本章主要介紹加速試驗(yàn)，分別從試驗(yàn)分類、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)原理以及試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用等方面進(jìn)行講述。

概 述

汽車動力性是指汽車在良好路面上直線行駛時(shí)由汽車受到的縱向外力決定的，所能達(dá)到的平均行駛速度。動力性是汽車最基本的性能，人們都希望汽車能夠“多拉快跑”，提高運(yùn)輸效率和能力，同時(shí)也可減少交通阻塞，保證道路暢通。從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點(diǎn)出發(fā)，汽車的動力性主要由三方面的指標(biāo)來評定，即最高車速、加速度和最大爬坡度。此外，也有從常規(guī)行駛工況中提取的評價(jià)指標(biāo)。通過動力性能各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的測定，可以考察其是否符合設(shè)計(jì)要求，是否符合用戶的使用要求，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。另外，汽車的動力性還可以用于兩種車型優(yōu)劣的比較，以及生產(chǎn)質(zhì)量的檢查和科研等。

有關(guān)動力性的試驗(yàn)方法種類繁多。現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)體系中，涵蓋了以上三個評價(jià)指標(biāo)的道路試驗(yàn)方法，如GB/T12543—2009《汽車加速性能試驗(yàn)方法》、GB/T12544—2012《汽車最高車速試驗(yàn)方法》等；也有依托轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺來開展輪邊驅(qū)動力、驅(qū)動功率的試驗(yàn)方法，如GB/T18276—2017《汽車動力性臺架試驗(yàn)方法和評價(jià)指標(biāo)》等；還有針對純電動汽車、混合動力汽車的試驗(yàn)方法，如GB/T18385—2005《電動汽車動力性能試驗(yàn)方法》、GB/T19752《混合動力電動汽車動力性能試驗(yàn)方法》等。各車企還開發(fā)了許多試驗(yàn)方法和評價(jià)指標(biāo)。例如，開展不同加速踏板開度下的加速M(fèi)AP試驗(yàn)，研究加速響應(yīng)、加速度對時(shí)間的變化率等行駛感覺和行駛難易程度的試驗(yàn)。針對電動汽車，需要開展不同動力電池SOC、不同環(huán)境溫度下的動力性測試。針對混合動力汽車，需要開展不同驅(qū)動模式下的動力性測試。另外，為了更有效地評價(jià)動力性經(jīng)濟(jì)性，仿真試驗(yàn)技術(shù)也被廣泛采用，各車企開發(fā)了各自的軟件系統(tǒng)，高效率地用于試驗(yàn)開發(fā)。

影響汽車動力性經(jīng)濟(jì)性的因素很多，從滑行阻力當(dāng)中可以對相關(guān)影響因素進(jìn)行量化分析?；凶枇σ彩情_展轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)的輸入條件，因此本章還將重點(diǎn)介紹滑行阻力試驗(yàn)。

加速試驗(yàn)

加速性能是指汽車在起步和超車使用條件下迅速提高行駛速度的能力。加速性能的評價(jià)指標(biāo)主要包括加速過程中的加速度、加速時(shí)間和加速距離。加速度大小反映了汽車動力特性的好壞，但不如采用速度或距離與時(shí)間的關(guān)系直觀，因此通常使用汽車從某一條件下加速到某一距離或某一車速的時(shí)間作為評價(jià)指標(biāo)。

一、試驗(yàn)設(shè)備

傳統(tǒng)加速試驗(yàn)常常在道路上進(jìn)行，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中一般會對測試參數(shù)的精確度進(jìn)行要求，例如加速試驗(yàn)要求：時(shí)間±0.1s，車速±0.1km/h，距離±0.1%S（S為試驗(yàn)超高）?，F(xiàn)有道路試驗(yàn)使用兩種原理的測試設(shè)備：一種是接收全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號并實(shí)時(shí)確定地面汽車位置，測試出速度的方法，如某非接觸式車速儀[時(shí)間±0.001s，車速±0.1km/h，距離±0.1%S，目前企業(yè)普遍采用該方法，如圖3-1所示；另一種是采用使光通過特殊形狀的光柵照射到路面，接收反射光來進(jìn)行檢測速度的方法，如某非接觸式五輪儀[時(shí)間±0.001s，車速±0.1km/h，距離±0.1%S]，因安裝不方便等原因逐漸被市場淘汰，如圖3-2所示。

