整車行駛工況與性能匹配[一類嚴(yán)選]

1、電動(dòng)汽車基本技術(shù)的應(yīng)用謝衛(wèi)星 樊嘉煒 2009年4月8日第一章 整車的行駛工況與性能的匹配當(dāng)電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車相比時(shí)，它們行駛時(shí)的車輪與地面之間相互接觸所產(chǎn)生的力學(xué)過程有著無本質(zhì)上的區(qū)別，而且這兩類汽車在傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向裝置系統(tǒng)、懸架裝置系統(tǒng)及制動(dòng)裝置系統(tǒng)傳統(tǒng)汽車有著五大裝置系統(tǒng)，動(dòng)力裝置系統(tǒng)、電器控制裝置系統(tǒng)也有著基本相同之處。但它們的差別主要是采用了不同的動(dòng)力源和電子接口控制裝置系統(tǒng)。這里我們不討論電子接口控制裝置系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，指對電動(dòng)汽車的動(dòng)力源加以討論和應(yīng)用。我們知到傳統(tǒng)的汽車動(dòng)力是有內(nèi)燃機(jī)所產(chǎn)生的熱能而轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而推動(dòng)汽車的行駛，而現(xiàn)代的電動(dòng)汽車則是全部或部分由蓄電池、

2、燃料電池等作為電能而轉(zhuǎn)換成機(jī)械能驅(qū)動(dòng)汽車的行駛。因此，電動(dòng)汽車在制動(dòng)性能、操縱穩(wěn)定性、平順性及通過性與內(nèi)燃機(jī)汽車應(yīng)當(dāng)是基本一致的。但是受到多種因素的制約，當(dāng)前的電動(dòng)汽車在動(dòng)力性動(dòng)力有現(xiàn)、續(xù)駛里程行駛里程有現(xiàn)、成本和可靠性有由電子接口控制裝置系統(tǒng)技術(shù)在振動(dòng)下可靠性就差，提高可靠性成本就要有所增加。當(dāng)前的電動(dòng)汽車單價(jià)都在百萬以上等方面還與內(nèi)燃機(jī)汽車有這一定的差距。為了設(shè)計(jì)制造出性能優(yōu)越、價(jià)格便宜的電動(dòng)汽車，首先需要對電動(dòng)汽車的實(shí)際使用工況進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，燃后進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)，提出各個(gè)部件的參數(shù)要求，使各個(gè)動(dòng)力源可在較優(yōu)的工作范圍內(nèi)工作，并且優(yōu)化和提高電動(dòng)汽車的各種性能，而降低成本。例如，在燃料電池

3、混合動(dòng)力汽車上，根據(jù)對應(yīng)行駛工況下的均衡功率和功率范圍，使可以大致確定出燃料電池和蓄電池組的容量，通過控制策略的伏化，可使燃料電池的輸出功率變化的范圍較少，從而有利提高燃料電池的總體效率、可靠性和使用壽命等。另外，行駛工況對于電動(dòng)汽車的性能參數(shù)，如對續(xù)駛里程有著決定性意義，如果沒有具體的行駛工況，電動(dòng)汽車在實(shí)際的行駛中的續(xù)駛里程就很難評價(jià)。因此，行駛工況對設(shè)計(jì)各種電動(dòng)汽車有這十分重要的意義。1 汽車行駛工況的概述 常見的內(nèi)燃機(jī)汽車的動(dòng)力來源是于化石燃料的化學(xué)能（熱能，經(jīng)過內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，其效率較低燃料的32%）并會產(chǎn)生有害的排放物主要包括二氧化碳CO2、一氧化碳CO、碳?xì)浠衔?、氮氧化合?/p>

4、NO和氧化硫，危害這環(huán)境和人類的健康。1973年美國加州率先通過汽車排放法規(guī)，促進(jìn)汽車工業(yè)開發(fā)更高的燃燒效率和更低排放的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械噴射K型、電噴射L型、電子噴射E型。該法規(guī)必須要有一種能夠應(yīng)用于各類不同的發(fā)動(dòng)機(jī)之間性能差異的測試程序，這種測試程序的方法被稱為行駛工況DrivingCycIe，DC，簡稱工況。為了能夠在試驗(yàn)臺架上再現(xiàn)實(shí)際車輛的行駛狀況，針對不同的情形如城市、山區(qū)、道路、各種車型等并開發(fā)了各種車輛的行駛工況，是美國開創(chuàng)推動(dòng)了世界各國的車輛行駛工況的研究和開發(fā)，如今，由于評價(jià)目標(biāo)和研究對象的不同、形成了種類繁多、用途各不相同的工況。這些工況滿足了從輕型車到重型車、從汽油機(jī)到紫油機(jī)等各

5、種系列車輛的性能測試。其用途主要有以下三個(gè)方面： 確定污染物的排放量和燃油消耗量； 對新新車型進(jìn)行驗(yàn)證和校準(zhǔn)； 評古各種技術(shù)指標(biāo)和測定交通控制方面的風(fēng)險(xiǎn)等。 行駛工況是汽車實(shí)際道路的行駛狀況的反映，伴隨著工況深入的研究和不斷的完善，行駛工況具有這典型的實(shí)際道路駕駛狀況，能夠反映出車輛真實(shí)的這行工況，可用于車輛的研究、讓證和檢查/維護(hù)Inspeetion/Maintenance，簡稱I/M。1調(diào)查行駛工況的內(nèi)容 按照工況調(diào)查所包含的內(nèi)容來分，有可分為行駛完全工況和行駛非完全工況。 完全工況主要調(diào)查內(nèi)容包括車速、油耗、加速度、制動(dòng)力、制動(dòng)次數(shù)、擋位、換擋次數(shù)、進(jìn)氣管真空度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功

