CN118348348A - 一种电动汽车再生制动性能快速测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车制动性能测试技术领域，具体为一种电动汽车再生制动性能快速测试方法，依次切换车辆的不同制动强度进行制动能量回收，分别进行各制动强度下的工况检测，获取工况信息；基于工况信息获取车辆制动过程中电机的转速和转矩数据，以及电池的端电压、端电流数据；根据制动过程中电机的转速与转矩数据、道路行驶总阻力，计算得到能量可回收率；根据制动过程中电池的端电压、端电流，计算得到逆变器的能量转化率；进行归一化处理；基于检测的电池剩余电量，将归一化处理评价指标与预设阈值进行比较判断，确定车辆再生制动性能。通过构建快速检测工况，得到制动能量回收时电机、逆变器和电池的评价指标，进行车辆再生制动***的性能评价。

Description

一种电动汽车再生制动性能快速测试方法

技术领域

本发明涉及汽车制动性能测试技术领域，具体为一种电动汽车再生制动性能快速测试方法。

背景技术

在汽车工程研究中，再生制动技术作为一种节能减排的重要手段，得到广泛关注。然而，对于纯电动汽车再生制动性能的测试，存在多种测试方法，各有利弊，例如：

采用实车道路试验可提供真实道路条件和环境因素，但不能实现循环工况测试，无法直接有效地反映再生制动的效果，并且测试费用高、检测危险；

通过仿真模拟测试可以避免实车道路试验的危险性、降低测试成本以及测试条件可控性高，但需要高质量的模拟精度；

整车台架试验可在受控的环境下进行测试，并且获取数据快、危险性低，但在分析时忽略了行驶阻力对再生制动***的影响。

同时，在再生制动***性能评价上，目前大多应用关注电池的制动能量回收效果，对于能量回收过程能量转化研究较少，并且需要通过较长时间的标准工况进行实车测试或者仿真模拟，无法在短时间内进行快速评价。纯电动汽车长期频繁制动会对电机造成额外的物理磨损，影响其寿命，最直接表现为制动风险。虽然逆变器的固态组件相比机械部件磨损较少，但频繁的高负载操作会加速其老化过程，特别是对于电力电子组件如绝缘栅双极晶体管和电容器等。另外，进行频繁制动时会导致电池温度升高，影响电池的充电速度和整车经济性。

因此，研究再生制动评价指标的变化规律，可以快速检测出电机、逆变器的老化和电池性能衰退，为评价再生制动性能奠定基础。

发明内容

为解决上述的问题，本发明提供了一种电动汽车再生制动性能快速测量方法，包括：

S1、预设车辆工况检测的测试速度、匀速行驶时间和怠速时间，依次切换车辆的不同制动强度进行制动能量回收，分别进行各制动强度下的工况检测，获取工况信息；

S2、基于工况信息获取车辆制动过程中电机的转速和转矩数据，以及电池的端电压、端电流数据；

S3、计算电力测功机的加载力作为车辆道路行驶总阻力；

S4、根据制动过程中电机的转速与转矩数据、道路行驶总阻力，计算得到能量可回收率；根据制动过程中电池的端电压、端电流，计算得到逆变器的能量转化率；

S5、基于能量可回收率与能量转化率建立评价指标，并进行归一化处理；

S6、计算当前工况测试的车辆的归一化处理评价指标；基于检测的电池剩余电量，将归一化处理评价指标与预设阈值进行比较判断，确定车辆再生制动性能。

S3中电力测功机的加载力为：

式中，F_d为加载力；a为恒定阻力系数；b为速度阻力系数；c为速度二次方阻力系数；m为车辆质量；M为转动部件的惯性质量；

表示摩擦损失阻力，单位为N；f₀为固定损失；f₁为线性损失系数；f₂为二次损失系数；f₃为三次损失系数；v_r表示测试速度。

所述S5中基于能量可回收率与能量转化率建立评价指标，所述能量可回收率用于确定电机的状态；所述能量转化率用于确定电机与电池之间逆变器的状态。

所述S5中进行归一化处理选择在减速度为1.8m/s²且电池剩余电量为20％～80％时的评价指标平均值为基准。

所述归一化处理的能量可回收率为：

F_z＝mgf^*+F_o+F_d，

式中，T_z为制动时第z时刻电机的转矩，N·m；n_z为制动第z时刻电机的转速，r/min；v_z0为制动时第z时刻的末速度，m/s；v_z1为制动时第z时刻的初始速度，m/s；F_z为制动时第z时刻车辆受到的总阻力；mgf*为车轮与滚筒的滚动阻力，f*为滚动阻力系数；F₀为摩擦损失阻力；F_d为加载力；v_z为制动时第z时刻车速；η_m-ra为能量可回收率归一化基准。

