電動汽車整車道路模擬試驗的研究

李帥 李毅 馬立元

（北京新能源汽車股份有限公司，北京 102606）

電動汽車整車道路模擬試驗的研究

李帥 李毅 馬立元

（北京新能源汽車股份有限公司，北京 102606）

針對電動汽車進行實車道路測試特別是可靠性測試所需時間長的問題，提出了一種純電動汽車整車道路模擬試驗方法。該方法通過對整車實施道路載荷數據采集并進行數據編輯、分析和處理，經過數據迭代后在室內道路模擬試驗臺上進行強化試驗。利用該方法可在較短的時間內完成電動汽車的可靠性測試，極大地縮短了產品驗證周期，同時避免了因天氣及人力、場地因素對試驗進度的影響，能夠及時發現問題并分析反饋、跟蹤解決。

1 前言

電動汽車以其節能環保等優勢受到極大的重視,而電動汽車技術的發展與提高離不開電動汽車測試技術的支持。因電動汽車存在續航里程短、充電時間較長的缺點，進行實車道路測試特別是可靠性測試所需要的時間較長，導致產品開發周期延長，所以如何快速驗證電動汽車整車可靠性是急需解決的問題。為此，本文從實際問題出發提出一種解決方法，該方法通過布置不同傳感器對整車實施道路載荷數據采集，經對試驗數據迭代處理后在室內道路模擬試驗臺上進行強化試驗，可在很短的時間內完成可靠性測試，極大地縮短了驗證周期。

2 試驗方法

試驗對象為某款新能源純電動汽車，該車由技術成熟的傳統機動車平臺切換，全新開發了電機、電池系統、電池控制系統；重新設計了后橋結構；輪胎系統、底盤系統總體借用原車，動力轉向泵及真空泵進行了重新選型；白車身和內外飾總體借用原車，局部支架調整。整車采用后橫置后驅動,電控裝置置于車體后端；電池包模塊化分兩包布置于地板下；發動機及轉向泵、空調壓縮機、獨立熱源等部件采用艙內布置。與傳統車相比，新開發的純電動汽車總質量增加了30%，其主要參數見表1，整車布置型式見圖1。

3 載荷譜采集、處理及迭代

3.1 采集點的選取和布置

為保證采集位置能夠準確又快速地反映路面激勵對車身的響應，且采集點又不受其它方向上力的干擾，試驗中采集了4個車輪軸頭垂直方向的加速度信號以及4個減振器支座的加速度信號，同時為實現更精確的迭代效果，增加了4個位移信號的采集。

表1 試驗車輛主要參數

圖1 新開發純電動汽車布置型式

表2 采集點選取及布置位置

3.2 采集頻率設置

采集路面載荷譜數據時，一方面要保證數據的準確性和有效性，另一方面要防止采集到的數據發生信號混淆現象，所以數據采集頻率必須滿足采樣定理。

依據采樣定理可得采集頻率的關系式為：

式中，fc為汽車試驗場數據采集方法中使用的最大頻率，一般為50 Hz；ff為系統的濾波頻率；fs為實際采集頻率。

在滿足試驗要求的情況下，考慮到采集設備的情況，結合采樣定理，最終選定試驗數據采集頻率為204.8 Hz。

3.3 采集路面的選擇

本次試驗載荷采集地點在北京交通部公共交通試驗場，采集路面選擇見表3。

表3 采集路面的選擇

3.4 信號的編輯和處理

由于受到路況環境、設備儀器的選擇以及試驗方案等各種客觀因素的影響，加速度傳感器采集到的數據往往含有毛刺、趨勢相或數據不穩定等干擾而不能直接用來迭代，因此，需要對采集到的數據進行編輯處理來除掉這些干擾因素或去除掉對試驗結果無影響的信號，以確保試驗結果的精確性和有效性。本次試驗采集數據經過數據格式的轉換→去毛刺和趨勢相→除小項→數字濾波4個步驟完成數據處理后保存待迭代使用，加速度信號頻率成分主要集中在1.5～48 Hz之間，所以試驗過程中高通濾波的起始頻率設置為0，截止頻率為50 Hz。對于拉線式位移傳感器來說，頻率成分主要集中在0.6～10 Hz之間，所以試驗過程中高通濾波的起始頻率設置為0，截止頻率為10 Hz。

3.5 迭代

3.5.1 迭代準備

試驗車輛先配重做好迭代準備，迭代過程中所用傳感器沿用載荷譜采集時的加速度傳感器和位移傳感器。為了監控和實時了解試驗車輛的運行狀態，需要在試驗車輛的車身和電池包安裝點上安裝加速度傳感器，并設定加速度限值，避免車輛部件發生損傷時車輛失控，對試驗車輛造成更大的損傷，同時還需要在車輛上安裝K偶，以監控減震器的溫度，避免溫度過高造成減振器損壞。