6、率等，以及汽車行駛過程中的交通狀況，如試驗(yàn)路段上的行駛坡度、立交橋的長度和坡度、交通信號燈的數(shù)量和變換時(shí)間及間隔距離、交通流量、主要機(jī)動(dòng)車類型及所占的比刻等，還包含著當(dāng)時(shí)的風(fēng)向、風(fēng)力、氣溫、氣壓等氣象參數(shù)。 非完全工況調(diào)查內(nèi)容要比完全工況少得多，主要調(diào)查耗油量和排放物的多少。2行駛工況的用途 按照行駛工況的用途來分，可以分為標(biāo)準(zhǔn)工況和非標(biāo)準(zhǔn)工況兩類。 標(biāo)準(zhǔn)工況是由一個(gè)國家或地區(qū)通過法規(guī)形式確立的用于認(rèn)證和檢測及維修的用途行駛工況交通部、行業(yè)管理、運(yùn)管處等政府所制定的法規(guī)。 非標(biāo)準(zhǔn)工況屬于一些科研機(jī)構(gòu)和汽車制造商用于特定研究用途的非法規(guī)類的行駛工況自制定的規(guī)章。3行駛工況的表現(xiàn)形式 按照行駛工況

7、的表現(xiàn)形式來分，可以分為瞬態(tài)Transient和模態(tài)ModaI工況兩類。 瞬態(tài)行駛工況指的是在瞬態(tài)行駛工況的速度及時(shí)間曲線與車輛的實(shí)際運(yùn)行過程是非常相似的，必須符合車輛的實(shí)際運(yùn)行特征。 模態(tài)行駛工況指的是在橫態(tài)行駛工況的速度及時(shí)間曲線主要由一些線段組成，分另代表勻速度、勻加速度、和勻減速度等運(yùn)行工況。模態(tài)行駛工況的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)操作較為簡單，但不太符合車輛的實(shí)際運(yùn)行特征。 國外汽車行業(yè)的行駛工況情況 世界范圍內(nèi)的很多國家都以制定了各自的標(biāo)準(zhǔn)、指令和法規(guī)等形式，提出了不同車型在應(yīng)對各種條件下行駛工況的標(biāo)準(zhǔn)。而當(dāng)今世界對車輛的排放與測試行駛工況主要分成三類： 美國行駛工況標(biāo)準(zhǔn)USDC； 歐洲行駛工況標(biāo)

8、準(zhǔn)EDC，筒稱歐門； 日本行駛工況標(biāo)準(zhǔn)JDC。1美國行駛工況標(biāo)準(zhǔn)USDC美國行駛工況標(biāo)準(zhǔn)種類繁多，用途各異，一般包包括認(rèn)證用FDC系如生產(chǎn)所需的各種證書；研究用WVU系如科研所需的技術(shù)資枓、資金等；短工況I/M系三大體系。還有美聯(lián)邦的測試程序FTP75、洛杉磯LA92和負(fù)苻模似工況IM240等行駛工況。 適用于乘用車和輕型載貨車輛的行駛工況標(biāo)準(zhǔn)20世紀(jì)60年代由于人們無序的使用汽車，而產(chǎn)生大量的廢氣及熱量城市的污染源80來于汽車的排放物，導(dǎo)致了大氣被非常嚴(yán)重的污染，至使美國加州洛杉磯地區(qū)的空氣出現(xiàn)光化學(xué)煙霧在氣溫達(dá)到2432時(shí)，而濕度又較低的條件下，使其中的烯烴類碳?xì)浠衔锖投趸趶?qiáng)烈的太

9、陽紫外線照射下，吸收太陽光的能量，這些物質(zhì)的分子氣變得很不穩(wěn)定，它們形成了新的物質(zhì)，一種劇毒的光化學(xué)煙霧。為了改善這種狀況經(jīng)過調(diào)查和研究，發(fā)現(xiàn)有一條具有代表性的汽車上下班路線上解折出車輛的速度及時(shí)間曲線，在1972年被美國環(huán)保局筒稱EPA將它用作認(rèn)證車輛排放的測試程序筒稱FTP72，又稱為UDDS。用這個(gè)測試程序來控制車輛的排放標(biāo)準(zhǔn)。FTP72規(guī)定在冷車狀態(tài)下從0505s的過度工況和穩(wěn)態(tài)怠速狀態(tài)下從5061370s的過度工況的構(gòu)成。1975車又在FTP72規(guī)定的基礎(chǔ)上增加了600s熱車輛浸車和熱狀態(tài)過度工況即重復(fù)冷過度工況，持續(xù)時(shí)間2475s，構(gòu)成了包含車輛運(yùn)行四個(gè)階段的FTP75工況，同時(shí)可

10、用于車輛熱啟動(dòng)排放的檢查標(biāo)準(zhǔn)。如圖11所示為美國的FTP75行駛工況。圖11 實(shí)際在1943年9月8月洛杉磯市就出現(xiàn)了世界歷史上從末有過的“毒霧”事件，部分居民喉嚨腫痛，胸悶氣短，此后年復(fù)一年不斷發(fā)生此事件，特別嚴(yán)重的是1955年9月的兩天之內(nèi)就有400多名65歲以上的老之死亡，幾千人受到不同程度的傷害，蔬菜變質(zhì)，1/4的森林干枯而死亡。由于現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了許多新干線和高速公路，車輛在高速公路上運(yùn)行的時(shí)間占總出行時(shí)間的比例越來越多，這使發(fā)動(dòng)機(jī)的三種主要污染物一氧化碳CO、碳?xì)浠衔顲xHy和氮氧化合物NOx的排放特征隨之也發(fā)生了改變，于是美國環(huán)保局EPA也發(fā)布了經(jīng)過修訂的“認(rèn)證車輛排

