電動車耐用大考驗試車場耐久程序之建立(上)

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電動車耐用大考驗試車場耐久程序之建立(上)

2012 / 04 / 13

車輛研究測試中心試車場部實車測試課黃榮章

為了設計製造出性能優越的電動車，除了在開發階段考慮其性能、安全、舒適等目標層面外，對於產品的耐久信賴性也必須一併規劃，以充分掌握車輛量產前的耐久品質。車輛中心試車場耐久測試乃是將車輛在市場長時間使用所遭遇的路面、環境及載重等負荷條件，透過解析市場道路及試車場之間的入力特性相關聯性，建立一套車輛可於試車場特定組合道路行駛之耐久測試程序，予以快速重現與模擬車輛於市場使用週期所承受的疲勞效應，以縮短研發測試時程。

耐久測試相關文獻回顧
以下就國際之間可公開搜尋之電動車耐久測試參考標準，依車型分類為電動機車及電動小型車兩類，簡要敘述如下：
(一)電動機車
經濟部2009年研擬「電動機車性能及安全測試規範」，內容涵蓋整車、充電系統及抽取式鋰電池組共三大項目之性能及安全要求。其中，為了能在短時間內客觀驗證電動機車整車耐久性及品質水準，因此制定了「TES-0A-05-01：整車加速耐久試驗規範」，期運用車輛中心試車場之特性，模擬消費者在實際道路行駛之環境條件，進行車輛加速劣化耐久測試。
此外，交通部為確保使用電動機車消費者的行車安全，特於2006年公告，電動機車申請車輛型式安全審驗時，申請者必須繳交其自行或委外之車輛耐久可靠度測試報告，證明或說明申請車型之耐久里程可達到15,000 km以上。

(二)電動小型車
目前在國內外尚無針對四輪電動車制定強制性之耐久可靠度法規，僅訂立相關規範作為參考依循，以下就近年來針對電動小型車所訂立之耐久相關測試規範簡要說明。
美國能源部於1996年提出電動車基本性能測試標準，其中的ETA-TP005：電動車惡路測試(Rough road course test)規範，對於測試條件需求、測試執行流程(請參考下圖)、測試紀錄事項與量測參數，以及最終之測試里程目標皆有明定，可為電動車耐久測試程序規劃參考。
在中國大陸，對於電動車基本性能測試參考ISO標準制定了一系列之國家標準，其中對於電動車可靠度行駛試驗訂立GB/T 18388規範，其規定試驗必須在中國大陸國家授權之試驗場地進行，里程的分配比例為惡路占35%，平路與高速占65%，最終里程目標設定為5,000 km以上。
在國內，政府對於四輪電動車輛尚無制定或頒布相關耐久測試規範。車輛中心自1996年起在經濟部科技專案經費支持下，著手進行汽油車耐久測試程序規劃技術建立，引進歐美對耐久測試規劃技術及道路相關性概念，建立了一套適用於臺灣市場之小型車輛試車場實車實用耐久測試程序，並運用此一程序協助國內汽車業者執行耐久測試。

國外耐久技術研習成果
2011年8月車輛中心曾派員至美國AVL-CTC(AVL California Technology Center)公司受訓，希冀藉由該公司具備之電動車耐久測試相關實務經驗，提供技術指導與諮詢，以期在車輛中心既有的耐久測試技術基礎下，建立適用電動車之耐久測試程序。所獲心得摘要說明如下：
(一)電動車耐久測試程序規劃考量
電動車與傳統汽油車兩者使用環境及氣候條件相似，故行駛模式也可能相同；因此，進行測試程序規劃時可以既有之傳統汽油車耐久測試程序為基礎，就差異最大之動力系統增加測試程序，並依客戶需求進行測試規劃。
電動車電力系統溫度對於車輛性能及安全有重要之影響，耐久測試期間對於馬達、主電池及重要電子系統之溫度建議應加以監控及檢查。如主電池屬原型階段，通常應定期檢查其狀態(如每月一次)，若有必要可拆卸詳細檢查。
車廠對於耐久里程目標通常設定在3.5萬至5萬英里以上；至於數百或數千英里的短里程測試，係屬開發初期設計可靠度(Initial Design Failure)測試，如美國ETA-TP005標準。
目前耐久測試規範幾乎皆為各車廠之廠規，公開之耐久測試程序相當稀少；然美國ETA-TP005標準中規劃了連續加減速、惡路耐久、高速行駛、浸水及車輛充電電氣安全等測試程序，相當適合作為電動車開發初期設計功能驗證之參考標準。

(二)美國ETA-TP005標準相關問題
圖中第B項連續加減速試驗之目的，係模擬車輛於市區道路行駛之情況，當馬達及主電池等元件升溫後，確認車輛性能有無異常。AVL-CTC建議此試驗可採取不同之車速來進行，亦可以ISO 8714標準中所提及之日本或歐洲車輛市區行駛模式替代。
第C項試車場惡路試驗之目的，係將車輛在市場中的使用狀況於短時間內加以重現或模擬，以期發現車輛可能存在的問題點，確保車輛之耐久信賴性。本試驗中所使用之測試道係考量車輛初期開發驗證之需求及依亞歷桑那州FaAA (Failure Analysis Associates)試車場測試道之佈局(Layout)所規劃的。
第D項高速行駛試驗之目的係模擬車輛在高速巡航情形下，使動力系統處在接近極限狀態時，確認車輛性能有無異常。試驗車速係依消費者使用狀況所制定的，而試驗里程則是依車輛設計及性能所決定的。
第G項8-inch浸水靜置試驗之目的係於模擬電動車行經或停置在積水路面時，確認車輛有無異常及電氣安全防護是否充足。至於8-inch之浸水深度之訂定係為美國汽車產業普遍使用之標準深度。AVL-CTC建議若考量車輛開發初期之風險性，此特殊測試不必每進行一個耐久測試循環皆執行一次，可適當減少執行次數或僅於目標里程累積完成後執行一次。