純電動客車在線電耗統(tǒng)計分析系統(tǒng)

王 華

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥 230051）

隨著新能源的日益提倡和發(fā)展，純電動客車代替?zhèn)鹘y(tǒng)城市客車的需求與日俱增。然而，很多人仍然在躊躇，擔(dān)心純電動客車的安全性、操控穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性。隨著不同城市純電動客車的在線運營，證明了純電動客車的安全性和穩(wěn)定性，于是純電動客車與燃油車的經(jīng)濟性對比成為最關(guān)注的課題。本文介紹一種在線跟蹤電動客車能耗的統(tǒng)計分析系統(tǒng)，它能統(tǒng)計分析出實際運行線路上純電動客車的實際電耗，為純電動客車的經(jīng)濟性論證提供必備的基礎(chǔ)。

1 在線電耗統(tǒng)計系統(tǒng)設(shè)計

所設(shè)計的電耗統(tǒng)計系統(tǒng)，由兩部分功能模塊組成。

1）采集模塊。這部分功能主要負責(zé)采集電耗統(tǒng)計需要的源參數(shù)，采用的采集途徑是連載著純電動客車所有通訊設(shè)備的整車CAN 網(wǎng)絡(luò)[1]。通過整車CAN 網(wǎng)絡(luò)，可以讀取到各個設(shè)備的實際狀態(tài)，這些狀態(tài)更新非常的迅速，這為電耗統(tǒng)計的精度提供了很好的基礎(chǔ)。其設(shè)計的關(guān)鍵在于信息的更新頻率和實效性，實車中各模塊的CAN 通訊系統(tǒng)波特率必須匹配，通過C AN 信息采集卡把固定波特率的CAN 信息傳送給PC機使用[2-3]。

2）分析處理模塊。通過采集模塊提供的整車實時數(shù)據(jù)，提取出實時電流和電壓，計算出瞬時電耗功率，根據(jù)時間的增長對瞬時電耗進行離散積分得到總電耗[4-6]。另外，將根據(jù)采集到的轉(zhuǎn)速信息，依據(jù)整車傳動特性算出其瞬時車速，根據(jù)時間的增長對瞬時車速進行離散積分得到電耗統(tǒng)計對應(yīng)的總里程。平均電耗的統(tǒng)計過程關(guān)鍵在于總電耗和總里程的離散積分過程[7]，離散積分過程中帶來的誤差直接影響到平均電耗的值。其設(shè)計的關(guān)鍵也在于對離散統(tǒng)計誤差的最小化和修正，在系統(tǒng)的設(shè)計中，加入了模糊化統(tǒng)計結(jié)果，并在信息采集上加大了采集頻率和處理頻率，將離散積分過程中的統(tǒng)計誤差盡最大化地減小，其設(shè)計原理如圖1所示[8]。

2 電耗統(tǒng)計誤差分析

該系統(tǒng)的統(tǒng)計誤差主要影響因素：

1）車速采集頻率。由于電機控制需要閉環(huán)控制，有轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制兩種方式，考慮到車輛的操控性，車速采集頻率不會太慢，必須在人的反應(yīng)時間（0.1 s）以內(nèi)。

2）電流、電壓采集頻率：整車電流和電壓都是對整車電池保護的主要依據(jù)屬性，對電池的保護速度直接影響到整車電池的性能，考慮電池的大電流過充和過放保護時間，電流的采集頻率越快越好，至少在0.1 s以內(nèi)。

3）統(tǒng)計過程誤差分析。整車的驅(qū)動功率公式如下：

式中：T 為汽車實際牽引力；n 為汽車當(dāng)前轉(zhuǎn)速；U 為整車總電壓；I 為電池輸出電流；α 為電能有效率，α=整車驅(qū)動功率÷電池輸出功率，α≈1，且隨著P 的增大，越接近于1。n、U、I 的采集頻率都為一次0.1s。

在電動客車加速過程中，一般都是一種變加速的過程（即加速度在變化，其變化速度稱為加加速度），乘客對加加速度有個承受區(qū)間，一般在加加速度a＜±0.36 m·s-3時，乘客剛剛可以感覺到，過高則人感覺非常不舒服。鐵道部明文規(guī)定，火車的加加速度必須控制在0.3～0.5 m·s-3。簡而言之，對于扭矩控制的電動客車加速過程中，扭矩的增加速度不應(yīng)該太快。考慮零點起步的沖擊問題，要使起動電動客車時不讓乘客覺得難受（a＜0.36 m·s-3），其扭矩的增加額度不能超過817 N·m/s，電機控制器的加速過程需要一個處理時間，考慮到扭矩通訊幀率為100 ms，則可以確定在整車實際行駛中，每100 ms 扭矩的增加額度不可超過

由于電動客車在0～30 km/h 的加速時間一般為20 s 左右，其最大轉(zhuǎn)速增量：

則瞬時增加功率：

在整車行駛過程中，加速時輸出功率會比較大，而正常行駛時電流基本維持在40～70 A 之間，因整車電壓為600 V，所以輸出功率為24～42 kW，離散積分的電耗誤差率：

由于加速和制動過程誤差相反，總體誤差率更小，這使得離散積分統(tǒng)計的電耗結(jié)果與實際更相符[10-11]。

根據(jù)以上分析，設(shè)計出的電耗統(tǒng)計系統(tǒng)如圖2 所示。

由圖2 可見，在統(tǒng)計系統(tǒng)中，有瞬時功耗、總電耗、行駛里程以及每公里電耗。圖中的曲線為實車動態(tài)顯示，其實際含義見圖右上側(cè)的圖例。

3 結(jié)束語

本文闡述了一種在線監(jiān)測整車電耗的檢測系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)不僅可以統(tǒng)計出任何一種工況的平均每公里電耗，而且可以根據(jù)保存的圖像，知曉任意時刻的電耗輸出特性；圖中的數(shù)據(jù)可以保存，以方便各方面的其它分析。

[1]羅峰.汽車CAN 總線系統(tǒng)原理、設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.1.

[2]林靜.Labview 虛擬儀器設(shè)計從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2010.7.

[3]蔡興旺.汽車構(gòu)造與原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.1.

[4]張桐.精通Labview程序設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.12.

[5]白云.基于Labview的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.3.

[6]陳樹學(xué).Labview寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.3.

[7]宋陽見.汽車電器構(gòu)造原理與維修[M].北京：北京大學(xué)出版社，2009.8.

[8]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.6.

[9]徐兆坤.汽車發(fā)動機原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.1.

[10]于洪水.發(fā)動機與汽車原理[M].北京：北京大學(xué)出版社，2005.9.

[11]張西振.發(fā)動機原理與汽車理論（第2 版）[M].北京：人民交通出版社，2008.6.