關(guān)鍵詞：電動(dòng)車能耗檢測(cè)；底盤測(cè)功機(jī)模式；兩驅(qū)隨動(dòng)

0前言

目前，輕型電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程和能耗的測(cè)定均依據(jù)GB/T 18386.1—2021《 電動(dòng)汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法 第1部分：輕型汽車》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行［1］。按照此標(biāo)準(zhǔn)的要求，電動(dòng)汽車需在底盤測(cè)功機(jī)上行駛，通過測(cè)量行駛距離和電量，計(jì)算得出續(xù)駛里程。其中，底盤測(cè)功機(jī)精準(zhǔn)模擬車輛在實(shí)際道路上的行駛阻力是保證結(jié)果真實(shí)可靠且具有良好復(fù)現(xiàn)性的關(guān)鍵之一。

為了使底盤測(cè)功機(jī)模擬對(duì)應(yīng)電動(dòng)汽車的實(shí)際道路行駛阻力，需要進(jìn)行滑行擬合：在底盤測(cè)功機(jī)中設(shè)定一個(gè)初始的加載阻力，由底盤測(cè)功機(jī)帶動(dòng)車輛或由車輛帶動(dòng)底盤測(cè)功機(jī)滾筒至設(shè)定速度，在車輛內(nèi)阻和底盤測(cè)功機(jī)加載阻力的共同作用下，車輛速度降至最低速度，通過不斷調(diào)整測(cè)功機(jī)加載的阻力，將各個(gè)速度段的滑行時(shí)間與目標(biāo)時(shí)間即道路上的滑行時(shí)間控制在極小偏差內(nèi)，最終得到底盤測(cè)功機(jī)的設(shè)定阻力（Dyno set）。

為了適配不同驅(qū)動(dòng)形式的電動(dòng)汽車，四驅(qū)底盤測(cè)功機(jī)能夠提供相應(yīng)的設(shè)置：前驅(qū)、后驅(qū)和四驅(qū)。對(duì)于兩驅(qū)車，如果在底盤測(cè)功機(jī)上使用兩驅(qū)模式，僅有驅(qū)動(dòng)輪在旋轉(zhuǎn)而從動(dòng)輪固定，可能會(huì)觸發(fā)車輛的穩(wěn)定控制系統(tǒng)，導(dǎo)致車輛無法正常加速或能量回收失效。為了優(yōu)化車輛能耗，越來越多的兩驅(qū)電動(dòng)汽車在從動(dòng)輪上也會(huì)配備制動(dòng)能量回收系統(tǒng)，如果按照兩驅(qū)模式進(jìn)行測(cè)試，從動(dòng)輪沒有能量回收，會(huì)造成試驗(yàn)結(jié)果失準(zhǔn)。因此，底盤測(cè)功機(jī)提供了前驅(qū)后輪隨動(dòng)和后驅(qū)前輪隨動(dòng)的功能。在2 種模式下，從動(dòng)輪由底盤測(cè)功機(jī)滾筒帶動(dòng)，與驅(qū)動(dòng)輪速度保持一致，模擬兩驅(qū)車輛在實(shí)際道路的行駛狀況。

同時(shí)，兩驅(qū)電動(dòng)汽車也可在四驅(qū)模式下的底盤測(cè)功機(jī)上正常行駛。為了適配智能四驅(qū)或分時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)的車輛在高速時(shí)切換成兩驅(qū)行駛的情況，在四驅(qū)模式下，當(dāng)?shù)妆P測(cè)功機(jī)檢測(cè)到車輛某一軸失去動(dòng)力時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換至帶動(dòng)車輪的模式，保證從動(dòng)輪的速度與驅(qū)動(dòng)輪保持一致，此時(shí)與兩驅(qū)隨動(dòng)的作用形式相同。因此，對(duì)于兩驅(qū)且需要隨動(dòng)的電動(dòng)汽車來說，既可以選擇兩驅(qū)隨動(dòng)模式也可以選擇四驅(qū)模式進(jìn)行測(cè)試。為了明確2 種模式對(duì)能耗和能量回收的影響，本文通過選取典型電動(dòng)汽車在底盤測(cè)功機(jī)上進(jìn)行工況駕駛試驗(yàn)并記錄車輛能耗，比較分析車輛在不同設(shè)置模式下的滑行結(jié)果和工況能耗。

