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王鹏 新能源汽车测试评价—特斯拉Model S深度解析

2019-11-08 23:55:29·  来源：中国汽研汽车工程研发中心  
　
中国汽研汽车工程研发中心今天中国汽研是中国较早进入新能源汽车测试评价领域的公司，自2010年开始新能源汽车测试评价能力建设。截止目前，中国汽研经过10年期起
中国汽研是中国较早进入新能源汽车测试评价领域的公司，自2010年开始新能源汽车测试评价能力建设。截止目前，中国汽研经过10年期“起步、发展、开拓”三阶段的技术积淀，已在能量流测评、驱动系统一体化测试、深度数据解析等方面具备雄厚能力。
 
目前中国汽研完成了30余款新能源汽车的深度评价，全面覆盖混合动力和新能源汽车各类系统构型，并已与盖世汽车联合推出了日产Leaf、宝马i3、荣威ERX5及特斯拉Model S等5款深度解析数据产品。
图1中国汽研与盖世汽车合作5款深度测试评价报告
 
以下是关于特斯拉Model S的测试分享。
 
Model S是典型的双电机四驱纯电动汽车，车辆具有Comfort、Sport、Ludicrous三种驾驶模式以及两种制动能量回收模式，满足驾驶员多样化的驾驶需求。
 
基于特斯拉官方发布的专利，图2展示了整车的控制逻辑。首先，车辆结合当前状态及驾驶员操作，获得总驱动扭矩需求。然后，根据前后电机的扭矩限制及当前车速，通过查表方式对前后电机进行扭矩初分配。最后，驱动防滑系统根据前后电机扭矩限值及当前电机转速、车速和滑移情况，对电机限扭，必要时使制动系统工作。
图2基于特斯拉专利梳理的整车关注点
 
针对特斯拉Model S，中国汽研形成了超过8000个具体试验条目、13G的Excel数据和13份深度解析报告。（详请登陆盖世汽车官网）
下面从驱动、制动和四驱三方面展开介绍Tesla Model S的测评发现。

第一部分：驱动过程选取了驾驶模式、踏板开度、SOC三个影响因素进行分析。
（1）驾驶模式对驱动的影响：图3对比了不同加速踏板开度下的整车峰值扭矩，可以看出：在相同踏板开度，Comfort模式更加平缓，Sport和Ludicrous更加激进。根据输出扭矩，Ludicrous模式是Comfort模式的两倍以上。在Ludicrous模式，前后电机都有近于满负荷甚至超负荷的输出。
图3不同加速踏板开度整车峰值扭矩对比
 
