电动汽车整车道路模拟试验的研究

李帅 李毅 马立元

（北京新能源汽车股份有限公司，北京 102606）

电动汽车整车道路模拟试验的研究

李帅 李毅 马立元

（北京新能源汽车股份有限公司，北京 102606）

针对电动汽车进行实车道路测试特别是可靠性测试所需时间长的问题，提出了一种纯电动汽车整车道路模拟试验方法。该方法通过对整车实施道路载荷数据采集并进行数据编辑、分析和处理，经过数据迭代后在室内道路模拟试验台上进行强化试验。利用该方法可在较短的时间内完成电动汽车的可靠性测试，极大地缩短了产品验证周期，同时避免了因天气及人力、场地因素对试验进度的影响，能够及时发现问题并分析反馈、跟踪解决。

1 前言

电动汽车以其节能环保等优势受到极大的重视,而电动汽车技术的发展与提高离不开电动汽车测试技术的支持。因电动汽车存在续航里程短、充电时间较长的缺点，进行实车道路测试特别是可靠性测试所需要的时间较长，导致产品开发周期延长，所以如何快速验证电动汽车整车可靠性是急需解决的问题。为此，本文从实际问题出发提出一种解决方法，该方法通过布置不同传感器对整车实施道路载荷数据采集，经对试验数据迭代处理后在室内道路模拟试验台上进行强化试验，可在很短的时间内完成可靠性测试，极大地缩短了验证周期。

2 试验方法

试验对象为某款新能源纯电动汽车，该车由技术成熟的传统机动车平台切换，全新开发了电机、电池系统、电池控制系统；重新设计了后桥结构；轮胎系统、底盘系统总体借用原车，动力转向泵及真空泵进行了重新选型；白车身和内外饰总体借用原车，局部支架调整。整车采用后横置后驱动,电控装置置于车体后端；电池包模块化分两包布置于地板下；发动机及转向泵、空调压缩机、独立热源等部件采用舱内布置。与传统车相比，新开发的纯电动汽车总质量增加了30%，其主要参数见表1，整车布置型式见图1。

3 载荷谱采集、处理及迭代

3.1 采集点的选取和布置

为保证采集位置能够准确又快速地反映路面激励对车身的响应，且采集点又不受其它方向上力的干扰，试验中采集了4个车轮轴头垂直方向的加速度信号以及4个减振器支座的加速度信号，同时为实现更精确的迭代效果，增加了4个位移信号的采集。

表1 试验车辆主要参数

图1 新开发纯电动汽车布置型式

表2 采集点选取及布置位置

3.2 采集频率设置

采集路面载荷谱数据时，一方面要保证数据的准确性和有效性，另一方面要防止采集到的数据发生信号混淆现象，所以数据采集频率必须满足采样定理。

依据采样定理可得采集频率的关系式为：

式中，fc为汽车试验场数据采集方法中使用的最大频率，一般为50 Hz；ff为系统的滤波频率；fs为实际采集频率。

在满足试验要求的情况下，考虑到采集设备的情况，结合采样定理，最终选定试验数据采集频率为204.8 Hz。

3.3 采集路面的选择

本次试验载荷采集地点在北京交通部公共交通试验场，采集路面选择见表3。

表3 采集路面的选择

3.4 信号的编辑和处理

由于受到路况环境、设备仪器的选择以及试验方案等各种客观因素的影响，加速度传感器采集到的数据往往含有毛刺、趋势相或数据不稳定等干扰而不能直接用来迭代，因此，需要对采集到的数据进行编辑处理来除掉这些干扰因素或去除掉对试验结果无影响的信号，以确保试验结果的精确性和有效性。本次试验采集数据经过数据格式的转换→去毛刺和趋势相→除小项→数字滤波4个步骤完成数据处理后保存待迭代使用，加速度信号频率成分主要集中在1.5～48 Hz之间，所以试验过程中高通滤波的起始频率设置为0，截止频率为50 Hz。对于拉线式位移传感器来说，频率成分主要集中在0.6～10 Hz之间，所以试验过程中高通滤波的起始频率设置为0，截止频率为10 Hz。

3.5 迭代

3.5.1 迭代准备

试验车辆先配重做好迭代准备，迭代过程中所用传感器沿用载荷谱采集时的加速度传感器和位移传感器。为了监控和实时了解试验车辆的运行状态，需要在试验车辆的车身和电池包安装点上安装加速度传感器，并设定加速度限值，避免车辆部件发生损伤时车辆失控，对试验车辆造成更大的损伤，同时还需要在车辆上安装K偶，以监控减震器的温度，避免温度过高造成减振器损坏。