1 底盤測(cè)功機(jī)不同模式下的設(shè)定阻力

選取某型后輪驅(qū)動(dòng)，前輪帶制動(dòng)能量回收的典型電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，利用AIP MAHA 雙軸底盤測(cè)功機(jī)進(jìn)行不同模式下的滑行擬合。底盤測(cè)功機(jī)主要參數(shù)見表1。

從作用原理和實(shí)際測(cè)試結(jié)果來看，底盤測(cè)功機(jī)兩驅(qū)模式和兩驅(qū)隨動(dòng)模式下的設(shè)定阻力值幾乎完全一致［2］，此處不再比較。而在比較底盤測(cè)功機(jī)兩驅(qū)隨動(dòng)模式和四驅(qū)模式下設(shè)定阻力差別之前，還需確認(rèn)初始載荷和慣量的設(shè)定，以便分析其對(duì)設(shè)定阻力的影響。

1. 1初始載荷設(shè)定

GB 18352.6—2016 《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國第六階段）》附錄C 中，滑行擬合前底盤測(cè)功機(jī)在兩驅(qū)和四驅(qū)模式下的初始載荷設(shè)定值不同［3］：

式中：A_d"為底盤測(cè)功機(jī)設(shè)置載荷常數(shù)項(xiàng)，單位N；B_d為底盤測(cè)功機(jī)設(shè)置載荷一次項(xiàng)，單位N/（km·h）；C_d為底盤測(cè)功機(jī)設(shè)置載荷二次項(xiàng)，單位N/（km·h）2；A_t"為道路載荷常數(shù)項(xiàng)，單位N；B_t"為道路載荷一次項(xiàng)，單位N/（km·h）；C_t"為道路載荷二次項(xiàng)，單位N/（km·h）2。

由于滑行擬合的最終目標(biāo)都是道路載荷系數(shù)，且標(biāo)準(zhǔn)允許初始設(shè)定值可以使用類似車輛的設(shè)定值，因此兩驅(qū)和四驅(qū)模式下的初始載荷設(shè)定值不同對(duì)最終的設(shè)定阻力沒有影響。

1. 2 底盤測(cè)功機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)定

GB 18352.6—2016 附錄C 中還規(guī)定，如果車輛在四驅(qū)模式下進(jìn)行試驗(yàn)，底盤測(cè)功機(jī)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)設(shè)定為相應(yīng)的車輛測(cè)試質(zhì)量，否則應(yīng)設(shè)定為車輛測(cè)試質(zhì)量加上50% 的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，即兩驅(qū)隨動(dòng)模式下的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要大于四驅(qū)模式下的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。某公司車輛的整備質(zhì)量為1 929 kg，50% 的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量為30.4 kg。為了確定30.4 kg 的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)設(shè)定阻力的影響，使用該公司車輛在兩驅(qū)模式下按不同的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行固定法滑行擬合，結(jié)果見表2 和圖1。

由表2 和圖1 可知，30.4 kg的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量差對(duì)底盤測(cè)功機(jī)設(shè)定阻力結(jié)果幾乎沒有影響。

1. 3兩驅(qū)隨動(dòng)和四驅(qū)模式的滑行擬合比較

使用該車輛在AIP MAHA 雙軸底盤測(cè)功機(jī)上分別使用后驅(qū)前輪隨動(dòng)模式和四驅(qū)模式進(jìn)行固定法滑行擬合，初始設(shè)定和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按GB 18352.6—2016 的要求設(shè)定，得到設(shè)定阻力結(jié)果見表3和圖2。

由表3 和圖2 可知，AIP MAHA 底盤測(cè)功機(jī)在四驅(qū)模式下得到的設(shè)定阻力遠(yuǎn)小于后驅(qū)前輪隨動(dòng)模式下的設(shè)定阻力，常數(shù)項(xiàng)Ad 為負(fù)數(shù)，導(dǎo)致在低速時(shí)的阻力加載為負(fù)值，明顯與車輛在實(shí)際道路上受到的阻力情況不符。