（2）踏板开度对驱动的影响：当踏板开度<30%，三种模式下扭矩输出随踏板开度增大而增加，可以为驾驶员提供较为线性的踏板响应。在常用开度区间30%~60%，电机扭矩随踏板开度增长迅速，以获得良好的动力性。在>70%开度，电机扭矩进入饱和区，继续增加踏板开度，动力输出不会有明显的变化。
（3）SOC对驱动的影响：在低SOC下，根据0-100km/h加速试验结果（如图4所示），5%SOC较95%SOC的整车加速性能有明显下降，尤其是Ludicrous模式更为明显。低SOC时电池功率输出受限，进而会影响电机扭矩的输出。
图4不同SOC下电机输出扭矩
第二部分：制动过程选取了能量回收模式、SOC和踏板开度三个影响因素进行分析。
（1）能量回收模式对制动的影响：图5展示了两种回收模式下的前后电机扭矩即轮缸压力，可以看出：两种模式下的整车减速度基本一致，轮缸压力会随着电机扭矩的变化进行动态调整。
图5Standard和Low两种能量回收模式对比
（2）SOC对制动的影响：图6展示了SOC对回收功率的影响，可以看出：当电池SOC>80%，电机制动扭矩受限；SOC越高，限制越明显。
图6高SOC对制动影响
（3）制动踏板开度对电机制动扭矩影响：电机扭矩随开度的变化表现出“三阶段”特点，即踏板开度<20%时，主要由电机提供制动减速度。30%<踏板开度<70%，电机输出扭矩达到饱和，减速需求主要通过液压实现。踏板开度>70%，为保证制动安全，电机制动将逐渐退出，液压制动占主导。
图7制动影响因素小结
（4）制动控制策略总结：图7总结了Tesla Model S制动控制策略。首先，系统根据驾驶员操作和车辆状态识别制动意图。其次，基于回收模式选择，对应不同的制动强度进行前后电机制动力矩分配和轮缸压力确定。最终，考虑SOC和轮速差，判定是否对电机扭矩进行限制。特别是当车辆出现滑移时，通过电机主动降扭防滑或启动ABS来保证制动安全性。
（1）四驱对经济性的影响：图8为Sport模式不同加速踏板开度下前电机扭矩占比，可以看出：①在开度<10%或>30%时，前电机的扭矩占比约0.3，即前后电机对总扭矩按1:2进行分配；②在开度处于10%~30%时，当车辆车速达到15-20km/h时，前后电机的扭矩会从1:2分配迅速变为仅由前电机驱动车辆，后电机会退出驱动。这是因为在10%~30%的低踏板开度下，车速达到一定值后，如果继续按照1:2分配前后电机扭矩，那么前后电机的工作点会都进入小扭矩输出的低效区，为保证系统效率，控制器通过提升前电机扭矩将其工作点调整到高效区，而让后电机退出驱动。
（2）四驱对动力性的影响：图9为Comfort模式下，40km/h小踏板和大踏板Tip-in试验，可以发现：小踏板Tip-in后，后电机扭矩增长为前电机扭矩的1.1倍，而大踏板Tip-in后，后电机扭矩增长为前电机扭矩的1.34倍，随着踏板开度增加，后轴电机输出得到强化。测试发现：在所有模式下，大踏板的后电机与前电机扭矩比明显高于小踏板，这表明四驱系统通过大踏板获得了驾驶员的急加速意图，通过提高后电机扭矩输出，提高动力性。
图9不同加速踏板Tip-in
（3）四驱对安全性的影响之一：图10为Ludicrous模式全油门加速试验，可以看出：车辆起步时，由于驱动力过大，超过了路面附着条件限制，车轮非常容易打滑，因此电机系统进行了主动降扭防滑，全过程液压未参与，这是传统车辆不具备的驱动防滑特性。
图10高附路面驱动
（3）四驱对安全性的影响之二：图11所示是对接和对开路面的测试结果，可以看出：在对接路面起步时，后轮出现明显的打滑，后桥电机主动限扭防滑，液压全程未介入。在对开路面起步时，由于后桥电机扭矩大于前桥，因此右后轮先出现打滑，后桥电机先限扭；随后右侧两个车轮均打滑，前后电机同时限扭。在这种对开路面出现打滑是一种非常危险的工况，仅仅依靠电机的限扭还不足以平稳起步，此时液压也介入。可以发现，对接路面车辆失稳的可能性相对较小，通过电机主动限扭得以实现；而对开路面失稳风险较高，需要电机和液压共同介入。
图11对接和对开路面驱动
（3）四驱对安全性的影响之三：图12为三一脱困测试结果，可以看出：第一阶段，车辆未起步时，随踏板开度的增加，电机的扭矩会先上升；第二阶段，车辆检测到车轮转，而车速为零，判定车辆处于打滑阶段，电机降扭防滑；第三阶段，车辆起步后，滑移率减小，前电机扭矩开始回升。
图12三一脱困
（4）四驱控制总结：①在高附着路面或者低附着路面车辆不发生失稳时，主要依赖于电机的主动限扭实现防滑控制，液压不参与；②在低附着路面或者对开路面时，车辆发生失稳的风险增加后，电机调节能力有限，此时液压将主动参与，与电机进行协调，共同实现防滑控制。
中国汽研未来将针对当前电动汽车“自燃”等安全热点问题，就动力电池热滥用、电滥用情况下的失控机理、仿真建模及安全保护策略进行深入研究，建立科学、全面、完善的新能源汽车动力电池系统测试评价体系。
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