電動(dòng)汽車整車道路模擬試驗(yàn)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(dòng)汽車整車道路模擬試驗(yàn)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(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行實(shí)車道路測(cè)試特別是可靠性測(cè)試所需時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，提出了一種純電動(dòng)汽車整車道路模擬試驗(yàn)方法。該方法通過(guò)對(duì)整車實(shí)施道路載荷數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯、分析和處理，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)迭代后在室內(nèi)道路模擬試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行強(qiáng)化試驗(yàn)。利用該方法可在較短的時(shí)間內(nèi)完成電動(dòng)汽車的可靠性測(cè)試，極大地縮短了產(chǎn)品驗(yàn)證周期，同時(shí)避免了因天氣及人力、場(chǎng)地因素對(duì)試驗(yàn)進(jìn)度的影響，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并分析反饋、跟蹤解決。

1 前言

電動(dòng)汽車以其節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)受到極大的重視,而電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展與提高離不開(kāi)電動(dòng)汽車測(cè)試技術(shù)的支持。因電動(dòng)汽車存在續(xù)航里程短、充電時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)車道路測(cè)試特別是可靠性測(cè)試所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期延長(zhǎng)，所以如何快速驗(yàn)證電動(dòng)汽車整車可靠性是急需解決的問(wèn)題。為此，本文從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)提出一種解決方法，該方法通過(guò)布置不同傳感器對(duì)整車實(shí)施道路載荷數(shù)據(jù)采集，經(jīng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)迭代處理后在室內(nèi)道路模擬試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行強(qiáng)化試驗(yàn)，可在很短的時(shí)間內(nèi)完成可靠性測(cè)試，極大地縮短了驗(yàn)證周期。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)對(duì)象為某款新能源純電動(dòng)汽車，該車由技術(shù)成熟的傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)車平臺(tái)切換，全新開(kāi)發(fā)了電機(jī)、電池系統(tǒng)、電池控制系統(tǒng)；重新設(shè)計(jì)了后橋結(jié)構(gòu)；輪胎系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)總體借用原車，動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵及真空泵進(jìn)行了重新選型；白車身和內(nèi)外飾總體借用原車，局部支架調(diào)整。整車采用后橫置后驅(qū)動(dòng),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(fā)動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)向泵、空調(diào)壓縮機(jī)、獨(dú)立熱源等部件采用艙內(nèi)布置。與傳統(tǒng)車相比，新開(kāi)發(fā)的純電動(dòng)汽車總質(zhì)量增加了30%，其主要參數(shù)見(jiàn)表1，整車布置型式見(jiàn)圖1。

3 載荷譜采集、處理及迭代

3.1 采集點(diǎn)的選取和布置

為保證采集位置能夠準(zhǔn)確又快速地反映路面激勵(lì)對(duì)車身的響應(yīng)，且采集點(diǎn)又不受其它方向上力的干擾，試驗(yàn)中采集了4個(gè)車輪軸頭垂直方向的加速度信號(hào)以及4個(gè)減振器支座的加速度信號(hào)，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)更精確的迭代效果，增加了4個(gè)位移信號(hào)的采集。

表1 試驗(yàn)車輛主要參數(shù)

圖1 新開(kāi)發(fā)純電動(dòng)汽車布置型式

表2 采集點(diǎn)選取及布置位置

3.2 采集頻率設(shè)置

采集路面載荷譜數(shù)據(jù)時(shí)，一方面要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，另一方面要防止采集到的數(shù)據(jù)發(fā)生信號(hào)混淆現(xiàn)象，所以數(shù)據(jù)采集頻率必須滿足采樣定理。

依據(jù)采樣定理可得采集頻率的關(guān)系式為：

式中，fc為汽車試驗(yàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集方法中使用的最大頻率，一般為50 Hz；ff為系統(tǒng)的濾波頻率；fs為實(shí)際采集頻率。

在滿足試驗(yàn)要求的情況下，考慮到采集設(shè)備的情況，結(jié)合采樣定理，最終選定試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集頻率為204.8 Hz。