圖 3-1    非接觸式車速儀 

圖 3-2   非接觸式五輪儀

各汽車企業(yè)開展的動力性試驗(yàn)大部分在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺（也叫底盤測功機(jī)）上進(jìn)行。轉(zhuǎn)鼓與道路試驗(yàn)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：不受環(huán)境條件的影響和試驗(yàn)邊界條件可控；試驗(yàn)周期短；節(jié)省人力；精度高、效率快；適合用于汽車的動力系統(tǒng)固有現(xiàn)象試驗(yàn)，帶有危險(xiǎn)性的汽車臨界試驗(yàn)等。不同的轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺適用于不同驅(qū)動形式以及不同載荷、尺寸大小的汽 車。轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺可以準(zhǔn)確模擬出整車道路行駛阻力（稱為轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺阻力設(shè)定，參見第五 節(jié)），高精度地測量出車速、距離、加速度等參數(shù)。如某 48in 四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺，適合開展 4.5t 以下全系列車型動力性試驗(yàn)，時(shí)間 ±0.001s，車速 ±0.01km/h，距離 ±0.1%S，牽引力 ±0.1%F（F 為試驗(yàn)牽引力），加速度 ±0.005m/s2，如圖 3-3 所示。

隨著試驗(yàn)開發(fā)的不斷深入，有些汽車企業(yè)使用四軸五電機(jī)（圖 3-4）來替代轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺。四軸五電機(jī)的負(fù)載電機(jī)直接與汽車輪轂相連，不需要和輪胎連接，消除了輪胎滑移的 影響，試驗(yàn)的重復(fù)性更好。

二、起步和超車加速試驗(yàn)

加速試驗(yàn)是為量化加速能力而進(jìn)行的試驗(yàn)，一般在平坦的干燥混凝土或?yàn)r青路面上測定從加速起點(diǎn)開始到終點(diǎn)結(jié)束對應(yīng)的時(shí)間、車速和距離等以表征加速能力。通常會使用車 速給出加速開始及結(jié)束條件的方法（速度法），有時(shí)也會使用加速開始條件是車速，但以行駛距離給出結(jié)束條件的方法（距離法）。本節(jié)以速度法為例介紹某企業(yè)起步和超車加速試驗(yàn)方法。

圖 3-3    四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺 

圖 3-4   四軸五電機(jī)

1、起步加速試驗(yàn)

將加速踏板踩到底，使車輛由靜止?fàn)顟B(tài)加速至規(guī)定的末車速，記錄對應(yīng)的行駛時(shí)間和距離。輕型汽車對應(yīng)末車速為 100km/h，重型汽車為 80km/h。純電動汽車需要增加末車速為 50km/h 的試驗(yàn)。匹配自動變速器的車輛使用 D 檔進(jìn)行起步加速；匹配手動變速器的車輛從Ⅰ檔開始起步加速，加速過程中轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)逐一升檔。試驗(yàn)往返方向各采集 至少 2 次，相同方向的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)保證變異系數(shù)≤ 5%，否則需增加試驗(yàn)次數(shù)，直到變異系數(shù)滿足要求。

變異系數(shù)是一組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比，按式（3-1）計(jì)算，可用于判斷測試數(shù)據(jù)的離散程度。

2、超車加速試驗(yàn)