11、放測試程序FTP）”版本。在此期間開發(fā)了許多更加真實(shí)的交通狀況的發(fā)動(dòng)機(jī)工況，如考慮到車輛在行駛過程中所變化的道路情況US06、車輛在行駛過程中所開空調(diào)滿負(fù)荷運(yùn)行的SC03等，作為FTP的補(bǔ)充的發(fā)動(dòng)機(jī)工況，形成了一個(gè)比較完正的FTP發(fā)動(dòng)機(jī)工況的法規(guī)，并應(yīng)用于2001年后所生產(chǎn)的車型排放測試。HWFET的行駛工況是用于乘用車在高速公路上燃油經(jīng)濟(jì)性測試的運(yùn)行工況，如圖12所示。另外，考慮到道路的坡度對車輛燃油的削耗影響，還開發(fā)了可變坡度的HWFETMTN工況。美國乘用車型在高速公路上行駛的工況圖12所示 除了述發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況外，還有以下幾種典型的研究型工況。 LA92具有很高的最高速度和平均速度、有

12、這較少的怠速運(yùn)行時(shí)間和在單位里程中的停車次數(shù)以及更高的最大加速度。這項(xiàng)測試指標(biāo)就是發(fā)動(dòng)機(jī)在一定指標(biāo)下的最大的負(fù)荷運(yùn)行工況。 ARB02加州大氣資源委員會CARB根據(jù)對車輛的長期跟蹤所研究開發(fā)出的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，目的是測試車輛處在FTP72邊緣之外區(qū)域外發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況，它包括了冷啟動(dòng)和行程結(jié)束的部分拈冷啟動(dòng)過程和冷啟動(dòng)結(jié)束的過程部分 HL07是美國環(huán)保局協(xié)同汽車制造商開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，目的是測試車輛在超出一定速度范圍情況下的一系列加速度的能力，在這些加速度的情形下車輛必須全開油門。（它主測試車輛在各個(gè)速度層級中的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，以便開發(fā)和修正美國現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況）。 REP05針對未被F

13、TP工況所覆蓋的車輛運(yùn)行工況范圍，如開發(fā)了一些駕駛過程中的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況人和人的駕駛方法是不一樣的，所以也會給車輛的運(yùn)行帶來各種運(yùn)行工況。 REM01Remainder用于啟動(dòng)狀況研究的工況等。它們都以速度和加速度為目標(biāo)，注重研究更加細(xì)致的瞬態(tài)變化過程。 重型車輛的行駛工況近年在研究重型車輛的行駛工況時(shí)有側(cè)重于向瞬態(tài)工況方向靠攏的趨勢。其中BAC被堆薦為測試重型車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的操作規(guī)程SAEJ1376。CBD14是商業(yè)中心區(qū)域的車輛測試運(yùn)行工況，它也是BAC復(fù)合測試運(yùn)行工況的一部分。運(yùn)用14個(gè)相同的運(yùn)行工況模擬公交車停車及運(yùn)行的駕駛模式。CBD14近似于CBDBUS運(yùn)行工況，但是時(shí)間步長可變運(yùn)

14、行時(shí)間和道路的長度是可以有所變化的。 比較著名的還有市內(nèi)測功機(jī)測試工況UDDSHDV，它主要模擬重型汽油機(jī)在市內(nèi)區(qū)域進(jìn)行運(yùn)行工況的操作，運(yùn)行長度為1060s，怠速為33%，而中均速度為30.4Km/h，并用于燃油蒸發(fā)排放測試。紐約城市運(yùn)行工況NYCC則更是代表了市內(nèi)區(qū)域道路的大型車輛的運(yùn)行工況。它們作為FTP標(biāo)準(zhǔn)工況被廣泛應(yīng)用。如圖13所示分別給出了市內(nèi)測功機(jī)測試工況和紐約城市運(yùn)行工況兩種行駛工況標(biāo)準(zhǔn)。圖13所示為了評價(jià)公交車的排放效果，通過覆蓋幾條不同的、公認(rèn)為比較繁忙的公交線路，美國西弗吉尼亞大學(xué)WVU對紐約城市曼哈頓地區(qū)的公交車進(jìn)行了混合動(dòng)力和常規(guī)動(dòng)力的操作和狀態(tài)進(jìn)行了調(diào)查，并開發(fā)了一組

15、含10個(gè)短行程的運(yùn)行工況，短行程之間怠速時(shí)段19s；為了滿足能量的消耗測試指標(biāo)，將短行程的測試數(shù)目增加到20個(gè)，作為常規(guī)的在用運(yùn)輸車輛貨車和城市客車的運(yùn)行工況。除了用于對低盤進(jìn)行測功測功機(jī)的工況外，對于重型車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)在臺架上進(jìn)行代表性工況測量，以轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算，描述出車輛特性。通常測試工況包括一套穩(wěn)定的按照發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩歐洲和日本規(guī)定定義的操作事項(xiàng)，或者是同時(shí)以瞬時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩指標(biāo)美國規(guī)定的瞬態(tài)工況（對于功率的測試各國之間是可以相互使用技術(shù)指標(biāo)，但對排放物各國之間一般是不可以相互使用技術(shù)指標(biāo)的）。2歐洲汽車的行駛工況EDC 研究人員系統(tǒng)地研究了適合歐洲交通狀況的各種不同車輛的行駛特征

