一种纯电动汽车传动系加速耐久试验规范的构建方法

摘要

一种纯电动汽车传动系加速耐久试验规范的构建方法。本发明涉及纯电动汽车试验技术领域，解决了延用现有传统车的传动系耐久性试验方法，无法真实反映纯电动车用户的实际使用情况，使得试验结果不够准确的问题。所述纯电动汽车传动系加速耐久试验规范的构建方法包括：用户数据采集；数据处理：包括用户载荷分布计算和正负扭矩损伤计算；确定用户目标；用户工况提取；试验场工况的确定；用户与试验场的当量；形成加速试验方法。本发明改变了以往在传统车基础上的主观推测的试验当量，在电动车轻量化、续航和耐久性等方面具有积极意义。

说明书

技术领域

本发明涉及纯电动汽车试验技术领域，尤其涉及纯电动汽车传动系加速耐久性试验技术。

背景技术

纯电动车由于驱动电机的扭矩特性、没有离合器以及一级减速等结构特点，使得传动系统的载荷与传统车相比具有很大的差别，具体表现在起步扭矩大、转速高、能量回收强等方面，纯电动汽车传动系载荷远大于燃油车，本身的结构特点造成传动系能量释放非常快，没有缓冲余地。因此，在纯电动车的开发过程中，对车辆传动系加速耐久性试验验证尤为重要。

目前对纯电动车进行的传动系耐久试验，都是延用传统车的传动系耐久性试验方法，在试验场进行加速、滑行、制动等工况，以期达到用户的使用载荷。例如：专利CN112924189A(公开日2013年2月27日)提供了一种汽车传动系统耐久测试方法，采用了一种台架装置，来进行传动系相关载荷的测试方法；专利CN102944422A(公开日2021年6月8日)提供了一种汽车传动系统行驶载荷疲劳再现试验方法，把实车的载荷在室内模拟再现，对汽车传动系疲劳寿命在室内进行考核；专利CN111460370A(公开日2020年7月28日)提供了一种汽车传动系统试验场关联方法，以传统车结构为基础分析目标程序工况，根据半轴扭矩、两前轮转向节的三向加速度、变速器壳体三向加速度作为关联通道，确定关联试验场的动力传动系统耐久规范。但以上技术均为针对传统燃油汽车的传动系耐久性试验方法，不适用于纯电动车进行传动系耐久试验方法。

纯电动车与传统燃油车在使用范围、加速特点和能量回收等方面的区别，决定了试验方法的制定路线是完全不同的。如果电动车延用传统车的传动系耐久性试验标准进行试验验证，首先在反向载荷上存在较大差距，对于减速器、驱动轴和其他传动部件的载荷输入减小约15％，直接影响传动部件的验证。其次对于电动车而言，能量回收是重要的节能指标，在滑行和0.3g以下的制动时，动力电池会进入充电工况，如果延用传统车的试验工况势必会大幅减少能量回收的验证。因此，若延用现有技术中传统车的传动系耐久性试验方法，没有考虑纯电动车用户的使用工况数据、动力传递结构特点、扭矩符合特性等方面因素，将无法真实反映纯电动车用户的实际使用情况，使得试验结果不够准确。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种纯电动汽车传动系加速耐久试验规范的构建方法。

本发明的技术方案如下：

一种纯电动汽车传动系加速耐久试验规范的构建方法，包括如下步骤：

步骤1、用户数据采集：向被测车辆安装数据采集仪，连接车辆OBD取电源和CAN信息，之后交还给用户，用户按照正常的驾驶习惯及使用特点，在车辆点火开关打开后，数据采集仪自动开始采集，用户关闭点火开关后自动停止，数据随采集随存储在采集仪卡内；

步骤2、数据处理：包括用户载荷分布计算和正负扭矩损伤计算；

步骤3、确定用户目标；

步骤4、用户工况提取：把所有用户的载荷分布放在一起，形成用户的整体工况图，在图上画出正负扭矩各4个点，每个点的信息为扭矩和转速，即为用户的工况；

步骤5、试验场工况的确定：根据用户工况图中的点的特征确定8个工况的开始转速、结束转速以及扭矩的开始和结束范围，所述扭矩的范围用油门踏板的开度在驾驶中体现；

步骤6、用户与试验场的当量：通过试验场的工况采集了电机转速和扭矩后，通过优化匹配工况的循环次数，使得正负扭矩的损伤圈数与用户的目标一致；

步骤7、试验场的工况与循环次数分成10的倍数次，依次进行小循环操作，形成加速试验方法。

优选地，所述被测车辆的分布原则为：一线城市上海和深圳，二线城市南京、重庆、杭州、武汉、昆明、长春，三线城市三亚、厦门，每个城市确定10个用户，其中运营车辆6辆，私家车4辆。