所述归一化处理的能量转化率为：

式中，U_z为制动时第z时刻电池的端电压，V；I_z为制动时第z时刻电池的端电流，A；T_z为制动时第z时刻电机的转矩，N·m；n_z为制动第z时刻电机的转速，r/min；η_b-ra为能量转化率归一化基准。

所述基于检测的电池剩余电量，将归一化处理评价指标与预设阈值进行判定，具体操作为：

当检测的电池剩余电量在20％～80％时，若满足0.8≤η_{m_rnorm}＜1且0.8≤η_{b_ranorm}＜1，则判定车辆电机、逆变器和电池性能正常；

若满足0.6≤η_{m_rnorm}＜0.8或0.6≤η_{b_ranorm}＜0.8，则判定车辆电机、逆变器和电池良好；

若满足η_{m_rnorm}＜0.6或η_{b_ranorm}＜0.6，则判定车辆电机或逆变器或电池性能异常，需要维修。

所述基于检测的电池剩余电量，将归一化处理评价指标与预设阈值进行判定，还包括：

当检测的电池剩余电量低于10％或高于90％时，以能量转化率为基准，根据归一化能量转化率确定车辆再生制动性能，若0.7≤η_{b_ranorm}<1，则判定车辆电机、逆变器和电池性能正常；

若η_{b_ranorm}<0.7，则判定车辆电机或逆变器或电池性能异常，需要维修。

有益效果：本申请为一种电动汽车再生制动性能快速测试方法，通过对纯电动汽车制动能量流的分析，分别得出制动能量回收时电机、逆变器和电池的评价指标；并构建快速检测工况，从准备开始至工况测试结束仅需190秒左右时间，可实现纯电动汽车的再生制动性能快速测试，从而对车辆再生制动***中电机、逆变器和电池进行性能评价，便捷高效，便于实际操作。

通过再生制动性能测试台快速测试车辆的再生制动***，可以在车辆上路之前及时发现潜在的问题，并进行必要的调整，以确保车辆实际行驶时的最佳性能。

附图说明

图1为再生制动性能测试台运行流程图；

图2为再生制动性能测试台速度与时间工况图；

图3为再生制动性能测试台结构图；

图4为实验车辆时间与电池SOC关系图；

1、测功机；2、副滚筒；3、主滚筒；4、传动轴；5、飞轮；6、T型转向箱；7、移动底座；8、前滚筒移动组。

具体实施方式

下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。

实施例1

参见图3，本实施例提供了一种电动汽车再生制动性能快速测量方法，应用于再生制动性能测试台，所述再生制动性能测试台包括测功机、副滚筒、主滚筒、传动轴、飞轮、T型转向箱、移动底座和前滚动移动组，电动汽车驶入再生制动性能测试台前，主、副滚筒间的举升装置升起，车辆进行行驶驱动时，车辆车轮与滚筒在摩擦力作用下进行转动，主滚筒与电力测功机连接，带动电力测功机转子进行转动，产生制动扭矩。同时，所述再生制动性能测试台还设置有司机助，所述司机助用于显示车辆驱动测试时的瞬时驱动力值和瞬时功率。

本申请通过再生制动性能测试台进行车辆快速工况检测，并根据所述电动汽车再生制动性能快速测量方法，对车辆再生制动***进行评定，所述方法具体实现步骤如下：

S1、预设车辆工况检测的测试速度、匀速行驶时间和怠速时间，依次切换车辆的不同制动强度进行制动能量回收，分别进行各制动强度下的工况检测，获取工况信息；

车辆在进行制动能量回收时，当车速低于20km/h，因制动动能偏低导致制动能力回收较低，另外考虑到检测时车速过高，会对车辆有损害，再生制动性能测试台检测存在一定的危险性。

