重卡商用車(chē)電平衡測(cè)試研究

錢(qián)寶存，張順義

（徐州徐工汽車(chē)制造有限公司，江蘇 徐州 221112）

為滿(mǎn)足汽車(chē)舒適性、安全性、功能多樣性的需求，汽車(chē)上裝配電子電氣部件越來(lái)越多。整車(chē)電氣系統(tǒng)在汽車(chē)總成本中所占比重也越來(lái)越大，而且基于對(duì)車(chē)輛性能的要求，整車(chē)對(duì)電氣系統(tǒng)可靠性的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。面對(duì)目前復(fù)雜的整車(chē)電氣環(huán)境，亟需一套基于整車(chē)級(jí)的電氣系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系來(lái)評(píng)估電氣系統(tǒng)的性能，整車(chē)電性能測(cè)試則提供了這樣一種標(biāo)準(zhǔn)可靠的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

整車(chē)電性能測(cè)試包括低壓電氣系統(tǒng)測(cè)試以及高壓電氣系統(tǒng)測(cè)試，全面系統(tǒng)地覆蓋了整車(chē)電氣系統(tǒng)的各個(gè)方面。通過(guò)電性能測(cè)試，可以獲得整車(chē)環(huán)境下高低壓電氣系統(tǒng)的電氣參數(shù)，通過(guò)對(duì)電氣參數(shù)的分析，一方面可以評(píng)估電氣設(shè)計(jì)的合理性，另一方面可以評(píng)估車(chē)輛的安全性、經(jīng)濟(jì)型以及適用性，提升車(chē)輛電氣系統(tǒng)性能水平。

1 電平衡測(cè)試綜述

整車(chē)電平衡指車(chē)輛發(fā)電機(jī)、蓄電池、電氣負(fù)載這三者在特性時(shí)間、特定工況下電量產(chǎn)生與消耗的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，是評(píng)價(jià)整車(chē)電氣性能的重要指標(biāo)[1]。電性能測(cè)試涵蓋整車(chē)系統(tǒng)測(cè)試的很多方面，而整車(chē)電平衡測(cè)試是其中重要測(cè)試項(xiàng)之一，對(duì)評(píng)價(jià)整車(chē)電氣系統(tǒng)性能高低有重要意義。通過(guò)整車(chē)電平衡測(cè)試，可獲得整車(chē)電氣負(fù)載、發(fā)電機(jī)和蓄電池之間的充放電工作特性，同時(shí)獲得車(chē)輛在不同工況下各電氣負(fù)載的電量分配信息。通過(guò)道路測(cè)試，獲得整車(chē)電氣負(fù)載的動(dòng)態(tài)電氣參數(shù)，為整車(chē)電平衡設(shè)計(jì)的評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)通過(guò)一系列的數(shù)據(jù)分析處理，獲得優(yōu)化提升方案，有利于產(chǎn)品的成本優(yōu)化和性能提升。

2 電平衡測(cè)試

2.1 測(cè)試內(nèi)容與方法

電平衡測(cè)試一般通過(guò)以下兩種方式開(kāi)展，一是在環(huán)境倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，另一種是實(shí)際路況跑車(chē)測(cè)試。環(huán)境倉(cāng)內(nèi)測(cè)試一般適用于乘用車(chē)，而鑒于重卡商用車(chē)特殊的使用場(chǎng)景，一般采用第2種方式。實(shí)際路況為車(chē)輛提供真實(shí)的路況信息，測(cè)試結(jié)果更真實(shí)可靠，測(cè)試結(jié)果可以真實(shí)反映車(chē)輛的電平衡狀態(tài)。但由于電平衡測(cè)試需要的外部測(cè)試環(huán)境較難設(shè)定，往往需要條件滿(mǎn)足時(shí)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試周期一般較長(zhǎng)。

實(shí)車(chē)電平衡測(cè)試工況較多，一般采用怠速工況、郊區(qū)道路工況以及高速道路工況。因?qū)嶋H測(cè)試環(huán)境受限，只限定夏季和冬季兩種氣候條件，環(huán)境溫度以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)[2]。

測(cè)試設(shè)備包括：電腦、電流測(cè)量模塊、電壓測(cè)量模塊、溫度測(cè)量模塊、霍爾傳感器、MINI型分流計(jì)、慢熔型分流計(jì)、高精度電流鉗、熱電偶以及連接線(xiàn)纜等輔材。

在進(jìn)行工況測(cè)試時(shí)，需要對(duì)不同電氣負(fù)載進(jìn)行開(kāi)啟關(guān)閉，以達(dá)到電平衡測(cè)試要求。根據(jù)整車(chē)電氣負(fù)載的不同工作特性將負(fù)載工作制分為：連續(xù)工作制負(fù)載、長(zhǎng)時(shí)間工作制負(fù)載、短時(shí)或隨機(jī)工作制負(fù)載[3]。以高速和郊區(qū)工況為例，實(shí)車(chē)測(cè)試根據(jù)表1進(jìn)行電氣負(fù)載的操作。

表1 電氣負(fù)載開(kāi)啟列表

測(cè)試參數(shù)包括：蓄電池電流及電壓、發(fā)電機(jī)電流及電壓、大功率負(fù)載電流及電壓、關(guān)鍵位置溫度、總線(xiàn)信號(hào)等。測(cè)試原理參照?qǐng)D1所示。

