整车行驶工况与性能匹配

电动汽车基本技术的应用

谢卫星樊嘉炜2009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内燃机汽车相比时，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﹚也有着基本相同之处。但它们的差别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内燃机所产生的热能而转换成机械能，从而推动汽车的行驶，而现代的电动汽车则是全部或部分由蓄电池、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、平顺性及通过性与内燃机汽车应当是基本一致的。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﹚、成本和可靠性﹙有由电子接口控制装置系统技术在振动下可靠性就差，提高可靠性成本就要有所增加。当前的电动汽车单价都在百万以上﹚等方面还与内燃机汽车有这一定的差距。为了设计制造出性能优越、价格便宜的电动汽车，首先需要对电动汽车的实际使用工况进行详细的调查，燃后进行针对性的设计，提出各个部件的参数要求，使各个动力源可在较优的工作范围内工作，并且优化和提高电动汽车的各种性能，而降低成本。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范围，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范围较少，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。

㈠汽车行驶工况的概述

常见的内燃机汽车的动力来源是于化石燃料的化学能（热能﹚，经过内燃机转化成机械能，其效率较低﹙燃料的32%）并会产生有害的排放物﹙主要包括二氧化碳CO2、一氧化碳CO、碳氢化合物、氮氧化合物NO和氧化硫﹚，危害这环境和人类的健康。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、用途各不相同的工况。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：

①确定污染物的排放量和燃油消耗量；

②对新新车型进行验证和校准；

③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．调查行驶工况的内容

按照工况调查所包含的内容来分，有可分为行驶完全工况和行驶非完全工况。

①完全工况——主要调查内容包括车速、油耗、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。

②非完全工况——调查内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。

①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﹚。

②非标准工况——属于一些科研机构和汽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﹙ModaI﹚工况两类。

①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。

②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。

㈡国外汽车行业的行驶工况情况

世界范围内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：

②美国行驶工况标准﹙USDC﹚；

③欧洲行驶工况标准﹙EDC﹚，筒称欧门；

④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

所需的技术资枓、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。

①适用于乘用车和轻型载货车辆的行驶工况标准——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﹙在气温达到24～32℃时，而湿度又较低的条件下，使其中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮在强烈的太阳紫外线照射下，吸收太阳光的能量，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的测试程序﹙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0～505s的过度工况和稳态﹙怠速﹚状态下从506～1370s的过度工况的构成。1975车又在FTP72规定的基础上增加了600s热车辆浸车和热状态过度工况﹙即重复冷过度工况﹚，持续时间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