16、的行駛工況，并依據(jù)道路的擁擠程度或車輛流量的大小，以不同的道路區(qū)域加以分類定義，如市區(qū)道路、郊區(qū)道路和高速道路以及平均速度、加速度的多種層級的歸類，人為地開發(fā)了多層疊成穩(wěn)定性的速度和加速度的片段。 認(rèn)證于輕型車輛在低盤測功機(jī)上的排放標(biāo)準(zhǔn)歐洲EDC，又稱為MVEG-A，而現(xiàn)在發(fā)展為新的歐洲汽車行駛工況NEDC。在該工況里局部的行駛速度是設(shè)定為恒定的，是一種穩(wěn)態(tài)工況ECE15，包抬市內(nèi)EUDC、市郊或市郊低工率的汽車行駛工況EUDCL。ECE15是一類包括4種具有代表在市區(qū)內(nèi)駕駛車輛狀況的行駛工況UrbanDC，具有低速，低負(fù)荷和低排氣溫度的特征指標(biāo)。由于車輛在城郊運(yùn)行量的增加，1992年開發(fā)了代

17、表高速行駛工況的EUDC或EUDC-LOW片段，在ECE15的基礎(chǔ)上增加了1個(gè)EU-DC或EUDC-LOW，構(gòu)成了現(xiàn)在大家熟知的ECE+EUDC。在2000年之前實(shí)際應(yīng)用時(shí)的行駛工況是不計(jì)量040s的運(yùn)行數(shù)據(jù)，即歐洲號排放法規(guī)。而歐洲/號排放法規(guī)則由于更加嚴(yán)格控制車輛的排放發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)排放，排放采樣是和運(yùn)行工況同步進(jìn)行，并稱為新的歐洲運(yùn)行工況筒稱NEDC，驗(yàn)測時(shí)間持續(xù)為1180s，平均速度為32.1km/h，最大加速度為1.06m/s2。 由于變速策略的不同變速采用的裝置不同，在模態(tài)狀況下運(yùn)行工況時(shí)所消耗的能原或排放很可能造成測試結(jié)果有一些細(xì)微的差異。歐洲ECER15.04所釆用的行駛工況，

18、是針對手動(dòng)和自動(dòng)擋位的車輛考慮到的差異，行駛工況的行駛距離和平均速度分別為4.06km和18.7km/h手動(dòng)以及3.98km和18.4km/h手動(dòng)。如圖14所示圖14所示從行駛速度和時(shí)間曲線中可分析發(fā)現(xiàn)，歐洲行駛工況的穩(wěn)定速度比例太高；各種駕駛狀況的分布不均，如平均駕駛工況的持續(xù)時(shí)間較短而市區(qū)中心的駕駛工況持續(xù)時(shí)間較長等，而且平均加速度值也比真實(shí)的要低?？傊捎贓UDC屬于模態(tài)行駛工況，并不能代表真實(shí)的駕駛狀況，存在這一定的局限性。出于新型動(dòng)力車輛的需求，歐洲開發(fā)了基于BRITE-EURAM HYZEM項(xiàng)目，開發(fā)了一組HYZEM的瞬間行駛工況。HYZEM包含了市內(nèi)道路行駛工況、市郊道路行駛工

19、況和高速行駛工況。該行駛工況是基于貫穿了歐洲城市道路，以89部車輛的真實(shí)駕駛模式所記錄的數(shù)據(jù)開發(fā)的行駛工況，因而它代表了歐洲車輛的行駛工況的實(shí)際運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。相對于模態(tài)行駛工況，其部分穩(wěn)定速度要少很多，平均速度40.4Km/h，停車次數(shù)0.69次/ Km，平均加速度0.71m/s2，最丈加速度1.3m/s2?？赡苡捎谒?997年后所研究的成果，尚末被官方采用，但己被各種研究工作廣泛應(yīng)用。3.日本汽車的行駛工況 日本與歐洲的行駛工況相似，也屬可模態(tài)行駛工況。在1976年之前，日本一直采用本國的10行駛工況標(biāo)準(zhǔn)10mode來模似市內(nèi)道路的行駛工況，要重復(fù)6次的測試，對后56次取樣，即所謂熱啟動(dòng)。19

20、76年之后生產(chǎn)的車型，采用11行駛工況標(biāo)準(zhǔn)，從冷啟動(dòng)開始，重復(fù)4次的測試，并對全過程取樣，行駛距離為4.08 Km，平均速度30.6Km/h。1991年11月開始采用新板的10-15行駛工況，如圖15所示，由三個(gè)10行駛工況和一個(gè)15行駛工況構(gòu)成。雖然10-15行駛工況并末被國際所公認(rèn)，但行駛工況的研究在日本仍得到持續(xù)和深入的開展。圖15所示4. 中國汽車行駛工況的發(fā)展?fàn)顩r 從汽車大國來講（現(xiàn)在全世界汽車保有量以達(dá)到7.6億輛，這其中美國占有2億多輛、歐洲占有2億多輛、日本占有7000萬輛、而我國汽車以每年平均13%.5的速度增長載至2006年年底，汽車保有量為2200輛）對于研究汽車行駛工況