為了探究造成這種結(jié)果的原因，分別將2 種設(shè)置模式下固定法滑行測(cè)得的后3 次車輛內(nèi)阻系數(shù)求平均值，結(jié)果如圖3 所示。

由圖3 可知，底盤測(cè)功機(jī)在四驅(qū)模式下測(cè)得的車輛內(nèi)阻比后驅(qū)前輪隨動(dòng)模式下高出70 N 左右，原因是后驅(qū)前輪隨動(dòng)模式下僅測(cè)量車輛后軸的阻力，而四驅(qū)模式下前后軸的阻力都會(huì)計(jì)入。目標(biāo)道路阻力不變，底盤測(cè)功機(jī)測(cè)得的車輛內(nèi)阻越大，需要其主動(dòng)提供的阻力就越小，相應(yīng)的設(shè)定阻力值就越小。

2 不同模式下的底盤測(cè)功機(jī)能耗

為了比較電動(dòng)汽車在不同模式下的底盤測(cè)功機(jī)能耗，設(shè)計(jì)如下測(cè)試：使用所研究車輛在AIPMAHA 底盤測(cè)功機(jī)上加載不同模式的滑行參數(shù)，按100 km/h 勻速熱車放電，車輛荷電量由100% 降至80% 時(shí)停止，然后連續(xù)行駛2 個(gè)中國汽車行駛工況乘用車循環(huán)（CLTC-P），分別記為循環(huán)1 和循環(huán)2，使用功率分析儀記錄車輛的電量變化。

從底盤測(cè)功機(jī)的參數(shù)設(shè)定來看，兩驅(qū)隨動(dòng)和四驅(qū)模式的差別主要來自于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)定和設(shè)置阻力。

2. 1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)能耗的影響

根據(jù)上述測(cè)試方法，分別使用1.2 節(jié)中的2 組底盤測(cè)功機(jī)阻力設(shè)置值進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表4。

由表4 可知，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少1.5%，總電量?jī)H下降了0.2%，按GB/T 18386.1—2021 中續(xù)駛里程的計(jì)算方法，在整個(gè)試驗(yàn)總放電量不變的情況下，單循環(huán)的電耗下降0.2%，續(xù)駛里程的計(jì)算結(jié)果也只增加0.2%。以某公司車輛為例，續(xù)駛里程為600 km，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小1.5% 后，其續(xù)駛里程的試驗(yàn)結(jié)果僅增加了1.2 km，考慮到試驗(yàn)過程中誤差的影響，四驅(qū)模式和兩驅(qū)隨動(dòng)模式下轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)置的少量差距對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航和能耗的影響可以忽略不計(jì)。

2. 2 底盤測(cè)功機(jī)設(shè)置模式對(duì)能耗的影響

根據(jù)上述測(cè)試方法，分別使用1.3 節(jié)中的2 組底盤測(cè)功機(jī)阻力設(shè)置值進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表5。

從前文可知，四驅(qū)模式的底盤測(cè)功機(jī)設(shè)定阻力更低，理論上總耗電量應(yīng)比兩驅(qū)隨動(dòng)模式小，但從表5 的結(jié)果來看，四驅(qū)模式下的電動(dòng)汽車總耗電量比兩驅(qū)隨動(dòng)模式下高7%。2 種模式下的回收電量基本一致，差異來自放電量。從底盤測(cè)功機(jī)的角度來看，放電量的差異源于車輛加速時(shí)底盤測(cè)功機(jī)提供的阻力不同，為了探究原因，需比較車輛在2 種底盤測(cè)功機(jī)設(shè)置模式下的阻力情況，由于CLTC-P工況瞬態(tài)的加減速情況較多，難以分辨阻力的變化，因此選擇新歐洲駕駛循環(huán)（NEDC）來比較2 種設(shè)置模式下的阻力差別。

采用1.3 節(jié)中的2 組底盤測(cè)功機(jī)阻力設(shè)置值各行駛1 個(gè)NEDC 工況，記錄底盤測(cè)功機(jī)前、后軸阻力及車輛總阻力的變化，結(jié)果如圖4～圖6 所示。

