孫艷妮 曹亞楠 袁月會 蘇娜

摘要：針對當前傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車和純電動汽車整車動力性能測試可分析性差、測試結(jié)果精確性不高以及測試方法單一的突出問題，采用Lab-VIEW汽車動力性測試系統(tǒng)軟件，從“汽車最高車速”“最大爬坡度”和“加速能力”測試三個維度，并基于虛擬儀器技術進行汽車動力性測試分析，提出了具體的測試試驗方法和注意事項，同時對兩種不同類型的汽車動力性測試的方式和具體差異進行總結(jié)梳理，以實際經(jīng)驗為純電動汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的動力性改進與實驗測試研究提供一定的啟發(fā)與思路參考。

關鍵詞：純電動汽車；傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車；虛擬儀器技術；動力性能；測試

中圖分類號：U467? 收稿日期：2023-04-10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.08.029

1 研究背景

汽車所有的性能指標中，“動力性能”是影響汽車使用價值的關鍵指標之一，它也是汽車各大性能指標中最重要的一種測試指標[1]。一般來講，衡量和評價一款汽車工作效能的核心指標就是汽車動力性能的高低。以傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車為例，它的動力性能指標主要由三個維度的內(nèi)容構(gòu)成，分別是汽車的加速能力、最大爬坡度和最高車速，但是對于目前新上市的純電動汽車而言，一般在評價和衡量該類汽車動力性能高低時，除了引入上述三個方面的指標外，還需通過充放電試驗來測試汽車的蓄電池耗能情況[2]。

2 研究方案設計

在汽車動力系統(tǒng)研究和開發(fā)過程中，動力性指標值計算分析的結(jié)果是否準確有效至關重要。傳統(tǒng)的汽車動力性能指標檢測儀器在產(chǎn)品出廠之前已經(jīng)被廠家定義好，所以在后期使用過程中，用戶無法自行更改相關參數(shù)，這就導致某些測試功能存在一定的局限性，只能對汽車某些特定的動力性能指標進行測試分析。

為了提高汽車動力性能測試效能，本研究基于虛擬儀器技術開發(fā)設計了一款汽車動力性測試分析系統(tǒng)，結(jié)合NI公司的軟、硬件設備，對傳統(tǒng)的汽車動力性測試儀器進行優(yōu)化改進，該測試分析系統(tǒng)在現(xiàn)場實用性、數(shù)據(jù)測試準確度、測試效率、數(shù)據(jù)分析速度等方面均能夠滿足當前的需要。該動力性測試分析系統(tǒng)具有開放性好、擴展能力強等優(yōu)點，大大提高了汽車動力性能主觀與客觀評價效能。該測試方案通過虛擬儀器技術來完成對傳感器發(fā)出的速度信號的采集、處理和分析，借助軟件來實現(xiàn)采集、顯示、分析等功能。該測試系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分構(gòu)成，其中硬件部分主要由OES-Ⅱ非接觸測長測速傳感器、DAQ card-AI-16E-4（NI-6041E）數(shù)據(jù)采集卡、SC-2040數(shù)據(jù)保持卡、自行設計制作的電壓轉(zhuǎn)換器和筆記本電腦組成；軟件部分是測試系統(tǒng)的核心部分，主要實現(xiàn)速度傳感器信號的采集、分析并顯示車輛行駛的實時速度、路程、最大加速度。測試系統(tǒng)以圖形化編程語言Lab VIEW為工具，編寫汽車動力性測試系統(tǒng)程序。某新能源汽車的常規(guī)參數(shù)如表1所示。