21、我國是起步較晚的，在 20世紀(jì)80年代由長春汽車研究一汽集團(tuán)對我國的北京天津和天津道路行駛工況進(jìn)行了調(diào)查研究，但是直使用了以直方圖為標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)方法，最基本的統(tǒng)計(jì)是以車速-加速度u-直方統(tǒng)計(jì)，即找出汽車車速和加速度相應(yīng)于時(shí)時(shí)、里程及油耗的概率密度和分布白數(shù)據(jù)特征。目前我國乘用車的燃料消耗和排放測試工況等均采用歐洲ECE15行駛工況。載貨車的燃料消耗測試采用6行駛工況法，如圖16所示。城市客車的燃料消耗測試采用4行駛工況法，如圖17所示，圖16所示圖16所示 2002年，國家科技部在十五“863”電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)工程中，設(shè)立了國家典型乘用車和城市客車道路行駛工況的研究課題編號2003AA50199

22、3。課題由國家汽車技術(shù)研究中心牽頭，并與國內(nèi)的一些大學(xué)和科研院所共同合作承擔(dān)了課題的研究工作。載至2005年年初，項(xiàng)目取得了階段性成果，公布了典型乘用車和城市客車道路行駛工況，標(biāo)準(zhǔn)分為兩類：一類為瞬態(tài)道路行駛工況，另一類為穩(wěn)態(tài)道路行駛工況。如圖18所示、如圖19所示分別給出了乘用車和城市客車的典型道路行駛工況。圖18所示圖19所示 .汽車行駛工況的特征分析汽車在道路上的行駛狀況如合是用一些參數(shù)表達(dá)出來的，如車速、加/減速度、運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)反映汽車運(yùn)動(dòng)的特征。通過對這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)和特征的調(diào)查和解析，就能開發(fā)出能夠代表運(yùn)動(dòng)特征的行駛工況。無論以模態(tài)或瞬態(tài)參數(shù)表達(dá)，行駛工況最終都表達(dá)為速度-時(shí)間曲線，

23、時(shí)間步長（時(shí)間步長通常為1s）。在相同的試驗(yàn)控制條件下如環(huán)境溫度、風(fēng)速、滾動(dòng)阻力系數(shù)等使被測試的車輛在底盤測功機(jī)上復(fù)現(xiàn)行駛工況模態(tài)測試方法，就可以將車輛的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能以及車輛的排放性能等多項(xiàng)指數(shù)進(jìn)行測試和對比。由于各種行駛工況具有這不同的運(yùn)動(dòng)特征，為此將這些運(yùn)動(dòng)特征歸結(jié)為四種驗(yàn)測模式，怠速、勻速、加速、減速。應(yīng)當(dāng)指出同一輛車在不同道路上行駛的工況經(jīng)過測試后的結(jié)果是不相同的。對于行駛工況的統(tǒng)計(jì)分析需要引入一組經(jīng)過測試后統(tǒng)計(jì)的特征值。這些特征值主要以：距離Km、時(shí)間s、平均車速Km/h、平均行駛速度Km/h最大車速Km/h、最大加速度m/s2、平均加速度m/s2、最大減速度m/s2、平均減速

24、度m/s2、怠速時(shí)間比例%、勻速時(shí)間比例%、加速時(shí)間比例%、減速時(shí)間比例%、和最大特定功率Kmaxm2/s3等。其中特定功率Km2/s3的定義為2車速，m/s；加速度，m/s2，并取最大特定功率Kmax作為特征值。如表11所示給出了國內(nèi)外一些典型行駛工況部分特征值的對比分析，主要包含時(shí)間、距離、平均車速、最大加速度和最大特定功率等參數(shù)。世界各秈典型行駛工況部分特征值 表11所示工況時(shí)間/S距離/Km平均車速/km/s2最大加速度/m/s2最大特定功率Kmax/m/s2PTP75LA92UDDSSC03HWFETARB02US06WVUCITYWVUSUBWVUINTERJ10.15COMMUT

25、ERNEDCECENewYorKBusNYCCCBDTRUCKCSHVRCBDBUSUDDSHDV乘用車瞬態(tài)乘用車模態(tài)公交車瞬態(tài)公交車模態(tài)2475143613706017661640601140816651665673330118019660059985017605751061119511951304130417.6915.7111.995.7316.4131.7812.815.2924.810.870.980.981.893.5112.773.218.887.687.685.835.8425.839.6231.5334.5677.6670.0777.3113.6025.

26、8854.7722.7170.4832.1218.355.9411.4314.8821.8720.2430.3423.1423.0816.1016.121.483.081.482.281.433.353.751.141.301.420.791.031.061.062.772.680.361.161.031.962.291.391.250.8340.1557.0840.1547.0631.2996.0697.6920.6525.2423.338.8114.3418,5114.6539.7038.764.7721.0214.0245.0851.7438.5819.2317.46注意：漢字代表中國，

27、城市行駛工況。通過對表11所示的對比分析，可以看到： 當(dāng)Kmax最大特定功率值較低時(shí)而平均車速較高時(shí)，也就是說是以較低的功率來維持較高的運(yùn)行速度，這時(shí)的車輛是處在一種比較理想的運(yùn)行狀態(tài)上行駛工況比較理想。一般來說，車輛在暢通的道路上如高速或市郊等道路上的運(yùn)行狀況就是以，如通勤COMMUTER、高速公路HWFET、和州際高速WVUINTER等工況。 當(dāng)平均車速、最大加車速和Kmax最大特定功率值都均較低時(shí)，行駛工況是最適度的，如FTP72、NEDC等工況。 當(dāng)最大加車速和Kmax最大特定功率值都較高時(shí)，車輛的運(yùn)行就需要有較大的功率才能維特在該種行駛工況下運(yùn)行，相比來說是一個(gè)比較高力度的行駛工況，

