整车行驶工况与性能匹配

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1、电动汽车根本技术的应用卫星 樊嘉炜2021 年 4 月 8 日第一章 整车的行驶工况与性能的匹配当电动汽车与传统的燃机汽车相比时， 它们行驶时的车轮与地面之间相互接触所产生的力学过程有着无本质上的区别， 而且这两类汽车在传统的汽车转向装置系统、悬架装置系统及制动装置系统（传统汽车有着五大装置系统，动力装置系统、电器控制装置系统）也有着根本一样之处。 但它们的差异主要是采用了不同的动力源和电子接口控制装置系统。这里我们不讨论电子接口控制装置系统技术的应用，指对电动汽车的动力源加以讨论和应用。我们知到传统的汽车动力是有燃机所产生的热能而转换成机械能， 从而推动汽车的行驶， 而现代的电动汽车那么是全

2、部或局部由蓄电池、燃料电池等作为电能而转换成机械能驱动汽车的行驶。 因此， 电动汽车在制动性能、 操纵稳定性、平顺性及通过性与燃机汽车应当是根本一致的。 但是受到多种因素的制约，当前的电动汽车在动力性（动力有现）、 续驶里程（行驶里程有现）、本钱和可靠性（有由电子接口控制装置系统技术在振动下可靠性就差， 提高可靠性本钱就要有所增加。 当前的电动汽车单价都在百万以上）等方面还与燃机汽车有这一定的差距。为了设计制造出性能优越、 价格廉价的电动汽车， 首先需要对电动汽车的实际使用工况进展详细的调查， 燃后进展针对性的设计， 提出各个部件的参数要求，使各个动力源可在较优的工作围工作， 并且优化和提高电

3、动汽车的各种性能，而降低本钱。例如，在燃料电池混合动力汽车上，根据对应行驶工况下的均衡功率和功率围， 使可以大致确定出燃料电池和蓄电池组的容量， 通过控制策略的伏化， 可使燃料电池的输出功率变化的围较少，从而有利提高燃料电池的总体效率、可靠性和使用寿命等。另外， 行驶工况对于电动汽车的性能参数， 如对续驶里程有着决定性意义， 如果没有具体的行驶工况， 电动汽车在实际的行驶中的续驶里程就很难评价。 因此， 行驶工况对设计各种电动汽车有这十分重要的意义。 汽车行驶工况的概述常见的燃机汽车的动力来源是于化石燃料的化学能热能），经过燃机转化成机械能，其效率较低（燃料的32%并会产生有害的排放物（主要包

4、括二氧化碳CO2 一氧化碳CQ碳氢化合物、氮氧化合物NO和氧化硫），危害这环境和人类的安康。1973年美国加州率先通过汽车排放法规， 促进汽车工业开发更高的燃烧效率和更低排放的发动机（机械喷射K型、电喷射L型、电子喷射E型）。该法规必须要有一种能够应用于各类不同的发动机之间性能差异的测试程序，这种测试程序的方法被称为行驶工况（DrivingCycIe DC,简称工况）。为了能够在试验台架上再现实际车辆的行驶状况，针对不同的情形（如城市、山区、道路、各种车型等）并开发了各种车辆的行驶工况，是美国开创推动了世界各国的车辆行驶工况的研究和开发， 如今， 由于评价目标和研究对象的不同、 形成了种类繁多

5、、 用途各不一样的工况。 这些工况满足了从轻型车到重型车、 从汽油机到紫油机等各种系列车辆的性能测试。其用途主要有以下三个方面： 确定污染物的排放量和燃油消耗量； 对新新车型进展验证和校准；评古各种技术指标和测定交通控制方面的风险等。行驶工况是汽车实际道路的行驶状况的反映，伴随着工况深入的研究和不断的完善， 行驶工况具有这典型的实际道路驾驶状况， 能够反映出车辆真实的这行工况，可用于车辆的研究、让证和检查/维护(Inspeetion/Maintenance 简称 I/M)。1 调查行驶工况的容按照工况调查所包含的容来分， 有可分为行驶完全工况和行驶非完全工况。 完全工况主要调查容包括车速、油耗

