徐钊　张荣
（中国矿业大学　江苏徐州，221008）　

　
　　摘　要：电动车作为一种新颖的清洁代步工具，由于其兼具低噪声、无污染、轻便、价格适中等
特点，越来越受到广大消费者的关注。本文分析了电动车的性能参数及其相互关系，重点介绍了电
动车的动态测试方法，并给出了实现途径。
　　关键词：电动车　测试　仪表

0　概　述
　　电动车作为一种新颖的清洁代步工具，由于其兼具低噪声、无污染、轻便、价格适中的特点，符合国家产品导向和国际发展潮流，正越来越受到政府、生产厂家和广大消费者的关注，已显示出十分旺盛的生命力；从长远的能源及环保角度看，发展电动车是必然趋势。国家有限制发展燃油助力车，推广使用电动自行车的通知（见国家环保总局、国家经贸委、科技部、公安部《关于在部分大城市禁止汽油机助力自行车上路行驶，允许使用电动自行车的通知》），上海、天津、江苏、四川等省市已将电动自行车列入“九五”重点发展品种。
　　电动车的正常行驶是一种随机的变工况工作过程，要求速度和力矩实时变化，特别是城市道路拥挤、运行时经常加速、减速。因此要求电动车启动快、运行平稳。又因为电动车所带能源有限，故对系统效率提出了较高的要求。
　　由于电动车辆具有良好的市场前景，目前我国仅电动自行车厂家已达一百多家，但是如何通过简单的测试参数分析出整车的各种性能参数仍然是一个有待解决的问题。
　　本文将在对电动车测试参数及参数相互关系的分析基础上，得出利用几个简单的检测量就分析得出电动车大部分性能指标的结果，并得到实际检验。该动态测试系统应用了单片机原理、现代计算机理论、电力电子技术和编程技术。

1　测量参数分析
　　电动车的测试，除传统的机械性能测试外（如刚度、强度、减震性等），主要是电气性能测试，如限制电流、电源内阻、消耗电量、起动特性、欠压保护等。另外还有一些测试如整车效率、一次充电行驶里程、最大限速、速度波动等。
　　整车效率的高低是衡量整车性能的重要指标，由于电动车携带能量有限，如何充分地提高效率、节约能源是设计的首要任务。电池是电动车的动力源，它有很多性能如有效容量、循环充放电寿命、内阻、动力特性、一致特性、极化影响等，但影响到电动车性能的直接因素是电池的动态内阻和有效容量。动态内阻可以衡量损耗，从它的大小还能判断出电池性能是否恶化，有效容量反映了一次充电最大行驶距离的能力。
　　起动特性是表征电动车控制性能好坏的重要参数，衡量车辆起动性能不但要看它在多长的时间内
从零速到最高速，还要看它的最大电流和电量消耗量。而限流值则是衡量控制器性能的另一个重要指标，合理的限流值能延长电池使用寿命和一次充电行驶总里程，并保证电子元件的安全。
　　在电动车电池、电机、控制器的检测中，电机有专用的综合性能测试系统，可以测出电压、电流、输入功率、转速、效率、输出功率，并绘制曲线、打印报表等功能。电池最重要的性能是其充、放电的过程的特性。如有效容量、循环充放电寿命、内阻、动力特性、一致特性、极化影响等。因此，要检测充电电池的综合性能，必须为待测电池提供模拟充、放电过程，并采集充、放电过程中的待测电池的各种参数，目前已有IDTB电池综合性能智能测试系统等来完成这些功能测试。
　　为了可以延长电池寿命，延长一次充电行驶里程，控制器应当具有限制最大电流、欠压保护、自身损耗低等性能。如何实时地在整车情况下完成这些检测，都是动态性能测试系统应完成的功能。
　　这么多的测试参数，如果一个一个的测试，不但费用昂贵，而且十分麻烦。有没有简单的方法呢？下面将进行一些理论分析，试图找出一个简单的办法，通过容易测量的参数，分析、推导出有用的其它参数。

