電動客車滑行試驗的車輛控制研究

梅志斌，張強

（1.比亞迪汽車工業有限公司商用車事業群中試中心測試部，廣東 深圳 518118；2.比亞迪汽車工業有限公司商用車研究院匹配部，廣東 深圳 518118）

前言

在純電動客車開發階段，許多試驗是由臺架實驗室代替道路完成的，底盤測功機是整車進行性能檢測的主要設備之一。底盤測功機可準確模擬整車在道路上行駛的各種阻力，是完成整車動力經濟性等室內試驗的必要設備，要想在轉轂臺架上準確模擬出車輛道路行駛阻力，道路滑行數據的精度將直接影響臺架性能試驗結果的準確性。

近半年時間，我司C系、K系等多個車型在斷電滑行過程中，電機控制器被接連燒壞，車輛趴窩，造成重大損失。經查明，這是由于控制器在大負荷帶載狀態突然斷電時，驅動系統能量無處卸放所導致。為了避免其他車輛在滑行試驗中再次出現類似問題，高壓電器部門要求所有車輛必須N擋帶高壓電滑行，并聲明車輛N擋狀態沒有回饋，這種方法經過幾個車型試行后發現，滑行數據在底盤測功機上無法完成擬合，而有些擬合完成后的加載阻力曲線在高速段，阻力反而略有下降。

這種結果表明純電動客車直接采用N擋滑行不能滿足測功機加載要求，加載阻力的準確性也無法保證，關于滑行試驗如何控制車輛狀態仍需深入研究。

1 N擋滑行過程中的電機能量介入

電動車的道路滑行數據在轉轂上擬合出現異常，首先考慮是由于滑行過程電池能量參與引入回饋造成。

1.1 N擋有無回饋

確認N擋有無回饋，有一個簡單易行的方法，即車輛在轉轂上保持N擋，利用轉轂的反拖功能使車輛在各個速度運行，此時使用功率計監控整車放電功率，如果N擋時電機沒有能量介入滑行（即沒有回饋也沒有動力輸出），那么整車總功率應始終保持不變。反之，整車總功率如果隨著車速變化而變化，則說明N擋存在電機能量參與。

對車型1進行轉轂反拖滑行，過程數據如圖1所示。數據顯示高速段（車速50km/h以上）有明顯回饋功率，車速越高，回饋功率值越大，功率值大約（1–5）kW。

圖1 車型1N擋反拖車輛其車速與整車功率變化曲線

為了證實N擋滑行時電機能量參與是普遍存在的，多個車輛上轉轂進行反拖滑行，發現絕大部分車型均有類似現象，即N擋滑行或者存在電機回饋能量，或者存在電機驅動能量。其中電機驅動能量參與，有代表性的數據是車型2在高速段，電機提供（1-3）kW的驅動功率，數據如圖2所示。

圖2 車型2N擋反拖滑行車速與整車功率變化曲線

1.2 標準對滑行時車輛狀態的規定

標準GB/T 12536-2017《汽車滑行試驗方法》[1]中的4.4.3.5明確規定：對于帶有能量回收裝置的試驗車輛，應確保變速器擋位置于N擋時能量回收裝置不產生驅動或者阻止車輛滑行的力。

1.3 測功機無法準確加載的滑行數據

這種電機有能量參與滑行的數據，測功機無法使用。競品車車型3強制斷電滑行有風險，因此采用N擋滑行，道路滑行阻力數據看似無異常，但最終在轉轂滑行完后，擬合二次曲線，即得到轉轂加載阻力曲線時發現，高速段速度越大，阻力反而略微減小（拋物線開口向下），而實際在高速段阻力會隨車速增加而明顯增大，即加載阻力曲線應當開口向上，顯然這種結果無法準確給測功機加載，如圖3所示：

圖3 車型3加載阻力曲線

2 N擋滑行有電機能量介入的原因

車輛結構上，電機不可能保持空擋。電機通過主減、行星減、輪胎傳遞動力到路面，這一機械結構是固定的，無法和帶變速箱的傳統車一樣，保持空擋使電機和驅動輪之間形成機械結構上的脫開，這是N擋下電機能量參與滑行過程的前提條件。

N擋狀態下，控制驅動電機通電的接觸器是常閉合的，并不會因為N擋而切斷電機電流的回路，而電機的扭矩輸出主要依賴于整車控制器扭矩指令和電機控制器的控制。控制策略中，N擋的目標扭矩為0，但實際上車輛出廠時，電機初始零位信息未校準，這是控制狀態N擋滑行能量介入的根本原因。

永磁同步電機轉子位置直接影響電機的轉矩控制、速度控制的精度和動態性能，需要安裝轉子位置傳感器來獲取轉子的位置信息，通常使用旋轉變壓器（一種傳感器，通常稱做旋變）來實現。電機和旋變的制造、安裝過程存在一定的偏差，這種偏差需要通過電機控制器設定的電機零位參數進行校準，否則會造成控制N擋滑行過程中，電機帶來額外的能量參與。

3 N擋滑行帶回饋數據無法擬合加載

當得到的滑行阻力功率中含有電機回饋能量或者驅動能量，最終轉轂加載數據會和實際道路行駛阻力偏差較大，如下根據底盤測功機的原理進行深入分析。

在道路上進行滑行得到車輛行駛阻力，需要再到底盤測功機上進行擬合。無論車輛在轉鼓還是在道路上行駛，車輛內阻都是同樣存在的。因此，需要在車輛擬合的過程中去除車輛這部分內阻，才能得到轉轂的阻力設定值，即測功機的加載阻力[2]。測功機擬合滑行涉及三個參數：

