徐釗 張榮
（中國礦業(yè)大學 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注。本文分析了電動車的性能參數(shù)及其相互關系，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，符合國家產品導向和國際發(fā)展潮流，正越來越受到政府、生產廠家和廣大消費者的關注，已顯示出十分旺盛的生命力；從長遠的能源及環(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、國家經貿委、科技部、公安部《關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)相互關系的分析基礎上，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的結果，并得到實際檢驗。該動態(tài)測試系統(tǒng)應用了單片機原理、現(xiàn)代計算機理論、電力電子技術和編程技術。
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，由于電動車攜帶能量有限，如何充分地提高效率、節(jié)約能源是設計的首要任務。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)內阻和有效容量。動態(tài)內阻可以衡量損耗，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
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，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，控制器應當具有限制最大電流、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》，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合包括風阻、路面摩擦阻力、機械傳動阻力，以及電能轉化機械能的損耗），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合包括風阻、路面摩擦阻力、機械傳動阻力以及電能轉化機械能的損耗），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F=0時，如圖3。
所以，當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 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)，我們已經求出了合外阻力，考慮風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)內阻和有效容量。動態(tài)內阻可以衡量損耗，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I＝0時，U＝U0；當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、硬件的設計、制作均已完成，并經過大量的實驗檢測，測量誤差在合理的范圍內，具有結構簡單、使用方便、測量準確的特點，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，2000．5
2 周正干．高精度數(shù)字式轉速測量系統(tǒng)的研究．測控技術，2000．2
3 劉慶華．電力電子技術在電動車中的應用．微特動機，1999．4