3.3 采集路面的選擇

本次試驗(yàn)載荷采集地點(diǎn)在北京交通部公共交通試驗(yàn)場(chǎng)，采集路面選擇見(jiàn)表3。

表3 采集路面的選擇

3.4 信號(hào)的編輯和處理

由于受到路況環(huán)境、設(shè)備儀器的選擇以及試驗(yàn)方案等各種客觀因素的影響，加速度傳感器采集到的數(shù)據(jù)往往含有毛刺、趨勢(shì)相或數(shù)據(jù)不穩(wěn)定等干擾而不能直接用來(lái)迭代，因此，需要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理來(lái)除掉這些干擾因素或去除掉對(duì)試驗(yàn)結(jié)果無(wú)影響的信號(hào)，以確保試驗(yàn)結(jié)果的精確性和有效性。本次試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換→去毛刺和趨勢(shì)相→除小項(xiàng)→數(shù)字濾波4個(gè)步驟完成數(shù)據(jù)處理后保存待迭代使用，加速度信號(hào)頻率成分主要集中在1.5～48 Hz之間，所以試驗(yàn)過(guò)程中高通濾波的起始頻率設(shè)置為0，截止頻率為50 Hz。對(duì)于拉線式位移傳感器來(lái)說(shuō)，頻率成分主要集中在0.6～10 Hz之間，所以試驗(yàn)過(guò)程中高通濾波的起始頻率設(shè)置為0，截止頻率為10 Hz。

3.5 迭代

3.5.1 迭代準(zhǔn)備

試驗(yàn)車輛先配重做好迭代準(zhǔn)備，迭代過(guò)程中所用傳感器沿用載荷譜采集時(shí)的加速度傳感器和位移傳感器。為了監(jiān)控和實(shí)時(shí)了解試驗(yàn)車輛的運(yùn)行狀態(tài)，需要在試驗(yàn)車輛的車身和電池包安裝點(diǎn)上安裝加速度傳感器，并設(shè)定加速度限值，避免車輛部件發(fā)生損傷時(shí)車輛失控，對(duì)試驗(yàn)車輛造成更大的損傷，同時(shí)還需要在車輛上安裝K偶，以監(jiān)控減震器的溫度，避免溫度過(guò)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(jì)算機(jī)根據(jù)目標(biāo)響應(yīng)信號(hào)和已識(shí)別的系統(tǒng)傳遞函數(shù)計(jì)算原始驅(qū)動(dòng)信號(hào)，生成原始驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

b.利用生成的原始驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，來(lái)產(chǎn)生新的響應(yīng)信號(hào)。

c.對(duì)上一步產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行采集處理，將采集到的響應(yīng)信號(hào)與目標(biāo)響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算響應(yīng)誤差是否滿足要求。

d.根據(jù)響應(yīng)誤差對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)存在的差值進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果生成新的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

e.重復(fù)迭代，直到迭代誤差滿足要求，利用最終的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。

3.5.3 頻率響應(yīng)函數(shù)

將試驗(yàn)車輛與試驗(yàn)臺(tái)架構(gòu)成的模擬系統(tǒng)看作是線性的，頻率響應(yīng)函數(shù)可簡(jiǎn)單地描述輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。試驗(yàn)中通過(guò)系統(tǒng)隨機(jī)的白噪聲輸入可得到模擬系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系，即頻率響應(yīng)函數(shù)（FRF）。從頻率響應(yīng)函數(shù)可以判斷通道連接是否正確。

頻率響應(yīng)函數(shù)FRF表達(dá)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(hào)（error signal）、響應(yīng)信號(hào)（measure signal）和目標(biāo)信號(hào)（target signal）之間的均方根（RMS）的百分比反映了迭代精度的優(yōu)劣，主要形式為RMS Error/RMS Target和RMS Measure/RMS Target。一般來(lái)說(shuō)，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(nèi)，表明迭代精度高，試驗(yàn)誤差小。