参见图1，预设测试速度为60km/h、匀速行驶时间为10s、怠速时间为10s，进行车辆各制动强度下的工况检测，其具体操作为：

S1.1、车辆开始进入怠速状态，并切换车辆的制动强度为低制动强度；

S1.2、进行车辆加速，并通过电力测功机施加加载力作为行驶阻力；

S1.3、判断车辆车速是否加速至预设测试速度，若否，则继续加速；若是，则保持车辆进行匀速行驶状态，直至匀速行驶时间结束，进行车辆滑行制动减速；

S1.4、获取车辆减速过程中的工况检测信息，当车辆减速至速度为零时重新进入怠速状态；

S1.5、分别切换车辆的制动强度，所述制动强度还包括中制动强度和高制动强度，重复S1.2-S1.4操作直至高制动强度减速为零结束。

当车辆车速达到预设测试速度时，车辆匀速行驶10s后再进行滑行制动，能够保证制动不受加速过程中转矩、转速、电压和电流的影响；当车辆滑行制动至车速为0时，通过怠速10s再切换制动强度，其车速以及其他车辆参数变化幅度较小，工况检测结果准确性更高。

如图2所示，车辆在再生制动性能测试台进行减速制动，依次切换车辆的制动强度进行制动能量回收，进行车辆各制动强度下的工况检测，获取工况信息，包括制动力矩和转速信号。

S2、基于工况信息获取车辆制动过程中电机的转速和转矩数据，以及电池的端电压、端电流数据；

在车辆行驶运行时，通过CAN解析仪连接到车辆OBD接口，能够采集制动过程中电池的端电压、端电流数据，电机在制动过程中的转速和转矩数据。

S3、计算电力测功机的加载力，作为车辆道路行驶总阻力；

所述电力测功机的加载力为：

式中，F_d为加载力；a为恒定阻力系数；b为速度阻力系数；c为速度二次方阻力系数；m为车辆质量；M为转动部件的惯性质量；

表示摩擦损失阻力，单位为N；f₀为固定损失；f₁为线性损失系数；f₂为二次损失系数；f₃为三次损失系数；v_r表示测试速度。

S4、根据制动过程中电机的转速与转矩数据、道路行驶总阻力，计算得到能量可回收率；根据制动过程中电池的端电压、端电流，计算得到逆变器的能量转化率；

通过再生制动性能测试台进行车辆行驶工况检测，在测试结束后，根据对纯电动汽车制动能量回收过程进行分析，整车在制动过程中动能减少量是在理想状态下没有其他阻力和附加消耗状态下最大回收制动能量，故需要考虑行驶阻力消耗的能量进行计算最大理论制动能量。

根据测量采集的电机转速与转矩数据、道路行驶总阻力，计算所述能量可回收率为：

F_z＝mgf^*+F_o+F_d

式中，T_z为制动时第z时刻电机的转矩，N·m；n_z为制动第z时刻电机的转速，r/min；v_z0为制动时第z时刻的末速度，m/s；v_z1为制动时第z时刻的初始速度，m/s；F_z为制动时第z时刻车辆受到的总阻力，mgf*为车轮的滚动阻力，f*为滚动阻力系数；F₀为摩擦损失阻力；F_d为加载力；v_z为制动时第z时刻车速；η_m-r表示能量可回收率。

在车辆制动能量回收时，所述电池的制动能量转化是通过电机变为发电机，通过逆变器对电能进行转化存储于电池中，根据测量采集所述电池的端电压与端电流数据，计算所述能量转化率为：

式中，U_z为制动时第z时刻电池的端电压，V；I_z为制动时第z时刻电池的端电流，A；T_z为制动时第z时刻电机的转矩，N·m；n_z为制动第z时刻电机的转速，r/min；η_b-r表示能量转化率。

S5、基于能量可回收率与能量转化率建立评价指标，并进行归一化处理；

根据计算得到的能量可回收率与能量转化率，建立用于评定电动汽车再生制动性能的评价指标，所述能量可回收率用于确定电机的状态；所述能量转化率用于确定电机与电池之间逆变器的状态。

因车辆电池剩余电量(State Of Charge，简称SOC)低于10％时，电机的制动扭矩不变，电池电极上的锂离子浓度较低，为了不损害电池寿命，逆变器将电流降低导致能量转化率低，即导致综合能量可回收率低；