28、如LA-92和SC03等。 當(dāng)平均速度處于20Km/h以下時(shí)，最能代表市內(nèi)駕駛、如NYCC、WVUCITY等行駛工況。 從表中還可以看出，US06是比較高力度的行使工況，其各項(xiàng)參數(shù)幾乎都是美國環(huán)保局（FTP）所規(guī)定值的2.5倍。但從單純特定功率上來看，美國的行使工況基本都是以瞬狀運(yùn)行工況，包含了加速度和負(fù)荷的多種瞬狀行駛工況的變化，其特定功率要比歐洲和日本行駛工況模狀大得多，因此對車輛的動(dòng)力生能要求比較茍刻。在選擇和使用各種行駛工況時(shí)，可以通過研究這些特征值來選擇適合各種不同需求的行駛工況。 在表中的基本特征參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究各個(gè)行駛工況速度10Km/h為間距劃分區(qū)間的概率分布特征，從統(tǒng)

29、計(jì)學(xué)上分析各種行駛工況之間的差異。一般來說，認(rèn)證行駛工況速度區(qū)間的概率分布范圍是比較寬的；而研究行駛工況則側(cè)重于表現(xiàn)車輛的兩個(gè)極端的運(yùn)行狀態(tài)，即低速區(qū)間中心城區(qū)和高速區(qū)間市郊和高速公路概率分布權(quán)重均較大的運(yùn)行情況 .汽車行駛工況的開發(fā)方法 國內(nèi)外重多的研究機(jī)構(gòu)和政府部門對汽車行駛工況進(jìn)行了相關(guān)大量的研究工作，盡管在釆集數(shù)據(jù)方式、數(shù)據(jù)分析方法、行駛工況解析與合成手段等方面形式多樣，但總體的技術(shù)流程可以歸結(jié)為如圖110所示的流程。圖110所示1. 開發(fā)計(jì)劃 數(shù)據(jù)釆集的方式可按照數(shù)據(jù)釆集的車輛來分為兩大類獲取數(shù)據(jù)釆集的方法。第一類是用于專門的數(shù)據(jù)釆集試驗(yàn)車，采集數(shù)據(jù)。安裝好所要的測試儀器后，在預(yù)先確

30、定的時(shí)間內(nèi)、確定的目標(biāo)道路上行駛的車輛，需要有規(guī)劃的試驗(yàn)路線和時(shí)間。第二類是直接在目標(biāo)車輛上實(shí)際采集數(shù)據(jù)即選取有代表性的車輛。安裝好所要的測試儀器后，接照各自正常的范圍駕駛車輛，同時(shí)采集實(shí)際路況數(shù)據(jù)。這類采集方法在時(shí)間上和路線上沒有規(guī)定，隨意性很大。其優(yōu)點(diǎn)是車輛在正常的使用狀態(tài)下行駛，可以使較低的費(fèi)用獲取大量車型的數(shù)據(jù)。但是它不能針對確定的道路類型、有關(guān)位置、交通流量等信息的提取。2. 試驗(yàn)路線和試驗(yàn)時(shí)間的確定如果采用上第二類方法采集數(shù)據(jù)，則不需要考慮怎樣來確定路線問題。如果采用上第一類方法采集數(shù)據(jù)，那么路線的確定將至關(guān)重要。因?yàn)槁肪€的調(diào)查是對開發(fā)汽車行駛工況最基礎(chǔ)的價(jià)段。其目標(biāo)是從許多條道路

31、中篩選出具有代表性的試驗(yàn)路線，這條路線能夠集中反映出目標(biāo)車輛在道路上的空間和時(shí)間分布規(guī)律，從而以少量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得能夠代表全局性的特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明，在城市內(nèi)有這不同道路的等級快速道、主干道、次干道、支路以及車道數(shù)、機(jī)非混合等并對應(yīng)著不同的交通流量和平均車速；當(dāng)車輛在不同道路等級上運(yùn)行時(shí)，行駛工況也有這不同的特點(diǎn)。在每一條不同的道路上，不同的交通強(qiáng)度車輛流量、周轉(zhuǎn)量或飽和度等必然會對應(yīng)這不同的行駛工況。也可以將10多輛車同時(shí)在某市區(qū)內(nèi)不重復(fù)的道路上同時(shí)運(yùn)行，采集數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)出車輛的運(yùn)動(dòng)學(xué)平率以及各自的份額，但是要實(shí)現(xiàn)這一工程需要大量的人力和物力。基于交通流量理論=KQ，其中車速，Q車輛流量，

32、K車輛間距，通過交通流量的調(diào)查獲得對應(yīng)路線的交通流水平和所占有的份額。當(dāng)在忽略時(shí)間差異的前提下，可以使用少量的車輛在這些路線上運(yùn)行調(diào)查獲取車輛運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)，這種方法既科學(xué)合理又易于操作。車輛行駛工況主要是受到道路等級、交通強(qiáng)度、交叉路口的密度路段內(nèi)交叉形式和數(shù)量以及時(shí)間四大因素的影響。通過調(diào)查、收集城市區(qū)域的一個(gè)周期內(nèi)交通流的相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，將路線分成不同類別，再按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行樣本的概率抽樣，最后確定試驗(yàn)路線和試驗(yàn)時(shí)間。3. 試驗(yàn)車輛和駕駛員的確定試驗(yàn)車輛的確定需要三個(gè)方面，車輛的類型、數(shù)量和駕駛員。采用第一類數(shù)據(jù)釆集方式，車輛既可由經(jīng)常關(guān)注研究目標(biāo)在這方面有