（1）目標阻力（Target），代表了造成車輛在滑行過程中受到的所有阻力；

（2）車輛損失（Vehicle loss），代表車輪、車軸等形成的阻力，對于驅動輪，無論車輛在測功機上還是在實際路面上，這種力都存在；

（3）測功機加載阻力（Dyno Set），代表為了模擬車輛在實際路面行駛而必須由測功機施加到車輛上的力，這部分力包括車輛行駛時的風阻、前輪阻力等。

這些阻力是一個動態變化的過程，其值會隨車速變化而變化，三者之間的關系為：

Dyno Set = Target-Vehicle Loss

在車輛擬合的過程中，轉鼓測試自身鼓面阻力 并與道路阻力進行比較，需要重復進行迭代修正過程，當滑行開始后，轉轂自帶軟件運行使用預估的 Dyno Set作為施加力開始滑行。擬合滑行過程中，不斷地重復進行如下過程：

直到滿足如下要求，擬合滑行才能正常結束：DynoMea-sured-DynoTarget≤設定的精度。正常情況下，轉鼓擬合滑行中各個參數間的關系可簡化如圖4所示，橫坐標代表車速，縱坐標代表阻力值：

圖4 擬合滑行時各個參數變化關系

由于得到Dyno Set的擬合滑行過程中，測功機是先將阻力擬合成曲線得到對應的阻力系數，再執行公式②計算，即相當于曲線減去曲線，而不各個速度下的Target直接減去對應速度的Vehicle loss，因此不能簡單理解為變化的Vehicle loss這部分可以直接減去。這是由底盤測功機的工作原理決定的。

當滑行過程中高速段出現回饋能量，Vehicle loss會明顯增大，而且隨著車速的增加而變大，由公式②可知，此時在對應速度段的Dyno Set會相應變小，這樣得到的結果有兩種：第一種是測功機最終得到的Dyno Set系數，會使得隨著車速增加行駛阻力反而減小（二次曲線開口向下），見圖4中曲線虛線部分；第二種是由于回饋能量過大，測功機多次擬合滑行也無法得到滿足滑行精度的Dyno Set系數，達到最大滑行次數被迫停止擬合滑行，即擬合失敗。

當滑行過程中電機有驅動能量參與時，比帶有回饋的情況稍好，雖然滑行阻力曲線經過二次擬合后Dyno Set也可得到開口向上的二次函數，但最終模擬的加載的阻力也不準確。[3]

4 最新滑行試驗方案驗證

滑行過程中電機有無能量參與，是否會影響最終測功機加載的準確性，關鍵看這個過程中電機有多大的額外的力傳遞到車輪，利用底盤測功機的反拖功能，可以測得不同速度下車輛驅動輪的阻力，如果滑行過程中這個輪端阻力（輪邊力）和拔掉三相線時的阻力保持一致，則說明滑行過程中沒有電機能量參與，反之則有。

經過反復試驗發現，利用底盤測功機的損失補償功能，可自動的將車輛反拖加速到各個指定速度，然后自動記錄各速度的輪邊力，這種過程可以避免人為讀數的誤差（直接反拖測輪邊力需要手動記錄各個速度的阻力值，通常轉轂拉壓傳感器反饋的力值跳動較大，肉眼不容易讀出準確數據）。

車型4驗證車輛不同控制狀態下驅動輪的阻力是否有差異，在底盤測功機損失補償界面以10km/h間隔設定車速（10-100）km/h。車輛預熱完后，執行損失補償測量，得到車輛的不同車速下的阻力值，即車輛內阻，數據匯總成曲線，如圖5所示：

圖5 車型4不同狀態下各車速的輪邊力

數據表明，在完全斷電狀態滑行時，車輛內阻和斷三相線時幾乎完全一致，即斷電狀態時電機沒有能量參與滑行。而直接控制N擋狀態，電機有明顯的能量參與，不滿足測功機加載要求。

可以初步得出兩種滑行試驗控制車輛狀態的思路：第一，控制斷電狀態滑行，可以滿足滑行準確性要求；第二，使用N擋狀態滑行，利用上述驗證方法，如果N擋狀態測得車輛內阻能夠和斷三相線時（同完全斷電狀態時）的內阻保持一致，那么就能使用N擋狀態滑行。

經過評估，某些車輛如果行駛中突然強制斷電，燒控制器的風險無法完全避免，從車輛安全的角度出發，盡可能不使用斷電狀態進行滑行，那就要著手研究如何保證N擋滑行電機能量不參與。

通過上文分析，電機初始零位校準可以盡可能避免N擋狀態滑行時電機能量參與。但電機標零位涉及多個部門協同工作：電機廠提供零位信息、電控廠提供零位標定上位機、電器部門實車標定。零位標定流程梳理清晰后，于是著手安排試驗驗證。

車型5拿到電機出廠零位信息，標定完之后，在轉轂上執行轉轂反拖測量驅動輪內阻，斷電與N擋狀態內阻對比結果如圖6所示：

圖6 車型5 斷電與N擋內阻對比

數據表明，這種偏差在車輛行駛阻力中占比完全滿足偏差≤2%的要求。通過對多輛車的零位信息標定，對比N擋與斷電狀態下的內阻，發現偏差均滿足要求，最終確認電機零位標定準確時，可以采用N擋狀態進行滑行試驗。

5 結論

（1）車輛N擋滑行時，若電機有明顯的能量參與，最終測功機無法得到準確的加載阻力或者測功機無法完成擬合；

（2）車輛完全斷電狀態時，電機沒有能量參與滑行過程，準確性較高，但斷電狀態滑行導致燒電機控制器的風險無法完全避免；

（3）準確的標定電機零位后，可以控制車輛N擋狀態進行滑行試驗，其準確性滿足試驗要求，推薦使用。