純電動汽車城市循環(huán)工況的研究

楊 陽

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

純電動汽車城市循環(huán)工況的研究

楊 陽

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

如果純電動汽車設(shè)計時依據(jù)的循環(huán)行駛工況與車輛的實(shí)際循環(huán)行駛工況相差較大時，則純電動汽車實(shí)際的行駛性能達(dá)不到預(yù)期的設(shè)計性能，對于車輛的動力性能與經(jīng)濟(jì)性有較大的影響，所以車輛實(shí)際行駛工況對純電動汽車的整車參數(shù)選取時是具有指導(dǎo)性作用。目前相對缺少對于純電動汽車的城市循環(huán)工況研究，文章就對構(gòu)建純電動汽車城市循環(huán)工況的方法進(jìn)行一些研究。

傳統(tǒng)汽車；電動汽車；性能評估；循環(huán)工況

車輛行駛工況是用來描述某一類型車輛在指定行駛道路網(wǎng)下的車速時間歷程，又稱為汽車運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)。車輛行駛工況的重要意義是能夠相對準(zhǔn)確地反映車輛在道路上的實(shí)際行駛狀況。由于中國幅員遼闊，不同地區(qū)行駛工況差距較大，純電動汽車的驅(qū)動行駛特性與傳統(tǒng)汽車有著很大的差別。目前，我國對于傳統(tǒng)汽車行駛工況的研究較多，例如北京、武漢、上海等，但對于純電動汽車的循環(huán)行駛工況研究相對較少。

1 城市循環(huán)工況的研究

實(shí)際循環(huán)行駛工況首先是對車輛原始試驗數(shù)據(jù)的采集和分析調(diào)查，循環(huán)工況的構(gòu)建利用統(tǒng)計方法。實(shí)際循環(huán)行駛工況表征一個特定區(qū)域的特定車輛的交通環(huán)境（如公共汽車，乘用車等車輛特征）速度時間歷程。對于構(gòu)建區(qū)域車輛循環(huán)行駛工況意義在于整車設(shè)計初期時提供車輛行駛工況主要參數(shù)，對于車輛的動力性和經(jīng)濟(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并且同時作為在純電動汽車能耗具體領(lǐng)域的研究。

目前根據(jù)工況的主要合成方法可以劃分為兩大形式：模態(tài)工況和瞬態(tài)工況。模態(tài)工況是在實(shí)際車輛行駛過程的基礎(chǔ)上，從中提取相關(guān)聯(lián)較大的主要成分進(jìn)行工況構(gòu)建，主要目的是對汽車的動力性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價與測算；瞬態(tài)工況是基于車輛在道路上完全真實(shí)行駛狀況構(gòu)建，代表實(shí)際工況。針對于某個國家或地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)工況主要是建立模態(tài)工況，對于需要研究車輛的整車動力性、經(jīng)濟(jì)性等的科研機(jī)構(gòu)或企業(yè)則主要建立瞬態(tài)工況。

2 國外行駛工況的研究

目前，循環(huán)測試標(biāo)準(zhǔn)工況主要為歐洲（EDC）、美國（USDC）和日本（JDC）的三大體系，其他許多國家也直接使用這三個國家的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況。對于其他標(biāo)準(zhǔn)工況文章不做過多贅述，主要以美國行駛工況為例，描述循環(huán)測試標(biāo)準(zhǔn)工況的建立原則與方法。

美國工況最具代表性的是美國聯(lián)邦認(rèn)證程序（FTP）工況系列，F(xiàn)TP72工況系列是美國環(huán)保局根據(jù)美國的道路行駛交通法和經(jīng)過對美國眾多州的實(shí)際行駛工況綜合研究考慮首次確定的，即很多國家和科研機(jī)構(gòu)經(jīng)常引用的UDDS工況。UDDS循環(huán)工況主要作用是對車輛行駛過程中的排放進(jìn)行測量，其由兩個循環(huán)行駛工況構(gòu)成：0～505s的冷態(tài)行駛工況和506～1370s的穩(wěn)態(tài)行駛工況。FTP72工況系列經(jīng)過三年的試驗驗證，1975年美國環(huán)保局在原來的FTP72工況系列之上又加上了熱浸車行駛工況（600s）和熱態(tài)行駛工況（505s），由這四個循環(huán)行駛工況合成FTP75行駛工況。FTP75行駛工況主要是用于汽車熱啟動的排放認(rèn)證。隨著交通線路的不斷完善和變化，美國環(huán)保局根據(jù)美國車輛的道路行駛數(shù)據(jù)發(fā)布了FTP修訂，以適應(yīng)不斷變化的交通狀況。在此基礎(chǔ)上增加了一些具有能夠更實(shí)際反映交通狀況的循環(huán)行駛工況，例如在FTP行駛工況的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了SFPT（Supplement FTP）行駛工況，考慮到交通道路不斷變化又補(bǔ)充US06行駛工況和在空調(diào)開啟的滿負(fù)荷行駛下的C03行駛工況等等。