33、經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)駕駛員駕駛，但也可由一個(gè)普通駕駛員來駕駛。 .汽車行駛工況數(shù)據(jù)的獲取1. 數(shù)據(jù)的設(shè)置在國外許多行駛工況的研究工作在規(guī)劃采集數(shù)據(jù)的類別時(shí)，為了同時(shí)滿足多種用途，通常設(shè)置大量的采集參數(shù)，如車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)油溫和水溫、行駛時(shí)間、行駛里程、道路坡度、節(jié)氣門位置、燃油消耗量、環(huán)境溫度、電氣系統(tǒng)的能耗以及制動(dòng)裝置的使用情況等，甚至包括對雨刮器、照明燈、后窗加熱器、空調(diào)和發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇等的使用或操作。但對于開發(fā)一個(gè)具體的車輛行駛工況而言，以上這些參數(shù)并非每個(gè)都是必需的，過分的追求細(xì)節(jié)，在以統(tǒng)計(jì)特征為原則的行駛工況開發(fā)過程中并無具休意義。但從行駛工況的開發(fā)過程和表現(xiàn)結(jié)果來看，必須記錄車速、發(fā)動(dòng)機(jī)

34、轉(zhuǎn)速、燃油消耗量及與燃油消耗量有關(guān)的參數(shù)空調(diào)、道路坡度。2.脈沖數(shù)選擇和采樣間隔的設(shè)定通常為了獲得更加接近實(shí)際的數(shù)據(jù)，研究者希望盡可能利用車輛自身的傳感器，而常用的外部高精度傳感器如微波型和光電型等，因受雨、雪天氣影響很可能不能正常工作。速度信號提取ABS、TCS等的脈沖數(shù)一般分別為，車輪每轉(zhuǎn)一周脈沖信號數(shù)為6個(gè)、24個(gè)、48個(gè)，甚至于更高。如果從行駛工況構(gòu)成參數(shù)比例分布一致性出發(fā)，建議盡可能采用多的脈沖信號數(shù)48個(gè)/周以上來獲取實(shí)際行駛工況的數(shù)據(jù)。車載設(shè)備數(shù)據(jù)記錄儀的采樣頻率一般為5Hz、2Hz、1Hz也是很重要的因素。時(shí)間間隔越長，數(shù)據(jù)波動(dòng)越??；但是使用過大的采樣間隔時(shí)間將會平滑掉較丈的加

35、速度值，也將低估了低速所占有的比例。由于較大的加速度值對車輛的設(shè)計(jì)和評價(jià)有較大的影響，因此需要避免出現(xiàn)這種誤差。根據(jù)當(dāng)前車輛的傳感器速度傳感器配置情況，建議采用2Hz0.5s的采樣頻率。3.數(shù)據(jù)量的確定國內(nèi)行駛工況調(diào)查的相關(guān)研究也不少，但結(jié)果之間的差異較大，究其原因，一方面是交通流的調(diào)查不科學(xué)，規(guī)劃的試驗(yàn)路線不具有代表性。另一方面是，采集的原始數(shù)據(jù)量有差異不完全，采集的數(shù)據(jù)量與量終導(dǎo)出計(jì)算出的結(jié)果的準(zhǔn)確性有如圖111所示的關(guān)系。從理論上講，采集的數(shù)據(jù)越多，結(jié)果越是準(zhǔn)確。但是當(dāng)采集的數(shù)據(jù)量達(dá)到一定值n后，即使再增加數(shù)據(jù)量，它的準(zhǔn)確性也不關(guān)有很大的提高。同時(shí)由于客觀條件的限制，采集的數(shù)據(jù)量也是一定

36、的。在條件許可的情況下，應(yīng)該盡量多采集數(shù)據(jù)，當(dāng)獲得海量的數(shù)據(jù)時(shí)，又需要采用高級的統(tǒng)計(jì)方法和手段加以分析和整理。圖111所示4. 數(shù)據(jù)的分析與整理數(shù)據(jù)分析與整理主要有兩種方法，一種方法是把整個(gè)行駛過程作為連續(xù)事實(shí)和現(xiàn)象用統(tǒng)計(jì)的方法來解析，在構(gòu)建計(jì)劃行駛工況之前要根據(jù)試驗(yàn)區(qū)域范圍人為地劃分行駛工況的等級，并人為地的合成編集。另處一種則是從道路交通狀況入手，通過對構(gòu)建計(jì)劃整個(gè)行駛過程的各個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)片段一個(gè)段落一個(gè)段落為運(yùn)動(dòng)學(xué)片段的研究和歸類，然后構(gòu)建計(jì)劃行駛工況，這一方法是目前國外使用最新的研究方向。當(dāng)車輛從起步出發(fā)到目的地停車，車輛會受到道路交通的個(gè)種情況的影響，這其間會經(jīng)過多次起步、停車操作。將車

37、輛從一個(gè)怠速開始到下一個(gè)怠速開始的運(yùn)動(dòng)定義為運(yùn)動(dòng)學(xué)片段以下簡稱片段，如圖112所示，使整個(gè)行程就可以視為各種各樣的片段組合。其中某些片段反映的交通狀況可能會是一致的。隨然在不同的時(shí)間、地點(diǎn)和道路類型也可能會出現(xiàn)相同的片段，有時(shí)候繁忙的高速公路上的片段和擁擠的城市道路上的片段相似。將這些片段類型和交通狀況聯(lián)系起來，有針對性地分析苻合低速、中速和高速運(yùn)動(dòng)形態(tài)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建行駛工況。圖112所示 把車速作為曲線時(shí)間的函數(shù)來分析，這一曲線的特征參數(shù)也可作為交通狀況的函數(shù)。從原始數(shù)據(jù)中連續(xù)地分割運(yùn)動(dòng)學(xué)片段，并對這些片段的特征參數(shù)如特續(xù)時(shí)間、片段長度道路、速度、加速度等進(jìn)行主要成分得的分析。在此基礎(chǔ)上

