新能源汽车面临测评新挑战

新能源汽车时代已经来临。从表面上看,抛开动力系统的差别,新能源汽车与传统汽车没有太大的不同,恰恰是动力系统的区别带来了一系列的挑战。整车研发与测试即是新的挑战之一。

如何应对新挑战?新能源汽车研发测试不仅要改变方法和手段,更要建立全新的测试评价规则。

根本区别带来新挑战

传统汽车的动力全部来源于发动机,新能源汽车的能量来自于电池。两者最大的区别是内燃机本身高速运转,而电池静静地进行电化学反应。这种不同注定了两者的测试方法与手段有着根本区别。

内燃机通过差速装置把动力分配给4个轮胎,而电动汽车没有这个装置,目前比较流行的电动汽车是前后分别安装一个电机,有的安装4个轮边电机,未来3-5年可能还会出现量产的轮毂电机车辆。“传统汽车与新能源汽车测试目标发生根本变化,给研发测试带来一系列的新挑战。”宝克中国公司总经理Schmidt说。

一般来说,电子产品的测量精度要求比较高,电动汽车最大的特点就是大量的电气化,这就要求研发测试的精度必须大幅度提高,这是汽车界从来没有经历过的事情。家轿车内燃机的转速一般不超过8000转/分,而电机的转速轻松超过10000转/分,目前电动汽车的电机转速普遍为16000-18000转/分,但这个数字很快将成为历史,20000转/分的电机已在量产的路上。“高转速给研发测试带来巨大的挑战。”Schmidt说。

高转速伴随着较小的惯量,以及极低的内阻力,这就要求研发测试技术及设备有极高的响应速度。这种响应速度要求对软件和硬件都提出了很高的要求,用Windows操作系统已不能达到要求,必须采用专门为工业界开发的实时操作系统。

充电是新能源汽车最大的不同,这就涉及到通讯接口和充电数据交换的测试,充电又分为快充与慢充,不同场景对测试提出了很高的要求。传统汽车加注汽柴油比较简单,主要考虑VOC(蒸发排放)是否合格,而新能源汽车的充放电测试要复杂很多。

传统汽车一直采用NEDC工况,随着国六来临,汽车测试工况发生了变化,采用WLTC测试方法,WLTC工法在NEDC工况的基础上加以改进,本质上仍然是针对传统汽车设计的测试工况。新能源汽车有自己的特征,这套工况体系并不完全适用新能源汽车。目前,我国新能源汽车还没有一套完善的研发与测试系统,大家都在摸索前进,标准体系的不完善给研发测试带来新的挑战。

Schmidt说:“新能源汽车是新生事物,不像传统汽车那样基本定型,传统汽车每年推出的新产品只是改良,没有实质性变化,新能源汽车却不同,仅仅纯电动汽车每年都有很多新技术运用到量产车辆上。随着技术和市场不断变化,插电式混合动力、增程式汽车也受到大家的广泛关注,未来还有固态电池汽车以及燃料电池汽车投入到大规模量产之中,这些新变化都对传统的研发测试提出了新挑战。”

Schmidt认为,传统汽车的研发测试有一部分靠经验积累,而新能源汽车变化太快,依靠传统的经验积累方式似乎太慢了,需要用到人工智能技术,通过人工智能系统自我学习能力提高研发测试水平。

“新变化带来新挑战,研发测试技术、设备都要朝着多功能化的方向发展,以应对 快速变化带来的挑战。” Schmidt说。

分布式测试可能是方向

目前,电动汽车普遍采用前后二个电机,未来会有更多安装4个电机的产品,这种变化趋势召示着研发测试将向分布式发展。浙江大学动力机械及车辆工程研究所副所长朱绍鹏博士说:“分布式驱动是电动汽车未来发展趋势,研发测试也将跟随驱动方式转变。”

电驱动系统经历过几个发展阶段。最初电动汽车采用分体式驱动单元,经过物理集成形成了电机+电控+减速机的集成驱动单元,随着电机技术的不断发展,轮毂电机已被运用到汽车上,逐步形成了标准化的动力底盘。“分布式驱动控制可以更加节能、安全,智能化水平很高,是下一代电动汽车关键技术研发。”朱绍鹏说。

相比于传统的集成方式,多驱动源分布式驱动的优势很明显。多驱动源分布式驱动可以节省空间。朱绍鹏说:“乘用车后排中间位置,大家都不太喜欢坐,因为中间有一个鼓包。多驱动源分布式驱动将解决这个问题。”

多驱动源分布式驱动可以提高传动效率,减少传动系统带来的能量损耗。传统汽车通过传动轴输送动力,这对传动轴的加工和安装要求极高,否则就会损失很多动力,降低传输效率。传统汽车使用复杂的动力分配装置实现全时四驱,而多驱动源分布式驱动并不需要那么复杂的装置,可以轻松地实现全时四驱、前驱、后驱等多种形式的转换。多驱动源分布式驱动的每个电机都可以单独控制,并且电机响应速度非传统内燃机可比,这增强了电动汽车的操控性,通过协调控制各电机实现稳定驾驶。

分布式驱动汽车已在公交车上运用。朱绍鹏说:“公交车的工况比较简单,车速也不高,比亚迪K9电动车采用两轮边电机,已在国内外广泛销售。乘用车的工况比较复杂,分布式驱动电动汽车的动力学控制是乘用车能否量产的关键技术瓶颈,这也对研发测试提出了很高的要求。”

分布式驱动在乘用车上技术要求更高,仍有部分汽车企业已在概念车上尝试,特斯拉、宝马等企业已在量产车上采用双电机、三电机的分布式方案。

研发检测应严要求

“无论哪种车辆研发测试都必须把安全放在第一位,尤其是新能源汽车还有很多我们不熟悉不了解的地方,更要严谨,标准要求必须更严格。”工信部原公告车辆管理专家逯海告诉记者。

GB21670-2008中专门为电动汽车增加应急制动测试标准,这两项标准是行车制动系输出的电动部件完全失效的情况下,测试电动汽车的制动性能如何,另外在失效状态导致电动部件产生最大制动力。“这两项测试可以检验电动汽车在紧急状态下的制动能力。如果不检测这两项,如果发生意外情况就会很危险。在以往的检测中发现有些车辆并不合格,一律没有通过公告管理审批,责令全部重新完善这方面的功能。研发检测就应该严格要求,企业高标准严要求,主管部门压力就会轻一点,也能节省企业报送产品上公告的时间。” 逯海说。

新能源汽车的部分标准已制定,有标准就有研发检测依据。逯海说:“有标准的测试工作相对容易,还没有形成统一认识的部分,可以参照传统汽车以及其他方面的要求对照进行。”

北汽福田工程研究总院整车性能试验总工程师张宪说:“行业内有部分企业可能没有严格按照标准进行研发测试。不严格要求自己,在公告审批时会给自己带来麻烦,无法通过公告管理检测,不但自己要重新测试,还耽误产品上公告的时间。如今市场竞争激烈,如果晚一天上公告都可能失去市场竞争优势。北汽福田深刻明白这个道理,一直严格按照国家要求实施研发测试。据介绍,北汽福田组织了专门的团队利用测功机按照标准要求逐项测试。

新能源汽车才露“小荷尖尖角”,已给行业带来巨大的挑战,随着固态电池、燃料电池等新产品量产,更大的挑战还在后面。