表4 部分路面的迭代誤差 %

4 試驗(yàn)及分析

汽車強(qiáng)化試驗(yàn)是考核汽車產(chǎn)品可靠性的基本試驗(yàn)方法，是在使用環(huán)境苛刻的條件下進(jìn)行的壽命試驗(yàn)。為驗(yàn)證電動(dòng)汽車整車在不同工況下的可靠性，在天津市軍事交通運(yùn)輸研究所四立柱實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了整車道路模擬強(qiáng)化試驗(yàn)。

4.1 試驗(yàn)設(shè)備及程序

試驗(yàn)設(shè)備為MTS320型四通道輪胎耦合道路模擬試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)臺(tái)的硬件主要由液壓機(jī)械部分、液壓油源分布系統(tǒng)和MTS輪耦合道路模擬試驗(yàn)控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成；系統(tǒng)軟件包括兩部分，一款是與控制系統(tǒng)相匹配的控制軟件，另一款是專門針對(duì)道路模擬試驗(yàn)開(kāi)發(fā)的遠(yuǎn)程參數(shù)控制（CRPC）軟件。

按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)軟件編輯耐久試驗(yàn)程序，整車疲勞耐久試驗(yàn)分空載、半載兩種工況進(jìn)行，每種工況運(yùn)行時(shí)間為23 h。

4.2 結(jié)果及分析

試驗(yàn)時(shí)每2 h停機(jī)檢查1次，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行記錄并拍照儲(chǔ)存。試驗(yàn)過(guò)程中共出現(xiàn)5項(xiàng)問(wèn)題，包括安裝問(wèn)題和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)問(wèn)題，已找到出現(xiàn)問(wèn)題原因，如表5所述。

針對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并通過(guò)編寫(xiě)工藝卡確保安裝力矩符合標(biāo)準(zhǔn)、重新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、調(diào)整減震器行程等已解決了上述問(wèn)題。整個(gè)試驗(yàn)共進(jìn)行60 h（含檢查、換件），而試驗(yàn)場(chǎng)實(shí)際道路可靠性測(cè)試約需3個(gè)月，因而時(shí)間周期大大縮短。因該試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，所以不僅不受各種天氣影響及場(chǎng)地限制，而且還能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并將問(wèn)題分析反饋、跟蹤解決。

表5 試驗(yàn)結(jié)果及問(wèn)題分析

圖3 左前緩沖塊開(kāi)裂位置

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了純電動(dòng)汽車整車道路模擬試驗(yàn)的試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)可控性好，試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性強(qiáng)，精度高，便于對(duì)比；節(jié)省人力物力；能克服氣候、場(chǎng)地等因素的影響，縮短試驗(yàn)周期，及時(shí)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析反饋，縮短產(chǎn)品驗(yàn)證周期和開(kāi)發(fā)周期。

1 于長(zhǎng)青.MTS道路模擬機(jī)汽車可靠性試驗(yàn)當(dāng)量系數(shù)的研究：[學(xué)位論文］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2006.

2 金波.信號(hào)與系統(tǒng)基礎(chǔ)（第1版）.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.

3 徐守時(shí).信號(hào)與系統(tǒng)理論方法和應(yīng)用（第1版）.安徽：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1999.

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

5 Peijun Xu，Dan Wong,Pierre LcBlane and Gerry Petieca．Road test simulation technology in light vehicle development and durability evaluation.SAE paper 2005-01-0854.

6 杜永昌.道路模擬系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)：［學(xué)位論文］.北京：清華大學(xué)，1999.

7 Murata N，Yosizawa S.Network Information Criterion Determing the Number of Hidden Units for Annartificial Neural Nerwork Model.IEEE Transactions on Neural Networks，1994，5（6）：856～887.

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(shí).信號(hào)與系統(tǒng)理論方法和應(yīng)用（第1版）.安徽：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1999.

10 馬建明，周長(zhǎng)城.數(shù)據(jù)采集技術(shù)與處理技術(shù).西安：西安交通大學(xué)出版社，1998.

11 余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

（責(zé)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(dòng)汽車 道路模擬 可靠性試驗(yàn)

U467.1+3

A

1000-3703（2017）02-0016-04