3 汽車動力性測試方案實施與結(jié)果驗證分析

3.1 最高車速試驗測試

在汽車動力性能試驗測試時，首先需要測試汽車的最高車速。這一指標并非是一個瞬時值，相反它指的是汽車在良好、水平的直線路段上保持一定動力行駛時所能達到的最高車速。由于目前市場上常見的車型有兩種，一種是純電動汽車，另一種是傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車，二者由于動力來源不同，所以在汽車的動力性能測試試驗過程中，應注意二者的試驗測試區(qū)別。首先是在選擇測試道路時，純電動汽車最高車速試驗測試時的跑道直線長度應在1 200 m以上，測試跑道環(huán)線長度應在1 300 m以上，而傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車最高車速試驗測試時的跑道直線長度與跑道環(huán)線長度分別應≥250 m和≥2 500 m。在車輛預熱過程中，純電動汽車需要保持既定的運行時長與速度，但傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車對于車輛的預熱溫度只需要滿足汽車制造廠規(guī)定的溫度[3]。所以在計算這兩種不同類型的汽車最高車速時，要注意汽車車速測試詳細測試方法、指標與具體要求，具體如下：

a.測試跑道直線長度：純電動汽車≥1 200 m；內(nèi)燃機汽車≥250 m。

b.測試跑道環(huán)線長度：純電動汽車≥1 300 m；內(nèi)燃機汽車≥2 500 m。

c.測試加速區(qū)縱坡角度：純電動汽車≤3.5%；內(nèi)燃機汽車≤0.6%。

d.測試發(fā)動機預熱要求：純電動汽車，在30 min之內(nèi)，嚴格按照純電動汽車80%的最高車速勻速行駛約5 km，保證汽車傳動系統(tǒng)以及電機系統(tǒng)充分預熱；內(nèi)燃機汽車，其動力系統(tǒng)相關零部件必須達到相應汽車生產(chǎn)廠商穩(wěn)定的溫度標準。

e.單一方向汽車最高車速測試試驗條件：純電動汽車，連續(xù)進行2次重復試驗，且在任一測試時段節(jié)點中，汽車最高車速值須≤1 m[4]；內(nèi)燃機汽車，連續(xù)進行6次重復試驗，且在任一測試時段節(jié)點中，汽車最高車速值須≤1.5 m。

f.雙方向汽車最高車速測試試驗條件及汽車最高車速計算方法：純電動汽車，vmax=（v1max+vQmax）/2；內(nèi)燃機汽車，[vmax=1313v1]。

g.汽車以最高車速行駛時的整車動力要求：純電動汽車蓄電池處于完全充電的85%左右。

3.2 最大爬坡度試驗測試

一般來講，汽車的最大爬坡度指的是汽車在滿載符合狀態(tài)下于良好路面上所要通過的極限坡道，該數(shù)值通常采用“%”來表示，闡述的是汽車在良好路面上的坡道垂直高度與汽車在滿載狀態(tài)下勻速通過極限坡道時的水平距離的比值。但是在實際測試過程中，由于車輛動力性能來源不同，所以導致汽車最大爬坡度試驗實際測試方法也有所不同[4]。

在測試汽車的最大爬坡度路段實際長度上，純電動汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車規(guī)定的實際數(shù)值完全不同，基于此，在試驗測試最大爬坡度這一指標時，需要嚴格根據(jù)車輛動力性差異來選擇實際的測試路段長度[5]。除了路段實際長度之外，在測試環(huán)節(jié)，還應注意不同車輛的輪胎氣壓，在標準要求上，純電動汽車無特殊規(guī)定，但是對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車來講，必須要按照廠家規(guī)定的明確氣壓要求對汽車動力性進行測試。

此外，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車并沒有嚴格規(guī)定汽車的實際試驗測試速度，一般情況下，只需要確保汽車保持低速勻速行駛即可，但需要將汽車油門開至最大，與此同時，在數(shù)據(jù)收集過程中，純電動汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車分別需要收集車輛速度數(shù)據(jù)、發(fā)動機運行數(shù)據(jù)和汽車爬坡時以10 m/min速度行駛時通過測量區(qū)域的時間數(shù)據(jù)。

根據(jù)這一要求和規(guī)定，在測試汽車爬坡度指標時，必須要保證純電動汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車都要達到此要求。需要注意的是，在二者實驗測試結(jié)果數(shù)值計算過程中，需要采用如下公式來計算純電動汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的爬坡度[6-7]，純電動汽車的爬坡度計算如下：