优选地，所述数据采集的通道包括车速、电机转速和电机扭矩。

优选地，所述数据采集持续30至45天，获得100个纯电动车用户数据族C

优选地，所述车速、电机转速和电机扭矩采集通道的采集频率均为100Hz。

优选地，所述用户载荷分布计算包括以下步骤：

(1)所述用户里程计算：对用户车辆所采集的车速V(t)进行积分，获得每个用户的里程；

其中，t为累计记录时间，V(t)表示车速采集通道的时域信号；

(2)所述扭矩分级：根据电机输出额定扭矩和使用特点确定扭矩的范围，从最小扭矩Tmin至最大扭矩Tmax分为P级，每级间的扭矩差为：

(3)所述转速分级：根据电机输出额定转速和使用特点确定转速的范围，从最小转速Nmin至最大转速Nmax分为Q级，每级间的转速差为：

(4)扭矩和转速旋转圈数联合分布：将电机扭矩的时域信号T(t)和电机转速的时域信号N(t)，从时间0到t开始，依据ΔT的范围进行分段每级扭矩和转速下的扭矩T(t)的数据计算出旋转的圈数R，得到每个用户的扭矩圈数联合分布。

优选地，所述正负扭矩损伤计算包括以下步骤：

(1)扭矩划分：电机的扭矩T分为正扭矩Tp和负扭矩Tn，分别代表车辆行驶过程中加速扭矩和制动和滑行的扭矩：

T＝Tp(T≥0)，

T＝Tn(T＜0)；

(2)扭矩等效：将各级别下扭矩的当量计算成损伤，用等效圈数表示，正扭矩当量到Tph，负扭矩当量到Tnh，等效公式如下：

Rp＝(Tp/Tph)

Rn＝(Tn/Tnh)

其中，Tph＝300N.m，Tnh＝-300N.m，b＝8；

(3)损伤圈数化：正扭矩等效后的圈数求和得到正扭矩的损伤，用圈数量化表示为Rp，C

Rp＝Σ(Tpij)，

Rn＝Σ(Tnij)，

得到正负扭矩损伤圈数各100个样本数据C

(4)里程外推：确定用户耐久性目标里程G，样本里程外推后获得100个用户的正负扭矩损伤：

Dpi＝G·C

Dni＝G·C

优选地，所述步骤3具体为：分别将负扭矩损伤和正扭矩损伤的各个样本计算威布尔分布，获得95％用户使用的目标损伤值，得到用户的正负扭矩损伤目标。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明是在基于纯电动车的实际使用基础上，开展用户车载数据采集，确定用户载荷分布，制定用户的传动系耐久性目标，提取用户的典型工况，并等效到试验场的工况，从而制定纯电动车加速耐久试验方法。本发明是从用户来，再到用户中去，以数据为唯一准则，既有精确性，也提高了试验加速的特点。

2.本发明通过所设计的用户数据采集方案，可以用最少的通道获取用户传动系载荷工况；采用扭矩等效方法可以对比量化传动系载荷的目标值对比；采用正负扭矩分开，扭矩、转速和旋转圈数的相对损伤来量化传动系载荷，能够充分反映电动汽车的加速、制动和滑行的损伤特点，能够进行不同车型的载荷量化对比；对于用户工况采取转速、扭矩和圈数三维联合分布的表示方法，即真实的反映用户的实际使用情况，又清晰明了的确定试验场对应的工况；

3.本发明是纯电动车整车级别的传动系耐久性试验方法，改变了以往在传统车基础上的主观推测的试验当量，在电动车轻量化、续航和耐久性等方面具有积极意义。

附图说明

图1为本发明所述加速耐久性试验方法建立流程示意图；

图2为实施例1所述用户的整体工况示意图；

图3为实施例6所述分段每级扭矩和转速计算圈数的过程示意图；

图4为实施例8所述负扭矩威布尔分布图；

图5为实施例8所述正扭矩威布尔分布图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清楚，下面将结合本发明的说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，以下实施例仅用于更好地理解本发明的技术方案，而不应理解为对本发明的限制。

实施例1.

本实施例提供了一种纯电动汽车传动系加速耐久试验规范的构建方法，所述方法的流程示意图见图1，包括如下步骤：

步骤1、用户数据采集：向被测车辆安装数据采集仪，连接车辆OBD取电源和CAN信息，之后交还给用户，用户按照正常的驾驶习惯及使用特点，在车辆点火开关打开后，数据采集仪自动开始采集，用户关闭点火开关后自动停止，数据随采集随存储在采集仪卡内；

步骤2、数据处理：包括用户载荷分布计算和正负扭矩损伤计算；

步骤3、确定用户目标；

步骤4、用户工况提取：把所有用户的载荷分布放在一起，形成用户的整体工况图，在图上画出正负扭矩各4个点，每个点的信息为扭矩和转速，即为用户的工况；既较好的覆盖了用户的使用范围，又起到加速试验的作用，如图2所示的Ap1至Ap4，An1至An4。图2为用户的整体工况示意图，图中X轴为扭矩，从Tmin至Tmax分为P级，Y轴为转速，从Nmin至Nmax分为Q级。Z轴为圈数，用不同颜色块标识，从蓝色到红色，圈数依次增加。图中外圈向内颜色从蓝色逐渐过渡到共色。图2是用选点法来确定试验工况，采用正负扭矩各4点的方式。选点时，以用户的扭矩和转速的外包络点为基础，结合驱动电机的T-N负荷特性，依次确定正扭矩的A

步骤5、试验场工况的确定：根据用户工况图中的点的特征确定8个工况的开始转速、结束转速以及扭矩的开始和结束范围，所述扭矩的范围用油门踏板的开度在驾驶中体现；

步骤6、用户与试验场的当量：通过试验场的工况采集了电机转速和扭矩后，通过优化匹配工况的循环次数，使得正负扭矩的损伤圈数与用户的目标一致；

步骤7、试验场的工况与循环次数分成10的倍数次，依次进行小循环操作，形成加速试验方法。

实施例2.

