新能源汽车测试评价——特斯拉 Model S 深度解析

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图1中国汽研与盖世汽车合作5款深度测试评价报告

以下是关于特斯拉ModelS的测试分享。

ModelS是典型的双电机四驱纯电动汽车,车辆具有Comfort、Sport、Ludicrous三种驾驶模式以及两种制动能量回收模式,满足驾驶员多样化的驾驶需求。

基于特斯拉官方发布的专利,图2展示了整车的控制逻辑。首先,车辆结合当前状态及驾驶员操作,获得总驱动扭矩需求。然后,根据前后电机的扭矩限制及当前车速,通过查表方式对前后电机进行扭矩初分配。最后,驱动防滑系统根据前后电机扭矩限值及当前电机转速、车速和滑移情况,对电机限扭,必要时使制动系统工作。

图2基于特斯拉专利梳理的整车关注点

针对特斯拉ModelS,中国汽研形成了超过8000个具体试验条目、13G的Excel数据和13份深度解析报告。

下面从驱动、制动和四驱三方面展开介绍TeslaModelS的测评发现。

第一部分:驱动过程选取了驾驶模式、踏板开度、SOC三个影响因素进行分析。

(1)驾驶模式对驱动的影响:图3对比了不同加速踏板开度下的整车峰值扭矩,可以看出:在相同踏板开度,Comfort模式更加平缓,Sport和Ludicrous更加激进。根据输出扭矩,Ludicrous模式是Comfort模式的两倍以上。在Ludicrous模式,前后电机都有近于满负荷甚至超负荷的输出。

图3不同加速踏板开度整车峰值扭矩对比

图4不同SOC下电机输出扭矩

第二部分:制动过程选取了能量回收模式、SOC和踏板开度三个影响因素进行分析。

(1)能量回收模式对制动的影响:图5展示了两种回收模式下的前后电机扭矩即轮缸压力,可以看出:两种模式下的整车减速度基本一致,轮缸压力会随着电机扭矩的变化进行动态调整。

图5Standard和Low两种能量回收模式对比

(2)SOC对制动的影响:图6展示了SOC对回收功率的影响,可以看出:当电池SOC>80%,电机制动扭矩受限;SOC越高,限制越明显。

图6高SOC对制动影响

图7制动影响因素小结

(4)制动控制策略总结:图7总结了TeslaModelS制动控制策略。首先,系统根据驾驶员操作和车辆状态识别制动意图。其次,基于回收模式选择,对应不同的制动强度进行前后电机制动力矩分配和轮缸压力确定。最终,考虑SOC和轮速差,判定是否对电机扭矩进行限制。特别是当车辆出现滑移时,通过电机主动降扭防滑或启动ABS来保证制动安全性。

第三部分:四驱对经济性、动力性和安全性的影响。

(1)四驱对经济性的影响:图8为Sport模式不同加速踏板开度下前电机扭矩占比,可以看出:①在开度30%时,前电机的扭矩占比约0.3,即前后电机对总扭矩按1:2进行分配;②在开度处于10%~30%时,当车辆车速达到15-20km/h时,前后电机的扭矩会从1:2分配迅速变为仅由前电机驱动车辆,后电机会退出驱动。这是因为在10%~30%的低踏板开度下,车速达到一定值后,如果继续按照1:2分配前后电机扭矩,那么前后电机的工作点会都进入小扭矩输出的低效区,为保证系统效率,控制器通过提升前电机扭矩将其工作点调整到高效区,而让后电机退出驱动。

图8Sport模式不同加速踏板开度下,前电机扭矩占比

(2)四驱对动力性的影响:图9为Comfort模式下,40km/h小踏板和大踏板Tip-in试验,可以发现:小踏板Tip-in后,后电机扭矩增长为前电机扭矩的1.1倍,而大踏板Tip-in后,后电机扭矩增长为前电机扭矩的1.34倍,随着踏板开度增加,后轴电机输出得到强化。测试发现:在所有模式下,大踏板的后电机与前电机扭矩比明显高于小踏板,这表明四驱系统通过大踏板获得了驾驶员的急加速意图,通过提高后电机扭矩输出,提高动力性。

图9不同加速踏板Tip-in

图10高附路面驱动

(3)四驱对安全性的影响之二:图11所示是对接和对开路面的测试结果,可以看出:在对接路面起步时,后轮出现明显的打滑,后桥电机主动限扭防滑,液压全程未介入。在对开路面起步时,由于后桥电机扭矩大于前桥,因此右后轮先出现打滑,后桥电机先限扭;随后右侧两个车轮均打滑,前后电机同时限扭。在这种对开路面出现打滑是一种非常危险的工况,仅仅依靠电机的限扭还不足以平稳起步,此时液压也介入。可以发现,对接路面车辆失稳的可能性相对较小,通过电机主动限扭得以实现;而对开路面失稳风险较高,需要电机和液压共同介入。

图11对接和对开路面驱动

(3)四驱对安全性的影响之三:图12为三一脱困测试结果,可以看出:第一阶段,车辆未起步时,随踏板开度的增加,电机的扭矩会先上升;第二阶段,车辆检测到车轮转,而车速为零,判定车辆处于打滑阶段,电机降扭防滑;第三阶段,车辆起步后,滑移率减小,前电机扭矩开始回升。

图12三一脱困

(4)四驱控制总结:①在高附着路面或者低附着路面车辆不发生失稳时,主要依赖于电机的主动限扭实现防滑控制,液压不参与;②在低附着路面或者对开路面时,车辆发生失稳的风险增加后,电机调节能力有限,此时液压将主动参与,与电机进行协调,共同实现防滑控制。

中国汽研未来将针对当前电动汽车"自燃"等安全热点问题,就动力电池热滥用、电滥用情况下的失控机理、仿真建模及安全保护策略进行深入研究,建立科学、全面、完善的新能源汽车动力电池系统测试评价体系。


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