3.5.2 迭代流程

迭代流程如圖2所示。

迭代步驟如下：

a.計算機根據目標響應信號和已識別的系統傳遞函數計算原始驅動信號，生成原始驅動信號。

b.利用生成的原始驅動信號驅動系統，來產生新的響應信號。

c.對上一步產生的響應信號進行采集處理，將采集到的響應信號與目標響應進行對比，計算響應誤差是否滿足要求。

d.根據響應誤差對驅動信號存在的差值進行計算，根據計算結果生成新的驅動信號。

e.重復迭代，直到迭代誤差滿足要求，利用最終的驅動信號進行疲勞試驗。

3.5.3 頻率響應函數

將試驗車輛與試驗臺架構成的模擬系統看作是線性的，頻率響應函數可簡單地描述輸入信號與輸出信號之間的數學關系。試驗中通過系統隨機的白噪聲輸入可得到模擬系統輸入與輸出之間的關系，即頻率響應函數（FRF）。從頻率響應函數可以判斷通道連接是否正確。

頻率響應函數FRF表達式為：

式中，Gyu是輸入輸出間的互功率譜矩陣；Guu是輸入自功率譜矩陣。

3.5.4 迭代誤差

迭代誤差是反映載荷譜迭代精度的一種直觀描述。在載荷譜迭代軟件中，誤差信號（error signal）、響應信號（measure signal）和目標信號（target signal）之間的均方根（RMS）的百分比反映了迭代精度的優劣，主要形式為RMS Error/RMS Target和RMS Measure/RMS Target。一般來說，RMS Error/RMS Target的百分比越小、RMS Measure/RMS Target的百分比越大，則迭代精度就越高。表4為部分路面的迭代誤差，由表4可知，迭代精度均在10%以內，表明迭代精度高，試驗誤差小。

表4 部分路面的迭代誤差 %

4 試驗及分析

汽車強化試驗是考核汽車產品可靠性的基本試驗方法，是在使用環境苛刻的條件下進行的壽命試驗。為驗證電動汽車整車在不同工況下的可靠性，在天津市軍事交通運輸研究所四立柱實驗室進行了整車道路模擬強化試驗。

4.1 試驗設備及程序

試驗設備為MTS320型四通道輪胎耦合道路模擬試驗臺，試驗臺的硬件主要由液壓機械部分、液壓油源分布系統和MTS輪耦合道路模擬試驗控制系統三部分構成；系統軟件包括兩部分，一款是與控制系統相匹配的控制軟件，另一款是專門針對道路模擬試驗開發的遠程參數控制（CRPC）軟件。

按試驗標準通過軟件編輯耐久試驗程序，整車疲勞耐久試驗分空載、半載兩種工況進行，每種工況運行時間為23 h。

4.2 結果及分析

試驗時每2 h停機檢查1次，對發現的問題進行記錄并拍照儲存。試驗過程中共出現5項問題，包括安裝問題和設計結構問題，已找到出現問題原因，如表5所述。

針對試驗中出現的問題進行了分析，并通過編寫工藝卡確保安裝力矩符合標準、重新設計結構、調整減震器行程等已解決了上述問題。整個試驗共進行60 h（含檢查、換件），而試驗場實際道路可靠性測試約需3個月，因而時間周期大大縮短。因該試驗在室內進行，所以不僅不受各種天氣影響及場地限制，而且還能夠及時發現問題，并將問題分析反饋、跟蹤解決。

表5 試驗結果及問題分析

圖3 左前緩沖塊開裂位置

5 結束語

本文提出了純電動汽車整車道路模擬試驗的試驗方法，該試驗方法具有以下優點：試驗可控性好，試驗結果重復性強，精度高，便于對比；節省人力物力；能克服氣候、場地等因素的影響，縮短試驗周期，及時發現試驗中出現的問題并對問題進行分析反饋，縮短產品驗證周期和開發周期。

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2 金波.信號與系統基礎（第1版）.武漢：華中科技大學出版社，2006.

3 徐守時.信號與系統理論方法和應用（第1版）.安徽：中國科學技術大學出版社，1999.

4 陳棟華，靳曉雄，周鋐.汽車室內道路模擬試驗系統算法控制的研究.噪聲與振動控制，2006,26（1）:31～35.

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6 杜永昌.道路模擬系統的研究與開發：［學位論文］.北京：清華大學，1999.

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8 Takagi T.Msugeno.Fuzzy Identification of Systems and It's application to Modeling and Control.IEEE Tmnmn Systems，Man and Cybernetics，1985，15（1）：116～132.

9 徐守時.信號與系統理論方法和應用（第1版）.安徽：中國科學技術大學出版社，1999.

10 馬建明，周長城.數據采集技術與處理技術.西安：西安交通大學出版社，1998.

11 余志生.汽車理論（第4版）.北京：機械工業出版社，2006.

（責任編輯 文 楫）

修改稿收到日期為2016年6月2日。

Research on Road Simulation Test of Electric Vehicle

Li Shuai,Li Yi,Ma Liyuan
（Beijing Electric Vehicle Co.,Ltd,Beinjing 102606）

The road test of electric vehicle,especially reliability test requires a long period of time,to shorten this time,this paper proposes a road simulation test method,through which collect road load data for editing,analysis and processing,then through data iteration to perform intensified test on indoor road simulated test bench.With this method,the reliability test can be completed in a shorter time,which greatly shortens the cycle of the product validation,meanwhile avoid the effect of factors like weather,manpower and site on test procedure,and can identify problems timely and make analysis and feedback for tracking and solution.

Electric Vehicle,Road simulation,Reliability test

電動汽車 道路模擬 可靠性試驗

U467.1+3

A

1000-3703（2017）02-0016-04