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新能源汽车测试评价——特斯拉Model S深度解析

中国新能源汽车评价规程 2019-11-08 15:34

中国汽研是中国较早进入新能源汽车测试评价领域的公司，自2010年开始新能源汽车测试评价能力建设。截止目前，中国汽研经过10年期“起步、发展、开拓”三阶段的技术积淀，已在能量流测评、驱动系统一体化测试、深度数据解析等方面具备雄厚能力。

目前中国汽研完成了30余款新能源汽车的深度评价，全面覆盖混合动力和新能源汽车各类系统构型，并已与盖世汽车联合推出了日产Leaf、宝马i3、荣威ERX5及特斯拉 Model S等5款深度解析数据产品。

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Model S的测试分享。

Model S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Model S，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Tesla Model S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

（2）踏板开度对驱动的影响：当踏板开度<30%，三种模式下扭矩输出随踏板开度增大而增加，可以为驾驶员提供较为线性的踏板响应。在常用开度区间30%~60%，电机扭矩随踏板开度增长迅速，以获得良好的动力性。在>70%开度，电机扭矩进入饱和区，继续增加踏板开度，动力输出不会有明显的变化。

（3）SOC对驱动的影响：在低SOC下，根据0-100km/h加速试验结果（如图4所示），5%SOC较95%SOC的整车加速性能有明显下降，尤其是Ludicrous模式更为明显。低SOC时电池功率输出受限，进而会影响电机扭矩的输出。

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

（3）制动踏板开度对电机制动扭矩影响：电机扭矩随开度的变化表现出“三阶段”特点，即踏板开度<20%时，主要由电机提供制动减速度。30%<踏板开度<70%，电机输出扭矩达到饱和，减速需求主要通过液压实现。踏板开度>70%，为保证制动安全，电机制动将逐渐退出，液压制动占主导。

图7制动影响因素小结

（4）制动控制策略总结：图7总结了Tesla Model S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<10%或>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

（3）四驱对安全性的影响之一：图10为Ludicrous模式全油门加速试验，可以看出：车辆起步时，由于驱动力过大，超过了路面附着条件限制，车轮非常容易打滑，因此电机系统进行了主动降扭防滑，全过程液压未参与，这是传统车辆不具备的驱动防滑特性。

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。