本实施例为对实施例1的进一步举例说明，所述被测车辆的分布原则为：一线城市上海和深圳，二线城市南京、重庆、杭州、武汉、昆明、长春，三线城市三亚、厦门，每个城市确定10个用户，其中运营车辆6辆，私家车4辆。

实施例3.

本实施例为对实施例1的进一步举例说明，所述数据采集的通道包括车速、电机转速和电机扭矩。

实施例4.

本实施例为对实施例2的进一步举例说明，所述数据采集持续30至45天，获得100个纯电动车用户数据族C

实施例5.

本实施例为对实施例4的进一步举例说明，所述车速、电机转速和电机扭矩采集通道的采集频率均为100Hz。

如下表所示，

本实施例设计的用户数据采集方案中车辆的区域性、样本数、采集频率和采集时间等充分考虑了数据的覆盖性，避免数据进行随机抽样带来的偏差。

实施例6.

本实施例为对实施例5的进一步举例说明，所述用户载荷分布计算包括以下步骤：

(1)所述用户里程计算：对用户车辆所采集的车速V(t)进行积分，获得每个用户的里程；

其中，t为累计记录时间，V(t)表示车速采集通道的时域信号；

(2)所述扭矩分级：根据电机输出额定扭矩和使用特点确定扭矩的范围，从最小扭矩Tmin至最大扭矩Tmax分为P级，每级间的扭矩差为：

(3)所述转速分级：根据电机输出额定转速和使用特点确定转速的范围，从最小转速Nmin至最大转速Nmax分为Q级，每级间的转速差为：

(4)扭矩和转速旋转圈数联合分布：将电机扭矩的时域信号T(t)和电机转速的时域信号N(t)，从时间0到t开始，依据ΔT的范围进行分段每级扭矩和转速下的扭矩T(t)的数据计算出旋转的圈数R，得到每个用户的扭矩圈数联合分布。

所述分段每级扭矩和转速计算圈数的过程示意图如图3，按照扭矩的分级，当扭矩MCU_ActTMTorque的时域数据在级内，比如Ti，如图中红色曲线所示，在该级扭矩下会有若干段数据，对应时间长度为Δt1、Δt2、Δt3、……。以时间为基准，对应时间段也会有相应的转速信号片段，把这些片段按照转速的分级范围进行分段提取，并计算出每个转速级别下的旋转圈数。如此累积，获得相同的扭矩级别下和相同的转速级别下的圈数，即是扭矩和转速下的圈数分布。

计算结果如下表。

实施例7.

本实施例为对实施例5的进一步举例说明，所述正负扭矩损伤计算包括以下步骤：

(1)扭矩划分：电机的扭矩T分为正扭矩Tp和负扭矩Tn，分别代表车辆行驶过程中加速扭矩和制动和滑行的扭矩：

T＝Tp(T≥0)，

T＝Tn(T＜0)；

(2)扭矩等效：将各级别下扭矩的当量计算成损伤，用等效圈数表示，正扭矩当量到Tph，负扭矩当量到Tnh，等效公式如下：

Rp＝(Tp/Tph)

Rn＝(Tn/Tnh)

其中，Tph＝300N.m，Tnh＝-300N.m，b＝8；

(3)损伤圈数化：正扭矩等效后的圈数求和得到正扭矩的损伤，用圈数量化表示为Rp，C

Rp＝Σ(Tpij)，

Rn＝Σ(Tnij)，

得到正负扭矩损伤圈数各100个样本数据C

(4)里程外推：确定用户耐久性目标里程G，样本里程外推后获得100个用户的正负扭矩损伤：

Dpi＝G·C

Dni＝G·C

实施例8.

本实施例为对实施例1的进一步举例说明，所述步骤3具体为：分别将负扭矩损伤和正扭矩损伤的各个样本计算威布尔分布，获得95％用户使用的目标损伤值，得到用户的正负扭矩损伤目标。负扭矩威布尔分布图见图4，图中表示的每个点为Dni，把获得的每个用户的负扭矩计算成当量损伤，按照经验，寿命数据符合威布尔分布，作图便如图所示。图中每个点为一个用户，数值为0到100％的概率分布。电动车的负扭矩损伤分布一般取值不低于90％概率。

正扭矩威布尔分布图见图5，把获得的每个用户的正扭矩计算成当量损伤，按照经验，寿命数据符合威布尔分布，作图便如图所示。图中每个点为一个用户，数值为0到100％的概率分布。电动车的正扭矩损伤分布一般取值不低于95％概率。