3 高新城市循環(huán)工況構(gòu)建實(shí)例

根據(jù)不同的行駛狀況和交通條件，車輛的循環(huán)行駛工況構(gòu)建目前主要基于以下4種方法：短行程分析法、定步長截取法、速度加速度矩陣分析法和馬爾科夫方法。通過對以上行駛工況構(gòu)建的方法研究，最終選取短行程分析法作為文章的循環(huán)行駛工況構(gòu)建方法，如圖1所示。

短行程主要是根據(jù)研究的行駛車輛不同進(jìn)行不同的劃分。乘用車短行程（或運(yùn)動學(xué)片段）指的是汽車從一個怠速行程開始運(yùn)動到下一個怠速行程的這段行駛里程，一般由一個怠速和一個行駛過程組成。根據(jù)公交車的行駛狀況因素，因為公交車頻繁啟停，文章定義為從一個公交站點(diǎn)到下一個公交站點(diǎn)之間公交車的行駛過程，怠速行程和行駛過程通常在運(yùn)行過程中是不確定的，受到道路交通狀況和交通燈的影響。

短行程分析法的具體構(gòu)建流程如下：①利用數(shù)據(jù)采集儀Race-Technology采集車輛行駛過程中的實(shí)時數(shù)據(jù)；②利用MATLAB編程進(jìn)行站點(diǎn)運(yùn)動區(qū)間的分割，獲得短行程片段；③利用MATLAB編程計算提取短行程特征參數(shù)值；④采用統(tǒng)計分析軟件SPSS對分割的眾多短行程片段進(jìn)行主成分分析和聚類分析，對短行程片段提取特征參數(shù)中的主成分及貢獻(xiàn)率，實(shí)現(xiàn)降維處理；其次對具有代表性的低、中、高速行駛片段進(jìn)行聚類；⑤根據(jù)不同短行程片段的數(shù)據(jù)、特征和各類片段在總體中所占比例，提取并重新合成滿足目標(biāo)工況長度要求的短行程片段，構(gòu)建典型循環(huán)工況。

圖1 短行程瞬態(tài)工況構(gòu)建流程圖

圖2 循環(huán)工況速度-時間圖

根據(jù)上述方法文章針對現(xiàn)實(shí)高新區(qū)運(yùn)營的BYD-K9純電動城市客車的循環(huán)工況構(gòu)建如圖2所示。將具有代表性的站點(diǎn)運(yùn)動區(qū)間合成為完整的西安市高新區(qū)公交車輛實(shí)際循環(huán)工況。西安市高新區(qū)公交循環(huán)工況時間——速度曲線如圖2所示。

4 結(jié)語

針對于目前對于純電動汽車城市循環(huán)工況的研究相對缺乏的情況，文章以西安市高新區(qū)運(yùn)營的BYD-K9純電動城市客車作為研究對象，進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗數(shù)據(jù)采集分析、數(shù)據(jù)處理合成等，構(gòu)建其循環(huán)行駛工況實(shí)例來研究關(guān)于純電動汽車循環(huán)行駛工況的方法。

[1]馬志雄.典型城市公交車實(shí)際行駛工況的開發(fā)與研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2003.

[2]楊陽.基于西高新循環(huán)工況的純電動城市客車動力系統(tǒng)匹配設(shè)計及仿真研究[D].西安：長安大學(xué)，2015.

[3]張家順，顏文勝，申江衛(wèi)，等.高原地區(qū)混合動力公交車城市道路行駛工況的研究[J].汽車工業(yè)研究，2013，（7）.

[4]PeterdeHann，MarioKeller.Real-world Driving Cycles for Emission Measurements：Aretemisand Swiss Cycles，Swiss Agency for Environment，F(xiàn)orest sand Landscape（SAEFL）B7014b-04Final Report.

[5]全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.QC/T759-2006，汽車試驗用城市運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

楊陽（1989-），男，陜西武功人，碩士研究生，助教，主要研究方向：新能源汽車、汽車電控。