式中，F(xiàn)t為平衡純電動汽車行駛載荷所需“牽引力矩”；M為純電動汽車出廠時整車最大質(zhì)量；g為純電動汽車行駛過程中的重力加速度。

傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的爬坡度計算如下：

式中，D為傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車行駛過程中的動力因數(shù)；f為傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車行駛過程中的路面滾動阻力系數(shù)。

3.3 加速能力實驗測試

提到汽車加速時間，汽車理論對該測試指標有兩項要求，分別是測試汽車的超車加速時間與原地起步加速時間。另外，汽車加速能力實驗測試也包含兩項基本內(nèi)容，分別是汽車固定擋和起步連續(xù)換擋加速性能試驗，在試驗測試過程中，上述兩項基本的試驗測試過程都是從汽車由低速全力向高速全力加速開始測量，這一過程的耗時即為汽車加速時間。通過上述分析可以看出，在汽車加速能力測試環(huán)節(jié)，純電動汽車的試驗測試方法與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車存在一定的差別，具體表現(xiàn)在以下三個維度[8]：

a.在試驗測試汽車的起步加速性能時，純電動汽車的加速時間指的是汽車由靜止加速到汽車實際行駛速度保持在50 km/h時的耗時，而傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的加速時間指的是汽車由靜止加速到汽車實際行駛速度保持在100 km/h時的實際耗時。

b.在試驗測試相關數(shù)據(jù)收集過程中，還需測試收集傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車由靜止到全加速通過400 m的時間數(shù)據(jù)，但純電動汽車則無需收集這一數(shù)據(jù)指標。

c.在試驗測試次數(shù)方面，純電動汽車只需要往返各測試一次，但一般要求對傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的行駛數(shù)據(jù)進行三次以上的往返測試。

汽車加速能力試驗詳細測試要求如下：

a.測試加速時間1：純電動第一次加速所需時速為50 km/h；傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車第一次加速所需時速為100 km/h，往返測試三次，取平均值。

b.測試汽車加速時間2：純電動汽車第二次加速反方向行駛所需時速為50 km/h；傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車第二次加速由靜止到全速通過400 m時所需時速為100 km/h，汽車往返測試三次，取平均值。

c.測試前所要達到的速度：純電動測試前車速需要達到50km/h，且連續(xù)保持行駛500 m的距離；傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車在測試前需要達到60 km/h，且需要連續(xù)保持行駛2 s以上。

d.測試時的汽車加速時間采集：純電動汽車反方向70 km/h與50 km/h所需時間；傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車行駛80 km/h所需時間。

e.能力試驗其他要求：純電動汽車加速能力測試時蓄電池處于完全充電的55%以上[9]；傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車超越加速能力測試時汽車輪胎至少需要連續(xù)經(jīng)過100 km的磨合。

另外，兩者在汽車起步加速性能試驗測試和汽車超越加速性能試驗測試次數(shù)方面，要求均一致。

綜上分析可以發(fā)現(xiàn)，汽車的動力電池最大持續(xù)放電電流和瞬間放電電流這兩項指標都會嚴重影響和干擾純電動車的加速能力測試結(jié)果。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車是目前市面上常見的主流車型，但是這類汽車與新型的純電動汽車相比，二者在整車動力性能方面尚存在較大差異，由于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車對環(huán)境的污染較大，且能耗較高，因此純電動汽車日益受到廣大汽車用戶、汽車制造商與測試研究者的重視和關注。通過本文的研究與論述可以看出，汽車動力性測試主要包含汽車最高車速、最大爬坡度和加速能力三項指標，由于車輛動力性能存在差異，所以具體實驗測試方法與內(nèi)容也有較大區(qū)別，因此試驗實測值與仿真值的對比可以更加全面、客觀地評價和衡量車輛的整車動力性能差異，并有效地指導純電動汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的設計、整車目標的制定、動力系統(tǒng)的選擇以及政策性能預測和分析。

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作者簡介：

孫艷妮，女，1991年生，講師，研究方向為能源與動力。