当电池SOC在90％以上时，电池电量接近满电，为了保护电池避免过充，车辆会限制电机的制动扭矩使其变低，导致可回收制动能量变少，充电电流变低。

因此，确定电池SOC在20％～80％时能够使得评价指标保持稳定。

通过在0.7m/s²、1.35m/s²和1.8m/s²不同减速度下计算能量可回收率和能量转化率。得到所述减速度为1.8m/s²下的评价指标高于0.7m/s²和1.35m/s²，所述减速度为1.8m/s²下能量可回收率η_m-r平均值为90.03％、能量转化率η_b-r平均值为96.14％，选择在1.8m/s²且电池SOC为20％～80％时的评价指标平均值为基准，η_m-ra＝90.03％，η_b-ra＝96.14％。

表1为减速度1.8m/s²下评价指标与不同电池SOC关系

根据评价指标平均值，对能量可回收率与能量转换率进行归一化处理，得到：

式中，η_{m_rnorm}表示归一化处理后的能量可回收率；η_{b_ranorm}表示归一化处理后的能量转化率；η_m-ra为能量可回收率归一化基准；η_b-ra为能量转化率归一化基准。

S6、计算当前工况测试的车辆的归一化处理评价指标；基于检测的电池剩余电量，将归一化处理评价指标与预设阈值进行比较判断，确定车辆再生制动性能；

所述基于检测的电池SOC，将归一化处理评价指标与预设阈值进行判定，具体操作为：

当检测的电池SOC在20％～80％时，若满足0.8≤η_{m_rnorm}＜1且0.8≤η_{b_ranorm}＜1，则判定车辆电机、逆变器和电池性能正常；

若满足0.6≤η_{m_rnorm}＜0.8或0.6≤η_{b_ranorm}＜0.8，则判定车辆电机、逆变器和电池良好；

若满足η_{m_rnorm}＜0.6或η_{b_ranorm}＜0.6，则判定车辆电机或逆变器或电池性能异常，需要维修。

当检测的电池SOC低于10％或高于90％时，评价指标波动较大，而能量转化率受电池SOC影响较小，且能有效反映制动能量回收时电机、逆变器和电池的状态，所以以能量转化率为基准，根据归一化能量转化率确定车辆再生制动性能，具体为：

若0.7≤η_{b_ranorm}<1，则判定车辆电机、逆变器和电池性能正常；

若η_{b_ranorm}<0.7，则判定车辆电机或逆变器或电池性能异常，需要维修。

实施例2

本实施例采用广汽埃安纯电动汽车作为实验车辆，通过再生制动性能测试台进行工况检测。

首先，在实验测试前对再生制动性能测试台进行预热，通过电机带动滚筒进行反拖使车速加速至70km/h以上，再进行所述再生制动性能测试台的内部损耗功率滑行测试，得到该测试台内部损失功率为：

式中，P₀表示速度区间内测试台内部损失功率，kW；v_i为最高速度和最低速度的平均值，km/h；DIW表示基本惯量，kg；Δt_i为速度区间的滑行时间，s。

表2测试台内部损失功率滑行结果

通过拟合速度与测试台内部损失功率三次项曲线，得到多项式方程为：

P₀＝5.8·10^-6·v_i ³+9.9·10^-4·v_i ²+0.023·v_i+0.12，

根据测试台内部损失功率得到所述再生制动性能测试台内的摩擦损失阻力为：

参见图4，当检测到实验车辆的电池SOC为78％时，根据车辆在再生制动性能测试台获取的工况信息，进行评价指标计算得到：

根据图4从测试开始至测试结束电池SOC变化为0.5％，对评价指标进行归一化处理，得到：

根据归一化处理评价指标进行比较判断，满足0.8≤η_{m_rnorm}＜1且0.8≤η_{b_ranorm}＜1，可以判定实验车辆在制动时，电机动能转化、逆变器电能转化与电池充电性能正常。

当实验车辆的电池SOC为90％时，计算评价指标为：

对所述能量转化率进行归一化处理为：

所述归一化能量转化率满足0.7≤η_{b_ranorm}<1，可以判定实验车辆在制动时，电机动能转化、逆变器电能转化与电池充电性能正常。

Claims (8)