2　测量方法与实现
2．1　计算行驶阻力
2．1．1　计算合阻力
　　根据《物理学》，我们知道，合外力做的功等于物体动能的增量。我们先考虑电动自行车不借助外力，仅使用电能的情况，则电能作功减合外力作功的结果时动能的变化。在平直路面时有W电－Wf合＝△E动（这里f合包括风阻、路面摩擦阻力、机械传动阻力，以及电能转化机械能的损耗），则从某速度出发，不论中间有何种速度变化，又回到某速度（一般取静止或较低的速度），在中间不使用刹车等附加阻力，可得△E动＝0，于是UI△t＝W电＝Wf合＝f合×△S。若实时测出U、I、t、S，则能求出f合＝ /△S,接下来考虑试验时有坡度的情况,如图1，F为电能对电动车出的力，f为阻力，mg为人车总重量，θ为电动车前进方向的路面倾角。分析方法如上，在平直路面时有WF电－Wf合－mg sinθ＝△E动（这里f合包括风阻、路面摩擦阻力、机械传动阻力以及电能转化机械能的损耗），则从某速度出发，不论中间有何种速度变化，又回到某速度（一般取静止或较低的速度），在中间不使用刹车等附加阻力，可得△E动＝0，于是UI△t＝W电＝Wf合＋mg sinθ＝f合×△S＋mg sinθ

　　若实时测出U、I、t、S、θ，则能求出

2．1．2　计算合外阻力
　　又根据同一原理，把整个电动车看成质点，如图2，F为电能对电动车出的力，f为阻力（这里f合包括风阻、路面摩擦阻力等），mg为人车总重量，θ为电动车前进方向的路面倾角。

　　根据合外力做的功等于动能的增量，得

当F=0时，如图3。

　　所以，当V末与V初相差很小时，f外即为该速度下的阻力。
2．1．3　结　论
　　求合阻力时，得出的是从某起始时刻到某终止时刻的平均值，实际处理时要注意误差，f合＝
　　求合外阻力时，一定要注意风速与方向，路面是否平直等。

2．2　计算整车效率
　　效率为有效功与总功的比，对电动车而言，克服合外阻力做的功为有效功。在上一节，我们已经求出了合外阻力，考虑风阻时为一条有倾角的斜线。根据图1，在任一时刻

　　因此在倾斜路面上测量电动车效率，要测量瞬时电压、瞬时电流、瞬时速度、距离增量，并加角度传感器。而在水平路面上进行测试时，可以不装角度传感器，只测量瞬时电压、瞬时电流、瞬时速度和距离增量等参数。下式为水平路面上测量时的效率公式为:

2．3　电池内阻
　　电池是电动车的动力源，它有很多性能如有效容量、循环充放电寿命、内阻、动力特性、一致特性、极化影响等。但影响到电动车直接性能的因素是电池的动态内阻和有效容量。动态内阻可以衡量损耗，从它的大小还能判断出电池性能是否恶化，有效容量反映了一次充电可行驶里程的能力。
　　图4中，r为电池内阻，R为外直流总电阻，U为实测电压，U0为电池端电压，I为实测电流。如果我
们对电动车进行动态实时检测电压、电流，由于在车辆骑行过程中，总有电流为零的点，此时的电压即U0，故当I＝0时，U＝U0；当I≠0时，U＝U0－I×r，则r＝（U－U0）／I。又由于电池的电压U0是随骑行时间而下降的，故在程序的处理时要加以注意。

3　系统解决方案
　　根据前面的分析，实现上述动态测量功能的系统原理如图5所示。

　　使用时测试仪与被测电动车一起，实时测量各参数并存储起来，一定时间后将数据传送到计算机
中，由计算机进行数据处理，完成系统各项要求。
　　为了提高测量精度和实时处理速度，该测试仪采用双单片机，单片机（1）完成测量和简单计算功能，单片机（2）完成数据存储、实时数据显示及与计算机通信等功能，计算机主要完成后期数据处理，图形及报表的显示、打印、性能分析等功能。也可用单片机（2）完成简单的数据处理，直接得出结论，这样就适合没有计算机的维修厂点使用。该系统的软、硬件的设计、制作均已完成，并经过大量的实验检测，测量误差在合理的范围内，具有结构简单、使用方便、测量准确的特点，具有广阔的市场前景和良好的社会效益。

　　参考文献
　　1　杜国华．分析测试数据处理过程中的注意事项．计量技术，2000．5
    2　周正干．高精度数字式转速测量系统的研究．测控技术，2000．2
    3　刘庆华．电力电子技术在电动车中的应用．微特动机，1999．4