一、性能试验发展趋势

1.动力性试验

动力性是汽车的基本性能。汽车行驶的地区、道路和交通情况十分复杂,气候条件也有很大差异,汽车必须具备满足在各种条件和环境下使用的动力性能。相对于传统汽车,新能源汽车在基本的动力性能试验如最高车速、加速能力试验中,试验速度区间和试验时间规定更加具体。例如,整车滑行试验阻力不但能表征整车底盘综合性能,也是实现转鼓试验准确表征道路试验的重要参数。从低速滑行到高速分段滑行,以及现阶段的对道路滑行过程中的自然风速和道路坡度进行准确测试补偿等,对整车滑行阻力测试精度的要求不断提高。

2.经济性试验

整车能源优化管理依赖各种节能技术,需要关注针对各种节油技术的整车瞬时能耗测试,以及用于测试整车经济性的测试工况。实践证明,新欧洲驾驶循环测试(NEDC)工况的运动学特征已经与我国现阶段道路结构、交通流和驾驶行为特征等存在明显的差异,工信部委托中国汽车技术研究中心已开发了中国驾驶场景的轻型车测试工况(China Light-duty Vehicle Test Cycle,CLTC)和中国重型车商用车测试工况(China Heavy-duty Commercial Vehicle Test Cycle,CHTC),并已进行推广应用。

目前,纯电动汽车和混合动力汽车主要采用锂离子动力电池。从图1-5可以看出,锂电池的体积能量密度不足汽油的1/20。因为受动力电池能量密度和能量容量限制,实际应用中的里程焦虑普遍存在。针对动力电池的性能测试以及整车续驶里程测试、能量消耗率测试等对电动汽车是必须的。但整车续驶里程受多种因素影响,如高低温动力电池放电能力、空调优化使用以及整车能量管理策略等,需要研究具体的测试规范。

图1-5 不同能源的体积能量密度对比

汽车CO2的排放水平是人们关注的焦点。传统燃油车的排放测试同样存在测试工况优化问题,当前道路排放测试已经逐步推广应用。纯电动汽车具有阶段性零排放优势,布置有燃油发动机的混合动力汽车,其排放已得到进一步优化,且经济性得到显著提高。

3.制动性与操纵稳定性试验

提高整车制动性和操纵稳定性能的电子控制系统,主要是响应人的驾驶意图,快速、准确地完成路面识别并控制轮胎和路面间的附着力。防抱死制动系统(Antilock Brake Sys-tem,ABS)、电子制动力分配(Electronic Brake Force Distribution,EBD)系统、电子稳定性控制(Electronic Stability Control,ESC)系统等,在汽车上已广泛使用,相关测试标准已形成和逐步完善。

实际试验过程的传感设备和执行机构已经很完备。例如,获得车身姿态、角速度等的惯性测量单元(IMU)/全球定位系统(GPS)组合系统,可以同步实时输出姿态角,精度可以达到0.1°,数据更新频率达到100Hz及以上;用于准确控制转向输入的转向机器人等,可以方便地实现FMVSS 126中确定的ESC性能场地试验;非接触式电流传感器满量程精度可以做到0.05%FS,可以准确地量测新能源汽车制动能量回收的电流。

4.驾乘舒适性试验

把汽车作为交通工具使用时,人们在感性上直接追求的性能是驾乘舒适性。驾乘舒适性包含的内容很多,主要有噪声、振动与声振粗糙度(NVH)性能、热舒适性、人机工程等。

车辆振动由构成汽车所有部件的机械振动复杂地相互作用而引起,主要来源于动力装置的转矩变化、回转体的不平衡、地面对轮胎的激励输入等,近年来主要使用主成分分析法来测试分析振源及传递路径。噪声振动测试一般同步进行,主要在实车行驶中进行,其代表性试验道路有欧洲的石板路和北美的接缝断坡路等。定量评价一般是测量车辆各部位及乘员的加速度,根据与感觉评价的相互关系来进行分析,其现象则通过频率特性来描述。噪声包括影响汽车室内乘员舒适性的车内噪声和造成噪声公害的车外噪声等。对汽车舱内的防声对策有捕捉能量流动声音的声响强度法;对于车外噪声则有对多声源进行声源确定的波束成形法,以及将声源的位置和强度分布可视化的全息声响法等。

空调制冷、制热及其温度分布能力直接影响热舒适性。在新能源汽车中如何优化空调使用并提高续驶能力尤为重要,需要进一步研究确定相关测试规范。

汽车人机工程涉及人的心理学、人体测量学、生物力学等,研究的目的是改进驾乘人员的安全性和舒适性等。汽车人机工程试验包括乘降性、视野及能见度、操作性(负荷)、乘坐空间、座椅性能等很多方面,相关试验规范在逐步完善。

5.安全性能试验

安全性能试验主要包括碰撞安全性试验、电磁兼容安全试验等,另外,车内空气质量对乘员健康的影响也逐渐成为关注焦点,相关试验规范也已建立。

实车碰撞试验是在以实际事故中的代表性的状态、条件下进行的,要对乘员人体各部分的伤害进行评价。其代表性的试验有正面固定壁障碰撞、正面偏置变形壁障碰撞等。除此之外,还要考虑车与车在侧面发生碰撞时的侧面碰撞试验、防止燃料泄漏性能试验、评价后座生存空间的后部碰撞试验以及考虑各种各样翻车事故的翻车试验等。另外,对于座椅、儿童专用座椅等车内部件还要进行滑车(台车)碰撞试验。为追求更高的安全性能,兼顾对方车辆伤害与自身车辆保护的碰撞协调性试验也在不断增多。行人保护策略近年来也得到关注,在车身上实施对行人碰撞后的头部、大腿部、脚部的缓和冲击对策等。在碰撞安全试验中的一个重要测量装置是假人模型,在假人模型上布置传感器以测量碰撞时测点位移和各个方向上的受力情况。

电磁兼容(Electro-Magnetic Compatibility,EMC)主要研究如何使在同一电磁环境下工作的各种电气部件都能正常工作,互不干扰,达到兼容状态。汽车整车(或部件)工作时,对外界的骚扰不能超出一定的限值,同时对外界的电磁干扰应具有一定的抗干扰能力。可见,汽车电磁兼容性能不仅关乎汽车产品性能,更关乎汽车产品的安全。尤其是新能源汽车,车内外电磁环境更加复杂。因此,新能源汽车电磁兼容测试研究迫在眉睫。

6.整车可靠性试验

汽车在使用过程中要承受各种各样的负荷,评价汽车及其零部件在这些负荷作用下、在规定时间内完成目标功能的能力,称为整车可靠性试验。对于评价来说,重要的是载荷、加速度、应力、压力等机械负荷,也包括温度、湿度、灰尘等环境负荷和电气负荷等,也要考虑到行驶路面、车速、气候、载荷量的不同对试验结果的影响。

可靠性试验的测试装备已具有较高的水平。例如,实车行驶可靠性试验中的轮胎六分力传感器可以满足在恶劣道路和气候条件下对地面作用于轮胎的六分力数据的可靠输出,根据轮胎型号不同,还可以进行匹配使用。车载可靠性高的综合多通道数据采集系统可以实现对应力、加速度、轮胎六分力、温度、CAN等多种信号的实时同步采集。再如台架疲劳试验中的轴耦合道路模拟试验机,其可以模拟车辆轴头的多自由度的力和力矩,有效提高了试验效率和精度。