1.一种电动汽车再生制动性能快速测量方法，其特征在于，包括：

S1、预设车辆工况检测的测试速度、匀速行驶时间和怠速时间，依次切换车辆的不同制动强度进行制动能量回收，分别进行各制动强度下的工况检测，获取工况信息；

S2、基于工况信息获取车辆制动过程中电机的转速和转矩数据，以及电池的端电压、端电流数据；

S3、计算电力测功机的加载力作为车辆道路行驶总阻力；

S4、根据制动过程中电机的转速与转矩数据、道路行驶总阻力，计算得到能量可回收率；根据制动过程中电池的端电压、端电流，计算得到逆变器的能量转化率；

S5、基于能量可回收率与能量转化率建立评价指标，并进行归一化处理；

S6、计算当前工况测试的车辆的归一化处理评价指标；基于检测的电池剩余电量，将归一化处理评价指标与预设阈值进行比较判断，确定车辆再生制动性能。

2.根据权利要求1所述的电动汽车再生制动性能快速测量方法，其特征在于，所述电力测功机的加载力为：

式中，F_d为加载力；a为恒定阻力系数；b为速度阻力系数；c为速度二次方阻力系数；m为车辆质量；M为转动部件的惯性质量；

表示摩擦损失阻力，单位为N；f₀为固定损失；f₁为线性损失系数；f₂为二次损失系数；f₃为三次损失系数；v_r表示测试速度。

3.根据权利要求1所述的电动汽车再生制动性能快速测量方法，其特征在于，所述S5中基于能量可回收率与能量转化率建立评价指标，所述能量可回收率用于确定电机的状态；所述能量转化率用于确定电机与电池之间逆变器的状态。

4.根据权利要求3所述的电动汽车再生制动性能快速测量方法，其特征在于，所述S5中进行归一化处理选择在减速度为1.8m/s²且电池剩余电量为20％～80％时的评价指标平均值为基准。

5.根据权利要求4所述的电动汽车再生制动性能快速测量方法，其特征在于，所述归一化处理的能量可回收率为：

F_z＝mgf^*+F_o+F_d，

式中，T_z为制动时第z时刻电机的转矩，N·m；n_z为制动第z时刻电机的转速，r/min；v_z0为制动时第z时刻的末速度，m/s；v_z1为制动时第z时刻的初始速度，m/s；F_z为制动时第z时刻车辆受到的总阻力；mgf*为车轮与滚筒的滚动阻力，f*为滚动阻力系数；F₀为摩擦损失阻力；F_d为加载力；v_z为制动时第z时刻车速；η_m-ra为能量可回收率归一化基准。

6.根据权利要求5所述的电动汽车再生制动性能快速测量方法，其特征在于，所述归一化处理的能量转化率为：

式中，U_z为制动时第z时刻电池的端电压，V；I_z为制动时第z时刻电池的端电流，A；T_z为制动时第z时刻电机的转矩，N·m；n_z为制动第z时刻电机的转速，r/min；η_b-ra为能量转化率归一化基准。

7.根据权利要求6所述的电动汽车再生制动性能快速测量方法，其特征在于，所述基于检测的电池剩余电量，将归一化处理评价指标与预设阈值进行判定，具体操作为：

当检测的电池剩余电量在20％～80％时，若满足0.8≤η_{m_rnorm}＜1且0.8≤η_{b_ranorm}＜1，则判定车辆电机、逆变器和电池性能正常；

若满足0.6≤η_{m_rnorm}＜0.8或0.6≤η_{b_ranorm}＜0.8，则判定车辆电机、逆变器和电池良好；

若满足η_{m_rnorm}＜0.6或η_{b_ranorm}＜0.6，则判定车辆电机或逆变器或电池性能异常，需要维修。

8.根据权利要求7所述的电动汽车再生制动性能快速测量方法，其特征在于，所述基于检测的电池剩余电量，将归一化处理评价指标与预设阈值进行判定，还包括：

当检测的电池剩余电量低于10％或高于90％时，以能量转化率为基准，根据归一化能量转化率确定车辆再生制动性能，若0.7≤η_{b_ranorm}<1，则判定车辆电机、逆变器和电池性能正常；

若η_{b_ranorm}<0.7，则判定车辆电机或逆变器或电池性能异常，需要维修。