圖1 電平衡測(cè)試原理圖

2.2 實(shí)車(chē)測(cè)試

以某款燃油重卡為試驗(yàn)樣車(chē)進(jìn)行實(shí)車(chē)電平衡測(cè)試。按照表2進(jìn)行蓄電池配置信息確定，相關(guān)參數(shù)可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)要求增減。按照表3進(jìn)行發(fā)電機(jī)配置信息確定，相關(guān)參數(shù)可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)要求增減。

表2 蓄電池配置信息表

表3 發(fā)電機(jī)配置信息表

為判斷蓄電池在各工況下是充電還是放電狀態(tài)，還需提前對(duì)蓄電池進(jìn)行相關(guān)處理。

詳細(xì)測(cè)試步驟如下。

1）步驟1：功能點(diǎn)檢。對(duì)車(chē)輛用電負(fù)載進(jìn)行功能檢視，確保車(chē)輛電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2）步驟2：設(shè)備檢查。確定試驗(yàn)設(shè)備數(shù)量與試驗(yàn)耗材，確保相關(guān)傳感器、電流電壓模塊、電流鉗、電腦數(shù)據(jù)采集程序等能夠正常工作。

3）步驟3：電平衡測(cè)試監(jiān)控點(diǎn)確定。根據(jù)電平衡測(cè)試原理圖確定測(cè)試點(diǎn)位置。

4）步驟4：傳感器布置。按電平衡測(cè)試原理圖和確定的測(cè)試監(jiān)控點(diǎn)，將分流計(jì)分別與蓄電池正負(fù)兩極、發(fā)電機(jī)正負(fù)極、大功率負(fù)載正負(fù)兩極相連，連接時(shí)注意探針極性；將電流傳感器分別接入到蓄電池正負(fù)兩極、發(fā)電機(jī)正極、大功率負(fù)載正極。

5）步驟5：溫度檢測(cè)點(diǎn)位置確定。根據(jù)車(chē)輛熱場(chǎng)圖確定駕駛室和底盤(pán)的高溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并將熱電偶接入到相應(yīng)位置。

6）步驟6：網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)。使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

7）步驟7：電平衡測(cè)試。根據(jù)測(cè)試矩陣進(jìn)行相關(guān)電平衡測(cè)試。

2.3 測(cè)試結(jié)果分析

以冬季高速和郊區(qū)工況為例，對(duì)電平衡測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。冬季高速的蓄電池電流和電壓測(cè)試圖見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 蓄電池電流測(cè)試圖

圖3 蓄電池電壓測(cè)試圖

分別對(duì)蓄電池、發(fā)電機(jī)在冬季高速和冬季郊區(qū)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 測(cè)試部件電氣參數(shù)信息表

根據(jù)被測(cè)車(chē)型蓄電池接線(xiàn)情況，布置的蓄電池正極、蓄電池負(fù)極電流傳感器所采集數(shù)據(jù)，均表征蓄電池回路電流；當(dāng)蓄電池放電時(shí)，蓄電池正極及負(fù)極電流傳感器監(jiān)測(cè)值為正；當(dāng)蓄電池充電時(shí)，蓄電池正極及負(fù)極電流傳感器監(jiān)測(cè)值為負(fù)。

冬季高速工況下，發(fā)電機(jī)平均發(fā)電電流30.619A，蓄電池平均充電電流9.399A。發(fā)電機(jī)平均電壓28.7734V，蓄電池平均電壓28.4090V。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)知，測(cè)試過(guò)程中蓄電池正常充電，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能能夠滿(mǎn)足在此工況下已開(kāi)啟的電氣負(fù)載的電能消耗。由此可以得出，冬季高速工況下，此款車(chē)輛的發(fā)電機(jī)、蓄電池和已開(kāi)啟的電氣負(fù)載達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。

冬季郊區(qū)工況下，發(fā)電機(jī)平均發(fā)電電流23.445A，蓄電池平均充電電流4.942A。發(fā)電機(jī)平均電壓28.7071V，蓄電池平均電壓28.4236V。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可知測(cè)試過(guò)程中蓄電池正常充電，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能能夠滿(mǎn)足在此工況下已開(kāi)啟的電氣負(fù)載的電能消耗。由此可以得出，冬季郊區(qū)工況下，此款車(chē)輛的發(fā)電機(jī)、蓄電池和已開(kāi)啟的電氣負(fù)載達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。

綜合以上分析，該款燃油重卡車(chē)型的電平衡滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了電平衡測(cè)試作為一項(xiàng)必不可少的電性能評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)整車(chē)電氣系統(tǒng)的重要意義。同時(shí)詳細(xì)介紹了電性能的測(cè)試內(nèi)容和方法，通過(guò)具體的項(xiàng)目給出了某款重卡車(chē)型的電平衡測(cè)試結(jié)果，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，通過(guò)分析結(jié)果對(duì)電平衡設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文的測(cè)試方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)為電平衡設(shè)計(jì)提供了重要參考，有利于重卡商用車(chē)電平衡的精細(xì)化設(shè)計(jì)和電平衡設(shè)計(jì)水平的提升。