6、、加速度、制动力、制动次数、挡位、换挡次数、进气管真空度、发动机转速、发动机输出功率等， 以及汽车行驶过程中的交通状况， 如试验路段上的行驶坡度、立交桥的长度和坡度、 交通信号灯的数量和变换时间及间隔距离、 交通流量、主要机动车类型及所占的比刻等，还包含着当时的风向、风力、气温、气压等气象参数。 非完全工况调查容要比完全工况少得多，主要调查耗油量和排放物的多少。2行驶工况的用途按照行驶工况的用途来分，可以分为标准工况和非标准工况两类。 标准工况是由一个国家或地区通过法规形式确立的用于认证和检测及维修的用途行驶工况(交通部、行业管理、运管处等政府所.制定的法规）。 非标准工况属于一些科研机构和汽

7、车制造商用于特定研究用途的非法规类的行驶工况（自制定的规章）。3 行驶工况的表现形式按照行驶工况的表现形式来分，可以分为瞬态（ Transient）和模态（Modal）工况两类。 瞬态行驶工况指的是在瞬态行驶工况的速度及时间曲线与车辆的实际运行过程是非常相似的，必须符合车辆的实际运行特征。 模态行驶工况指的是在横态行驶工况的速度及时间曲线主要由一些线段组成，分另代表匀速度、匀加速度、和匀减速度等运行工况。 模态行驶工况的优点是试验操作较为简单， 但不太符合车辆的实际运行特征。 国外汽车行业的行驶工况情况世界围的很多国家都以制定了各自的标准、 指令和法规等形式， 提出了不同车型在应对各种条件下行

8、驶工况的标准。 而当今世界对车辆的排放与测试行驶工况主要分成三类：美国行驶工况标准（USDC）;欧洲行驶工况标准（EDC）,筒称欧门； 日本行驶工况标准（JDC）。1.美国行驶工况标准（USDC）美国行驶工况标准种类繁多，用途各异，一般包包括认证用（FDC系如生产所需的各种证书）；研究用（ WVU系如科研所需的 技术资料、资金等）；短工况（I/M系）三大体系。还有美联邦的 测试程序（FTP75）、洛杉矶（LA92 ）和负苻模似工况（IM240 ）等行 驶工况。适用于乘用车和轻型载货车辆的行驶工况标准一 一20世纪60年 代由于人们无序的使用汽车，而产生大量的废气及热量（城市的污染 源80%来于

9、汽车的排放物），导致了大气被非常严重的污染，至使 美国加州洛杉矶地区的空气出现光化学烟雾（在气温到达2432c时，而湿度又较低的条件下，使其中的烯炫类碳氢化合物和二氧化氮 在强烈的太阳紫外线照射下，吸收太的能量，这些物质的分子气变得 很不稳定，它们形成了新的物质，一种剧毒的光化学烟雾）。为了改 善这种状况经过调查和研究，发现有一条具有代表性的汽车上下班路 线上解折出车辆的速度及时间曲线，在1972年被美国环保局（筒称EPA）将它用作认证车辆排放白测试程序（筒称FTP72,又称为UDDS）。用这个测试程序来控制车辆的排放标准。FTP72规定在冷车 状态下从0505s的过度工况和稳态（怠速）状态下

10、从 5061370s 的过度工况的构成。1975车又在FTP72规定的根底上增加了 600s热 车辆浸车和热状态过度工况（即重复冷过度工况），持续日t间2475s,构成了包含车辆运行四个阶段的 FTP75工况，同时可用于车辆热启动 排放的检查标准。如 图1 1所示为美国的FTP75行驶工况。图1 1实际在1943年9月8月洛杉矶市就出现了世界历史上从末有过的“毒 雾事件，局部居民喉咙肿痛，胸闷气短，此后年复一年不断发生此事件， 特别严重的是1955年 9月的两天之就有400多名 65 岁以上的老之死亡，几千人受到不同程度的伤害，蔬菜变质， 1/4 的森林枯槁而死亡。由于现代交通网络的开展，实现

