通过上述试验现象可知，通过电机施加一定的驻坡扭矩，在坡道起步过程中相当于预设了一个初始扭矩，有助于抵消一部分起步过程的阻力，实现平稳的起步。通过电机与发动机系统的协调，在低速大负荷工况下实现了稳定的发动机工作状态，便于提升车辆运行过程的经济性。
 
3 本田Accord电机坡道辅助功能
图3、Accord PHEV电机坡道辅助
本田Accord PHEV的坡道辅助功能，在正常行驶挡位松开制动踏板，液压迅速下降，电机开始辅助，当电机扭矩上升足以平衡车辆坡道阻力时，液压退出，电机堵转保持车辆驻坡。当坡度较大时，电机不会输出更大扭矩，液压不会重新介入，此时车辆会后溜。后溜车速与坡度有关，且溜车过程没有报警提示音。
通过上述试验现象可知，Accord PHEV坡道辅助过程有电液协调过程，坡道阻力主要靠电机扭矩平衡，当坡道阻力大于电机最大防溜车扭矩后，车辆不会重新调节机械液压。相比单纯依赖电机提供坡道辅助的车型有一定的优势。
4 宝马I3电机坡道辅助功能
图4、BMWi3 EREV电机坡道辅助

宝马I3的坡道辅助功能，松开制动踏板后，车辆有很小幅度的滑移，通过调整电机扭矩值与坡道阻力平衡，实现车辆在坡道上驻车。当坡道加大，松开制动踏板，车辆后溜。溜车车速超过一定值时，电机输出最大防溜车扭矩。

通过上述试验现象可知，即使车辆后溜，液压始终不介入，宝马I3只通过调节电机扭矩实现坡道辅助功能，不对机械液压进行调节，坡道辅助能力完全取决于电机。

三、总结
通过对几款典型新能源汽车的电机坡道辅助功能研究发现，坡道辅助功能主要靠驱动电机提供扭矩来平衡汽车坡道阻力，机械液压基本不参与制动。当坡度增加时，电机扭矩有固定阈值和根据坡度智能调节电机扭矩两种控制方式，理论上电机扭矩可以调节至最大扭矩输出，但为了保护电机堵转过程温升不过高，通常设定最大持续堵转扭矩阈值较小，坡道阻力当超过电机最大持续堵转扭矩后，车辆开始溜车，溜车车速取决于坡道大小。
 
 
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