將變速器置于超車加速要求的檔位，車速穩(wěn)定在低于起始車速 2 ~ 3km/h，然后將加速踏板踩到底進(jìn)行加速，直至車速超過末速度時(shí)停止，記錄起始車速至末車速對應(yīng)的行駛時(shí) 間和距離。加速區(qū)間有 40 ~ 80km/h、60 ~ 100km/h、80 ~ 120km/h 等，純電動汽車需要增加 50 ~ 80km/h 加速試驗(yàn)。試驗(yàn)往返方向各采集至少 2 次，相同方向的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)保證變異系數(shù)≤ 3%，否則需增加試驗(yàn)次數(shù)，直到變異系數(shù)滿足要求。

三、加速性能開發(fā)性試驗(yàn)

通過加速試驗(yàn)還可以獲得輪邊驅(qū)動力、驅(qū)動功率等數(shù)據(jù)，便于分析動力特性曲線和傳動效率等參數(shù)。由于在加速試驗(yàn)過程中，需要高頻率采集和記錄全過程的車速、加速度等 數(shù)據(jù)，因此使用轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺來開展此類試驗(yàn)的優(yōu)勢更加明顯。本節(jié)介紹在轉(zhuǎn)鼓上開展驅(qū)動 力試驗(yàn)的方法。

將試驗(yàn)車輛固定在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺上，按照轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺設(shè)定方法調(diào)整轉(zhuǎn)鼓加載參數(shù)，保證汽車在轉(zhuǎn)鼓上受到的總阻力與道路滑行阻力相當(dāng)。

將變速器置于要求的檔位，穩(wěn)定在該檔位最低穩(wěn)定車速 3s  后，將加速踏板踩到底，加 速至最高車速。記錄加速過程中的車速、加速度等數(shù)據(jù)，采集頻率≥ 10Hz。通過加速度、質(zhì)量、滑行阻力可以得到輪邊驅(qū)動力，見式（3-2）。

以某款最高車速為 100km/h 的電動汽車試驗(yàn)結(jié)果為例，由加速過程中的車速、加速度數(shù)據(jù)繪制的曲線如圖 3-5 所示。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理成驅(qū)動力- 車速的曲線，并且與某款傳統(tǒng)燃油車Ⅳ檔輪邊驅(qū)動力結(jié)果對比，如圖 3-6 所示。

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，電動汽車的驅(qū)動力在低速段時(shí)處于額定轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，超過某車速后隨著車速的增加而下降；而固定檔位的燃油車，輪邊驅(qū)動力在低速時(shí)較小，隨著車速的上升而上升，到達(dá)額定轉(zhuǎn)矩后又隨著車速的上升而下降。將該驅(qū)動力 - 車速曲線轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩 - 轉(zhuǎn)速曲線，如圖 3-7 所示。不難發(fā)現(xiàn)，電動汽車使用的驅(qū)動電機(jī)低轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)矩特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩特性。

圖 3-5    某電動車速度 - 加速度 - 時(shí)間曲線

為了較全面地評價(jià)加速性能，也會根據(jù)產(chǎn)品的開發(fā)需求制定一些不同環(huán)境條件、特定路況的測試方法。例如，開展在開空調(diào)狀態(tài)下、高海拔下的加速試驗(yàn)等。電動汽車尤其需 要測試在低溫、動力電池低 SOC 狀態(tài)下的加速性能，對比量化其加速衰減程度。電動汽車往往在起步響應(yīng)、加速度的平順性上具有優(yōu)勢，為了評價(jià)起步響應(yīng)，可以使用距離法，測 定起步加速至 5m 的到達(dá)時(shí)間和末車速。

圖 3-6    輪邊驅(qū)動力 - 車速曲線 

圖 3-7   轉(zhuǎn)矩 - 轉(zhuǎn)速曲線

注：本文節(jié)選自工業(yè)和信息化部“十四五”規(guī)劃教材《新能源汽車試驗(yàn)學(xué)》，本書可作為高等院校車輛工程、新能源汽車、交通工程及相關(guān)專業(yè)的教材，也可供有關(guān)研究人員、工程技術(shù)人員和管理人員參考。

作者：張代勝