11、了许多新干线和高速公路，车辆在高速公路上运行的时间占总出行时间的比例越来越多， 这使发动机的三种主要污染物（一氧化碳 CQ碳氢化合物CxHy和氮氧化合物 NOx）的排放特征随之也发生了改变，于是美国环保局（EPA）也发布了经过修订的“认证车辆排放测试程序（ FTP 版本。在此期间 开发了许多更加真实的交通状况的发动机工况， 如考虑到车辆在行驶过程中所变化的道路情况 US0&车辆在行驶过程中所开空调满负荷运行的SC03等，作为FTP的补充的发动机工况，形成了一个比拟完 正的FTP发动机工况的法规，并应用于2001年后所生产的车型排放 测试。HWFET勺行驶工况是用于乘用车在高速公路上燃油经济性测

12、试 的运行工况，如 图 1 2 所示。 另外，考虑到道路的坡度对车辆燃油的削耗影响，还开发了可变坡度的HWFET- MTN工况。美国乘用车型在高速公路上行驶的工况图 1 2 所示除了述发动机运行工况外，还有以下几种典型的研究型工况。LA92具有很高的最高速度和平均速度、有这较少的怠速运行时间和在单位里程中的停车次数以及更高的最大加速度。（这项测试指标就是发动机在一定指标下的最大的负荷运行工况）。.ARB02加州大气资源委员会（CARB）根据对车辆的长期跟踪所研究开发出的发动机运行工况，目的是测试车辆处在FTP72边缘之 外区域外发动机运行情况，它包括了冷启动和行程完毕的局部（拈冷 启动过程和冷

13、启动完毕的过程局部）HL07是美国环保局协同汽车制造商开发的发动机运行工况，目的是测试车辆在超出一定速度围情况下的一系列加速度的能力， 在这些加速度的情形下车辆必须全开油门。 它主测试车辆在各个速度层级中的发动机运行工况， 以便开发和修正美国现有的发动机运行工况 。REP05-一针又t未被FTP工况所覆盖的车辆运行工况围，如开发了 一些驾驶过程中的发动机运行工况（人和人的驾驶方法是不一样的， 所以也会给车辆的运行带来各种运行工况）。REM01（ Remainder）用于启动状况研究的工况等。它们都以 速度和加速度为目标，注重研究更加细致的瞬态变化过程。 重型车辆的行驶工况 近年在研究重型车辆的

14、行驶工况时有侧重于向瞬态工况方向靠拢的趋势。其中BAC被堆荐为测试重型车辆燃 油经济性的操作规程（SAEJ1376）。CBD14是商业中心区域的车辆测 试运行工况，它也是BAC复合测试运行工况的一局部。运用 14个一 样的运行工况模拟公交车停车及运行的驾驶模式。 CBD14 近似于 CBDBU强行工况，但是时间步长可变（运行时间和道路的长度是可 以有所变化的）。比拟著名的还有市测功机测试工况（UDDSHDV）,它主要模拟重.型汽油机在市区域进展运行工况的操作，运行长度为1060s,怠速为33%,而中均速度为30.4Km/h,并用于燃油蒸发排放测试。纽约城市 运行工况（NYCC）那么更是代表了市

15、区域道路的大型车辆的运行工况。它们作为FTP标准工况被广泛应用。如 图1 3所示分别给出了 市测功机测试工况和纽约城市运行工况两种行驶工况标准。图 1 3 所示为了评价公交车的排放效果，通过覆盖几条不同的、公认为比拟繁忙的公交线路，美国西弗吉尼亚大学（WVU）对纽约城市曼哈顿地 区的公交车进展了混合动力和常规动力的操作和状态进展了调查， 并 开发了一组含10 个短行程的运行工况，短行程之间怠速时段19s；为了满足能量的消耗测试指标，将短行程的测试数目增加到 20 个， 作为常规的在用运输车辆（货车和城市客车）的运行工况。除了用于对低盘进展测功（测功机）的工况外，对于重型车辆的发动机在台架上进展代表性工况测量， 以转速和转矩的计算， 描述出 车辆特性。通常测试工况包括一套稳定的按照发动机转速和转矩（欧洲和日本规定）定义的操作事项，或者是同时以瞬时发动机转速和转 矩指标（美国规定）的瞬态工况对于功率的测试各国之间是可以相 互使用技术指标， 但对排放物各国之间一般是不可以相互使用技术指 标的 。2.欧洲汽车的行