3.5.2 迭代流程

迭代流程如图2所示。

迭代步骤如下：

a.计算机根据目标响应信号和已识别的系统传递函数计算原始驱动信号，生成原始驱动信号。

b.利用生成的原始驱动信号驱动系统，来产生新的响应信号。

c.对上一步产生的响应信号进行采集处理，将采集到的响应信号与目标响应进行对比，计算响应误差是否满足要求。

d.根据响应误差对驱动信号存在的差值进行计算，根据计算结果生成新的驱动信号。

e.重复迭代，直到迭代误差满足要求，利用最终的驱动信号进行疲劳试验。

3.5.3 频率响应函数

将试验车辆与试验台架构成的模拟系统看作是线性的，频率响应函数可简单地描述输入信号与输出信号之间的数学关系。试验中通过系统随机的白噪声输入可得到模拟系统输入与输出之间的关系，即频率响应函数（FRF）。从频率响应函数可以判断通道连接是否正确。

频率响应函数FRF表达式为：

式中，Gyu是输入输出间的互功率谱矩阵；Guu是输入自功率谱矩阵。

3.5.4 迭代误差

迭代误差是反映载荷谱迭代精度的一种直观描述。在载荷谱迭代软件中，误差信号（error signal）、响应信号（measure signal）和目标信号（target signal）之间的均方根（RMS）的百分比反映了迭代精度的优劣，主要形式为RMS Error/RMS Target和RMS Measure/RMS Target。一般来说，RMS Error/RMS Target的百分比越小、RMS Measure/RMS Target的百分比越大，则迭代精度就越高。表4为部分路面的迭代误差，由表4可知，迭代精度均在10%以内，表明迭代精度高，试验误差小。

表4 部分路面的迭代误差 %

4 试验及分析

汽车强化试验是考核汽车产品可靠性的基本试验方法，是在使用环境苛刻的条件下进行的寿命试验。为验证电动汽车整车在不同工况下的可靠性，在天津市军事交通运输研究所四立柱实验室进行了整车道路模拟强化试验。

4.1 试验设备及程序

试验设备为MTS320型四通道轮胎耦合道路模拟试验台，试验台的硬件主要由液压机械部分、液压油源分布系统和MTS轮耦合道路模拟试验控制系统三部分构成；系统软件包括两部分，一款是与控制系统相匹配的控制软件，另一款是专门针对道路模拟试验开发的远程参数控制（CRPC）软件。

按试验标准通过软件编辑耐久试验程序，整车疲劳耐久试验分空载、半载两种工况进行，每种工况运行时间为23 h。

4.2 结果及分析

试验时每2 h停机检查1次，对发现的问题进行记录并拍照储存。试验过程中共出现5项问题，包括安装问题和设计结构问题，已找到出现问题原因，如表5所述。

针对试验中出现的问题进行了分析，并通过编写工艺卡确保安装力矩符合标准、重新设计结构、调整减震器行程等已解决了上述问题。整个试验共进行60 h（含检查、换件），而试验场实际道路可靠性测试约需3个月，因而时间周期大大缩短。因该试验在室内进行，所以不仅不受各种天气影响及场地限制，而且还能够及时发现问题，并将问题分析反馈、跟踪解决。

表5 试验结果及问题分析

图3 左前缓冲块开裂位置

5 结束语

本文提出了纯电动汽车整车道路模拟试验的试验方法，该试验方法具有以下优点：试验可控性好，试验结果重复性强，精度高，便于对比；节省人力物力；能克服气候、场地等因素的影响，缩短试验周期，及时发现试验中出现的问题并对问题进行分析反馈，缩短产品验证周期和开发周期。

1 于长青.MTS道路模拟机汽车可靠性试验当量系数的研究：[学位论文］.长春：吉林大学，2006.

2 金波.信号与系统基础（第1版）.武汉：华中科技大学出版社，2006.

3 徐守时.信号与系统理论方法和应用（第1版）.安徽：中国科学技术大学出版社，1999.

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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.道路模拟系统的研究与开发：［学位论文］.北京：清华大学，1999.

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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 徐守时.信号与系统理论方法和应用（第1版）.安徽：中国科学技术大学出版社，1999.

10 马建明，周长城.数据采集技术与处理技术.西安：西安交通大学出版社，1998.

11 余志生.汽车理论（第4版）.北京：机械工业出版社，2006.

（责任编辑 文 楫）

修改稿收到日期为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

电动汽车 道路模拟 可靠性试验

U467.1+3

A

1000-3703（2017）02-0016-04