王鹏：中国汽研新能源汽车测试评价

2018年7月19-20日，中国汽研成功召开“新能源汽车关键技术国际论坛”，来自国内外的18位行业专家发表了主题演讲。中国汽研将连续为大家推送精彩演讲实录。本文为中国汽研动力总成技术研究中心副总工程师王鹏先生带来的《中国汽研新能源汽车测试评价》
中国汽研从2010年开始新能源汽车的测试评价。到目前经过了三个阶段：

第一个阶段是2010-2014年，本阶段是筹建测试评价的能力建设，对十款电动汽车进行了测试，并初步搭建了电动汽车的性能数据库。

第二个阶段是2014-2016年，本阶段是能力提升阶段，通过与国内知名高校以及美国阿贡国家实验室合作，侧重于测试方面的关键技术研究，大幅度提升了测评的精度和深度。

第三个阶段是2017-2020年，将把测试评价往更深的方向延伸。中汽研在大量测评的基础上积累了丰富的数据，如何将这些数据变成数据产品是今后发展的重点方向。



截至目前，中国汽研完成了逾20台车型的测评，包含主流构型的新能源汽车。例如功率分流车型分析了很多，如输出分流、输入分流等，有两个电机同轴和两个电机异轴的。并联系统从最早的P1系统到商用车P2系统，以及和美国阿贡国家实验室联合对索纳塔P2进行的测试。针对串并联构型，包含了前期较为热门的雅阁和标致3008。同时，针对串联构型和纯电动汽车也进行了研究。这次主要介绍两款车，一款是宝马i3，另一款是本田雅阁。



首先是对宝马I3驾驶模式管理的介绍，宝马I3分为Comfort、ECO pro、ECO pro+三种驾驶模式。我们把踏板的开度分成三个区间：
首先是低踏板开度区间，三种驾驶模式的电机扭矩输出基本一致。

其次是中踏板开度区间，即从10%一直到90%。当踏板开度低于30%时，车速低于10km/h，与传统车辆存在明显不同的踏板控制特性。Comfort模式在踏板开度40%就可以输出70%以上的扭矩，体现了较好的动力性，并且随着踏板开度的增加，电机输出特性非常线性。

第三是大踏板开度区间，在踏板开度100%的时候，ECO pro+模式出现功率限制。
总体而言，三种驾驶模式在不同踏板开度的影响下，输出特性明显不同。



关于制动踏板MAP特性，当制动踏板开度小于20%时，车辆制动减速度稳定在0.2g；当制动踏板开度大于20%时，车辆的减速度线性增加，制动踏板的线性感觉非常好。从右下角图可看出（红色是液压制动扭矩，蓝色的是电机的扭矩，黑色是总的后轴扭矩）：

当制动踏板开度小于20%时，完全由电机提供制动力矩，与带档滑行一致；
当制动踏板开度在20%-65%之间时，电机制动能力维持峰值，通过调节液压制动力的大小实现与制动需求的匹配；
当制动踏板开度大于65%时，这个阶段是电液制动协调阶段，电机制动力矩与液压制动力矩呈此消彼长的关系；
当制动踏板开度大于90%，出现ABS与RBS协调，此时液压变化过程具有振荡性，虽然ABS触发后，但是点击仍然有一定的制动力矩，这说明了现在在考虑安全性的前提下，电机控制相比以前有较大的进步，仍可在ABS与RBS协调阶段实现一定的能量回收。这种现象在宝马I3和本田雅阁中均有发现，体现了电机控制的一个方向。




以上两图是单踏板MAP特性，左边是踩加速踏板，右边是松加速踏板。
当加速踏板踩30%以内的开度，动力输出非常弱，这一特点与传统车辆存在明显的差异，将影响驾驶员的操作习惯。
当加速踏板松30%以内的开度，车辆呈滑行状态，0%~30%内所有电机力矩都标定为负值。而结合制动踏板MAP特性可知，当制动踏板开度低于20%时，无论踏板开度增加或者减小，其与0%开度的制动踏板效果一样。

因此，从制动减速度上可看出单踏板特性的一个特点：宝马I3把加速踏板和制动踏板两个踏板整合在了一起，踩加速踏板时，它是驱动的状态；松加速踏板到30%时电机输出零力矩，此时与传统车的N挡滑行相同；当加速踏板松到30%以内时，发电力矩将逐渐增加，这个过程模拟了0.5G到0.2G制动减速度。

因此从踏板的特性可以看出来，通过加速踏板覆盖了制动踏板一定的功能，并且加速踏板可以实现0.5G到0.2G的制动减速度，可以在城市工况充分使用。特别是对于一些可以预见性的行驶工况，如驾驶员看到红绿灯需要停车时，可以根据红绿灯离的远近来调整加速踏板松的开度，在实现减速需求的前提下，增加了能量回收并减少了摩擦制动参与程度，具有较好的节能减排效果。



下面将介绍雅阁的特点。雅阁主要是三种模式，EV、Hybrid Drive、Enging Drive模式。一些模式之间是有一定的重叠区域。这个重叠区域，既可以运行A模式，也可以运行B模式，如何选择某一个模式？这取决于整个系统的效率，感兴趣的可以查阅本田相关专利。它会根据大概三个效率的计算和比较后确定具体选择什么模式。同时还会考虑不能频繁切换模的问题，因为这样会使整个控制的平顺受到影响。



雅阁也存在一些限制的情况，首先是驱动过程中扭矩输出的限制。上述MAP图里面中间有一块从40%一直到90%加速踏板开度下面，整个电机存在相当于扭矩的缺口，这个缺口是怎么产生的？经过分析，当踏板开度小于40%的时候，电池最大功率68kW是可以满足整个驾驶需求，当踏板高度高于40%以后就要启动发动机，由于发电机把发动机拖起来的过程中，会消耗一部分电池的功率，就会导致输出扭矩有一个缺失。



随着SOC降低之后，电池的功率变化非常明显。低温条件时的性能也是关注的重点，低温情况（-18℃）下百公里加速时间延长了2.3秒，电池最大放电功率被限制再50KW内（常温最大功率70KW左右）。



最后是雅阁的制动特点。在ABS触发后，电机仍有一定程度的回馈制动，在保证安全性的情况下，电机回馈制动可以保证节能的需求，但也需要更好的控制电机。

总结
通过上述案例介绍和分析，我们可以得到一些结论，并对后续工作的开展进行一些关注点的展望。
首先是总结。我们可以得到4点：
① 单踏板控制是插电式和纯电动汽车踏板标定的一个重点，它适用于城市行驶，在节能的同时降低了制动踏板使用频率。但是单踏板控制特性改变了驾驶习惯，需要驾驶员学习和适应这种驾驶方法。
② 驾驶模式的合理设置，有助于驾驶员根据路况充分利用功率限制，进而降低能耗。
③ 模式划分和切换是插电式混合动力汽车控制开发的重点，取决于需求、部件特性和效率的选择。
④ RBS与ABS的协调，体现了再生制动在节能的同时，进一步向制动安全领域延伸。

其次是展望。我们可以得到2点：
① 更深层次的测试技术是下一阶段关注的重点。我们将致力于解决车载状态下“发动机飞轮端和电机转子端”的扭矩传感器测量，解决“嵌入式、高精度、高频率”车载环境动态、实时扭矩测量问题。
② 测试矩阵的优化是开发性试验方法的更深层次需求，通过对测试矩阵的不断优化，使得测试更具备针对性、测试过程更为高效。