38、，采用聚聚合類分折手段再對片段進(jìn)行分類，獲得與交通狀況相對應(yīng)的類別后再作整合；最后利用概率構(gòu)造出合適的時(shí)間長度，以代表適中的行駛工況。對短行程特征的分析主要從以下幾個(gè)方面考慮，短行程長度，怠速時(shí)間、短行程持續(xù)時(shí)間、平均速度、運(yùn)行速度不包括怠速時(shí)間的平均速度、最大速度以及速度和加速度的標(biāo)準(zhǔn)偏差等。5. 行駛工況的解折與合成由于采集的數(shù)據(jù)量龐大，統(tǒng)計(jì)分析非常繁雜，比如主成分分析和聚類分析方法都涉及多維矩陣一種利用機(jī)算機(jī)運(yùn)算的公式的計(jì)算，因此數(shù)據(jù)的分析處理以及行駛工況的構(gòu)建都需要利用機(jī)算機(jī)來完成。開發(fā)的工具軟件包括：用于統(tǒng)計(jì)、比較運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的工具軟件；隨機(jī)再現(xiàn)速度和加速度聯(lián)合分布、行駛工況的連續(xù)性等

39、觀測分析工具軟件；主成分分析工具軟件；聚類分析工具軟件；概率分布評估工具軟件。它們用于比較最終的行駛工況數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)之間的特征參數(shù)的分布規(guī)律；行駛工況的剪載工具軟件，是用于修正和加權(quán)行駛工況數(shù)據(jù)并能夠?qū)崿F(xiàn)可視化的處理；車輛行駛工況趨勢評估工具軟件，是能夠結(jié)合大量的不同時(shí)期的數(shù)據(jù)對車輛行駛工況進(jìn)行預(yù)測。6. 行駛工況的驗(yàn)證行駛工況驗(yàn)證主要任務(wù)是檢驗(yàn)解折出的行駛工況與采集的原始數(shù)據(jù)的收斂約束程度，以及是否能夠以小量的行駛采集的原始數(shù)據(jù)工況段集合代表采集的道路行駛數(shù)據(jù)特征。驗(yàn)證過程分為三個(gè)方面：行駛工況的有效性、識別性和可操作性。這些驗(yàn)證主要基于以下原因。 行駛工況的有效性驗(yàn)證在確定了行駛工況之后

40、，是需要通過重新計(jì)算速度、加速度的聯(lián)合分布變化情況，并需要通過在臺架上的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。 行駛工況的識別性驗(yàn)證與行駛工況的目標(biāo)有關(guān)，用于車輛污染排放測試時(shí)，需要檢驗(yàn)該類行駛工況對主要污染物的識別能力。 行駛工況的可操作性驗(yàn)證由于在原始數(shù)據(jù)采樣過程中噪聲的影響，使速度、時(shí)間曲線不夠平滑；一些曲線也有可能不易被跟蹤復(fù)現(xiàn)，必須對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行光滑平順處理。這些數(shù)據(jù)如何處理以及處理結(jié)果如何，需要實(shí)踐驗(yàn)證。經(jīng)過計(jì)算和實(shí)踐驗(yàn)證之后，需要在行駛工況的兩種表現(xiàn)形式之間做出選擇瞬態(tài)行駛工況和模態(tài)行駛工況。從研究的結(jié)果來看，瞬態(tài)和模態(tài)并沒有太大的影響；但從特定功率來看，因?yàn)樗矐B(tài)行駛工況的加速度變化更接近于實(shí)際情況，它

41、通常包含了多種力度的駕駛行為。因此，瞬態(tài)行駛工況的可靠性更好。尤其在研究整車控制策略時(shí)，瞬態(tài)行駛工況肯定更合適。 電動(dòng)汽車的行駛工況在整車性能分析和匹配研究中的應(yīng)用 行駛工況的統(tǒng)計(jì)和分析在現(xiàn)代電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)中起著重要的因素。匹配一輛電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，首先要確定電動(dòng)汽車的行駛工況，在行駛工況分析的基礎(chǔ)上，提出整車的動(dòng)力性能指標(biāo)，然后根據(jù)動(dòng)力性能指標(biāo)對動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)匹配，最后釆用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對系統(tǒng)的參數(shù)匹配結(jié)果進(jìn)行險(xiǎn)證并提出優(yōu)化方案。1. 確定動(dòng)力性能指標(biāo)由于受到性能和成本的制約，現(xiàn)代電動(dòng)汽車在設(shè)計(jì)中必須依照目前的行駛工況進(jìn)行據(jù)有針對性的設(shè)計(jì)，首先要提出合理而恰當(dāng)?shù)恼噭?dòng)力性能指標(biāo)。以北京市區(qū)使用的電動(dòng)公共汽車為例，是通過十五“863”重大專項(xiàng)課題研究的，己經(jīng)制定出了我國的典型城市公交車行駛工況，如圖110所示，通過對該工況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其主要特征參數(shù)如表12所示。中國典型城市公交車行駛工況 表12所示參數(shù)名稱參數(shù)指標(biāo)參數(shù)名稱參數(shù)指標(biāo)平均速度（Km/h）最高速度（Km/h）平均行駛車速（Km/h）總