徐釗 張榮
（中國礦業(yè)大學(xué) 江蘇徐州，221008）
摘 要：電動車作為一種新穎的清潔代步工具，由于其兼具低噪聲、無污染、輕便、價格適中等
特點，越來越受到廣大消費者的關(guān)注。本文分析了電動車的性能參數(shù)及其相互關(guān)系，重點介紹了電
動車的動態(tài)測試方法，并給出了實現(xiàn)途徑。
關(guān)鍵詞：電動車 測試 儀表
0 概 述
電動車作為一種新穎的清潔代步工具，由于其兼具低噪聲、無污染、輕便、價格適中的特點，符合國家產(chǎn)品導(dǎo)向和國際發(fā)展潮流，正越來越受到政府、生產(chǎn)廠家和廣大消費者的關(guān)注，已顯示出十分旺盛的生命力；從長遠(yuǎn)的能源及環(huán)保角度看，發(fā)展電動車是必然趨勢。國家有限制發(fā)展燃油助力車，推廣使用電動自行車的通知（見國家環(huán)保總局、國家經(jīng)貿(mào)委、科技部、公安部《關(guān)于在部分大城市禁止汽油機助力自行車上路行駛，允許使用電動自行車的通知》），上海、天津、江蘇、四川等省市已將電動自行車列入“九五”重點發(fā)展品種。
電動車的正常行駛是一種隨機的變工況工作過程，要求速度和力矩實時變化，特別是城市道路擁擠、運行時經(jīng)常加速、減速。因此要求電動車啟動快、運行平穩(wěn)。又因為電動車所帶能源有限，故對系統(tǒng)效率提出了較高的要求。
由于電動車輛具有良好的市場前景，目前我國僅電動自行車廠家已達(dá)一百多家，但是如何通過簡單的測試參數(shù)分析出整車的各種性能參數(shù)仍然是一個有待解決的問題。
本文將在對電動車測試參數(shù)及參數(shù)相互關(guān)系的分析基礎(chǔ)上，得出利用幾個簡單的檢測量就分析得出電動車大部分性能指標(biāo)的結(jié)果，并得到實際檢驗。該動態(tài)測試系統(tǒng)應(yīng)用了單片機原理、現(xiàn)代計算機理論、電力電子技術(shù)和編程技術(shù)。
1 測量參數(shù)分析
電動車的測試，除傳統(tǒng)的機械性能測試外（如剛度、強度、減震性等），主要是電氣性能測試，如限制電流、電源內(nèi)阻、消耗電量、起動特性、欠壓保護等。另外還有一些測試如整車效率、一次充電行駛里程、最大限速、速度波動等。
整車效率的高低是衡量整車性能的重要指標(biāo)，由于電動車攜帶能量有限，如何充分地提高效率、節(jié)約能源是設(shè)計的首要任務(wù)。電池是電動車的動力源，它有很多性能如有效容量、循環(huán)充放電壽命、內(nèi)阻、動力特性、一致特性、極化影響等，但影響到電動車性能的直接因素是電池的動態(tài)內(nèi)阻和有效容量。動態(tài)內(nèi)阻可以衡量損耗，從它的大小還能判斷出電池性能是否惡化，有效容量反映了一次充電最大行駛距離的能力。
起動特性是表征電動車控制性能好壞的重要參數(shù)，衡量車輛起動性能不但要看它在多長的時間內(nèi)
從零速到最高速，還要看它的最大電流和電量消耗量。而限流值則是衡量控制器性能的另一個重要指標(biāo)，合理的限流值能延長電池使用壽命和一次充電行駛總里程，并保證電子元件的安全。
在電動車電池、電機、控制器的檢測中，電機有專用的綜合性能測試系統(tǒng)，可以測出電壓、電流、輸入功率、轉(zhuǎn)速、效率、輸出功率，并繪制曲線、打印報表等功能。電池最重要的性能是其充、放電的過程的特性。如有效容量、循環(huán)充放電壽命、內(nèi)阻、動力特性、一致特性、極化影響等。因此，要檢測充電電池的綜合性能，必須為待測電池提供模擬充、放電過程，并采集充、放電過程中的待測電池的各種參數(shù)，目前已有IDTB電池綜合性能智能測試系統(tǒng)等來完成這些功能測試。
為了可以延長電池壽命，延長一次充電行駛里程，控制器應(yīng)當(dāng)具有限制最大電流、欠壓保護、自身損耗低等性能。如何實時地在整車情況下完成這些檢測，都是動態(tài)性能測試系統(tǒng)應(yīng)完成的功能。
這么多的測試參數(shù)，如果一個一個的測試，不但費用昂貴，而且十分麻煩。有沒有簡單的方法呢？下面將進行一些理論分析，試圖找出一個簡單的辦法，通過容易測量的參數(shù)，分析、推導(dǎo)出有用的其它參數(shù)。
2 測量方法與實現(xiàn)
2．1 計算行駛阻力
2．1．1 計算合阻力