從圖4 可以看出，勻速過程2 種模式的阻力基本一致，因?yàn)榈缆纺繕?biāo)阻力一致，符合實(shí)際情況，但四驅(qū)模式下加速過程的阻力要高于后驅(qū)前輪隨動(dòng)模式下加速過程的阻力，這與車輛在實(shí)際道路上的行駛情況有較大出入。從總阻力的變化來看，能耗的差異主要來自車輛加速過程中阻力的不同，但是將總阻力分解之后，分別觀察前后軸的阻力變化（圖5、圖6），可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)：

（1） 對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸（后軸），勻速時(shí)四驅(qū)模式下的阻力略高于后驅(qū)前輪隨動(dòng)模式，但是沒有2 種模式下阻力設(shè)定值之間的差異明顯，因?yàn)槎x底盤測(cè)功機(jī)受力方向?yàn)椋很囕v驅(qū)動(dòng)輪加速和勻速行駛時(shí)提供的阻力為正值，帶動(dòng)非驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的力為負(fù)值。在四驅(qū)模式下，前后軸的力都要參與總阻力計(jì)算，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)輪上的阻力增加。以70 km/h 為例，四驅(qū)模式下根據(jù)底盤測(cè)功的阻力設(shè)定值，得到此時(shí)底盤測(cè)功機(jī)需要加載143 N 的力，帶動(dòng)前輪需要-100 N，那么加載到后輪的力為243 N。而后驅(qū)前輪隨動(dòng)模式下，通過阻力設(shè)定值算得加載的力為216 N，帶動(dòng)前輪的力雖然與四驅(qū)模式下相同，但不會(huì)加載到后輪上，因此總的阻力只有加載到后輪的216 N。

（2） 在加速過程中，底盤測(cè)功機(jī)模擬的道路阻力包括：根據(jù)速度、阻力設(shè)定值確定的阻力和車輛慣量帶來的阻力。由于四驅(qū)模式下對(duì)于慣量模擬和阻力計(jì)算的方法與后驅(qū)前輪隨動(dòng)不同，導(dǎo)致在車輛加速時(shí)慣量帶來的阻力更大。加速時(shí)，前輪的慣量模擬完全取決于底盤測(cè)功機(jī)的控制，使得后輪加載的阻力更大且有波動(dòng)，在怠速階段甚至有總阻力為零，而前后輪上卻加載了相反阻力的情況，導(dǎo)致后輪在加速時(shí)已經(jīng)有了較高的初始加載阻力，對(duì)車輛的能耗影響較大。

兩驅(qū)車在四驅(qū)模式下行駛，無論勻速或加速時(shí)底盤測(cè)功機(jī)模擬阻力的邏輯和實(shí)際道路行駛都有差異，為了匹配總阻力，帶動(dòng)從動(dòng)輪的負(fù)向力會(huì)表現(xiàn)為驅(qū)動(dòng)輪的阻力，導(dǎo)致循環(huán)能耗增加，因此兩驅(qū)車應(yīng)慎重使用四驅(qū)模式。

3結(jié)論

通過對(duì)底盤測(cè)功機(jī)不同設(shè)置模式下的滑行和能耗進(jìn)行比較分析，主要得出以下結(jié)論：

（1） 底盤測(cè)功機(jī)的初始載荷設(shè)定和少量的慣量差別對(duì)車輛滑行的影響可忽略不計(jì)。

（2） 底盤測(cè)功機(jī)在四驅(qū)模式下滑行，由于非驅(qū)動(dòng)輪的阻力也參與設(shè)定值的計(jì)算，阻力設(shè)定的常數(shù)項(xiàng)基本為負(fù)值且二次項(xiàng)偏小，這是底盤測(cè)功機(jī)的特性決定的。

（3） 相比兩驅(qū)隨動(dòng)模式，兩驅(qū)車在四驅(qū)模式下因底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬的特性導(dǎo)致能耗更大，所研究汽車在四驅(qū)模式下的能耗較兩驅(qū)模式下高出7%。

因此，對(duì)于前后輪都帶有制動(dòng)能量回收功能的兩驅(qū)電動(dòng)汽車，進(jìn)行續(xù)駛里程和能耗測(cè)試時(shí)，推薦使用兩驅(qū)隨動(dòng)模式，可以得到較為準(zhǔn)確和客觀的結(jié)果。