根據(jù)《物理學(xué)》，我們知道，合外力做的功等于物體動能的增量。我們先考慮電動自行車不借助外力，僅使用電能的情況，則電能作功減合外力作功的結(jié)果時動能的變化。在平直路面時有W電－Wf合＝△E動（這里f合包括風(fēng)阻、路面摩擦阻力、機械傳動阻力，以及電能轉(zhuǎn)化機械能的損耗），則從某速度出發(fā)，不論中間有何種速度變化，又回到某速度（一般取靜止或較低的速度），在中間不使用剎車等附加阻力，可得△E動＝0，于是UI△t＝W電＝Wf合＝f合×△S。若實時測出U、I、t、S，則能求出f合＝ /△S,接下來考慮試驗時有坡度的情況,如圖1，F(xiàn)為電能對電動車出的力，f為阻力，mg為人車總重量，θ為電動車前進方向的路面傾角。分析方法如上，在平直路面時有WF電－Wf合－mg sinθ＝△E動（這里f合包括風(fēng)阻、路面摩擦阻力、機械傳動阻力以及電能轉(zhuǎn)化機械能的損耗），則從某速度出發(fā)，不論中間有何種速度變化，又回到某速度（一般取靜止或較低的速度），在中間不使用剎車等附加阻力，可得△E動＝0，于是UI△t＝W電＝Wf合＋mg sinθ＝f合×△S＋mg sinθ
若實時測出U、I、t、S、θ，則能求出
2．1．2 計算合外阻力
又根據(jù)同一原理，把整個電動車看成質(zhì)點，如圖2，F(xiàn)為電能對電動車出的力，f為阻力（這里f合包括風(fēng)阻、路面摩擦阻力等），mg為人車總重量，θ為電動車前進方向的路面傾角。
根據(jù)合外力做的功等于動能的增量，得
當(dāng)F=0時，如圖3。
所以，當(dāng)V末與V初相差很小時，f外即為該速度下的阻力。
2．1．3 結(jié) 論
求合阻力時，得出的是從某起始時刻到某終止時刻的平均值，實際處理時要注意誤差，f合＝
求合外阻力時，一定要注意風(fēng)速與方向，路面是否平直等。
2．2 計算整車效率
效率為有效功與總功的比，對電動車而言，克服合外阻力做的功為有效功。在上一節(jié)，我們已經(jīng)求出了合外阻力，考慮風(fēng)阻時為一條有傾角的斜線。根據(jù)圖1，在任一時刻
因此在傾斜路面上測量電動車效率，要測量瞬時電壓、瞬時電流、瞬時速度、距離增量，并加角度傳感器。而在水平路面上進行測試時，可以不裝角度傳感器，只測量瞬時電壓、瞬時電流、瞬時速度和距離增量等參數(shù)。下式為水平路面上測量時的效率公式為:
2．3 電池內(nèi)阻
電池是電動車的動力源，它有很多性能如有效容量、循環(huán)充放電壽命、內(nèi)阻、動力特性、一致特性、極化影響等。但影響到電動車直接性能的因素是電池的動態(tài)內(nèi)阻和有效容量。動態(tài)內(nèi)阻可以衡量損耗，從它的大小還能判斷出電池性能是否惡化，有效容量反映了一次充電可行駛里程的能力。
圖4中，r為電池內(nèi)阻，R為外直流總電阻，U為實測電壓，U0為電池端電壓，I為實測電流。如果我
們對電動車進行動態(tài)實時檢測電壓、電流，由于在車輛騎行過程中，總有電流為零的點，此時的電壓即U0，故當(dāng)I＝0時，U＝U0；當(dāng)I≠0時，U＝U0－I×r，則r＝（U－U0）／I。又由于電池的電壓U0是隨騎行時間而下降的，故在程序的處理時要加以注意。
3 系統(tǒng)解決方案
根據(jù)前面的分析，實現(xiàn)上述動態(tài)測量功能的系統(tǒng)原理如圖5所示。
使用時測試儀與被測電動車一起，實時測量各參數(shù)并存儲起來，一定時間后將數(shù)據(jù)傳送到計算機
中，由計算機進行數(shù)據(jù)處理，完成系統(tǒng)各項要求。
為了提高測量精度和實時處理速度，該測試儀采用雙單片機，單片機（1）完成測量和簡單計算功能，單片機（2）完成數(shù)據(jù)存儲、實時數(shù)據(jù)顯示及與計算機通信等功能，計算機主要完成后期數(shù)據(jù)處理，圖形及報表的顯示、打印、性能分析等功能。也可用單片機（2）完成簡單的數(shù)據(jù)處理，直接得出結(jié)論，這樣就適合沒有計算機的維修廠點使用。該系統(tǒng)的軟、硬件的設(shè)計、制作均已完成，并經(jīng)過大量的實驗檢測，測量誤差在合理的范圍內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量準(zhǔn)確的特點，具有廣闊的市場前景和良好的社會效益。
參考文獻
1 杜國華．分析測試數(shù)據(jù)處理過程中的注意事項．計量技術(shù)，2000．5
2 周正干．高精度數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的研究．測控技術(shù)，2000．2
3 劉慶華．電力電子技術(shù)在電動車中的應(yīng)用．微特動機，1999．4
