1、电动汽车技术电动汽车技术 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院电动汽车的行驶工况与性能匹配第3章3.1 电动汽车的行驶性能电动汽车的行驶性能3.2 汽车的行驶工况汽车的行驶工况3.3 纯电动汽车的性能匹配纯电动汽车的性能匹配3.4 本章小结本章小结3.5 习题习题本章主要内容本章主要内容3.1 电动汽车的行驶性能电动汽车的行驶性能3.2 汽车的行驶工况汽车的行驶工况3.3 纯电动汽车的性能匹配纯电动汽车的性能匹配3.4 本章小结本章小结3.5 习题习题本章主要内容本章主要内容()3.1 电动汽车的行驶性能 3.1.1 驱动力与行驶阻力Ft：驱动力 Ft：行驶阻力 G：重力 F：支持力0tt=gMi
2、 iMFrrt0=gMMi inmyz tfwjiFFFFFf=cosFfG2w=21.15DC AvFisinFGjddG vFgt驱动力计算行驶阻力计算tanhis(由 得到)FmaisinFGGi当坡度很小时Ff行驶时的滚动阻力；Fw行驶时的空气阻力；Fj行驶时的加速阻力；Fi 行驶时的坡道阻力，3.1 电动汽车的行驶性能3.1.2 驱动力与行驶阻力的平衡tfwjiFFFFFtfw=F FF等速平缓道路行驶非等速坡道行驶ijtfw=-FF F F，fwfw=FFFijtfw-=FFF FiGG等速坡道行驶itfw=-F F F，fwfw=FFFtfwi-=F FFiGG坡度近似为0坡度为
3、坡道阻力与重力的比值坡度为坡道阻力与加速阻力的和与重力的比值五种不同主减速比的电动汽车爬坡度五种不同主减速比的电动汽车爬坡度 3.1 电动汽车的行驶性能3.1.2 驱动力与行驶阻力的平衡tfwjiFFFFFtfw=F FF等速平缓道路行驶非等速坡道行驶ijtfw=-FF F F，fwfw=FFF非等速平缓道路行驶，fwfw=FFF加速度为0五种不同主减速比的电动汽车加速曲线五种不同主减速比的电动汽车加速曲线 jF=0iF=0加速度为jtfw=-F F Ftfwd()dvgFFtG加速度为tfwid()dvgFFFtG3.1 电动汽车的行驶性能3.1.3 动力性评价参数动力性能评价指标最高车速加
4、速度能力最大爬坡能力(燃油车与电动汽车)驱动电机工作制(电动汽车)瞬时功率连续功率小时功率驱动电机功率由=9549nMMP计算得到 加载时间不同时串励式直流驱动电机的功率与转矩特性加载时间不同时串励式直流驱动电机的功率与转矩特性 加载时间不同时串励式交流驱动电机的功率与转矩特性加载时间不同时串励式交流驱动电机的功率与转矩特性功率特性功率特性转矩特性转矩特性功率特性功率特性转矩特性转矩特性3.1 电动汽车的行驶性能3.1.4 续驶里程 电动汽车上动力电池组充满一次电后的最大行驶里程称为电动汽车的续驶里程。汽车滑行时的滚动阻力和空气阻力之和 mfwdV=dMGF FFgtr忽略 项 mMfwdV=
5、dGF FFgt11dV=dnnnnvvvtttt将式两端乘以平均速度，克服道路滚动阻力和空气阻力消耗的功率 11fw12nnnnnnvvvvPPPmtt经过单位换算 225113.86 10nnnnvvPmtt电动汽车克服道路滚动阻力和空气阻力消耗的能量 EFS电动汽车行驶单位里程消耗的能量 11dV=d=3.6 3600nnnnFSGeFSgtvvmtt设电动汽车上动力电池组充满电的总能量为（kWh）ESeE行驶里程电动汽车滑行实验的电动汽车滑行实验的v-t曲线曲线 3.1 电动汽车的行驶性能3.1.4 续驶里程 车辆行驶所需功率与速度关系车辆行驶所需功率与速度关系车辆行驶所需能量与速度关
6、系车辆行驶所需能量与速度关系=预定行驶规范所走的续驶里程电动汽车经济性蓄电池再充电恢复到原充电状态所需的交流电能量电动汽车经济性定义影响电动汽车行驶里程的因素环境状况环境温度车辆质量辅助装置能量消耗电池性能(道路状况良好、交通畅通时续驶里程长)(温度过高或过低均会使续驶里程减少)(质量较轻的车辆续驶里程较长)(消耗能量使续驶里程缩短)(一致性影响车辆续驶里程)3.1 电动汽车的行驶性能电动汽车的行驶性能3.2 汽车的行驶工况汽车的行驶工况3.3 纯电动汽车的性能匹配纯电动汽车的性能匹配3.4 本章小结本章小结3.5 习题习题本章主要内容本章主要内容3.2 汽车的行驶工况 3.2.1 汽车行驶工
7、况概述汽车行驶工况：汽车行驶工况又称为汽车运转循环，是针对某一类型车辆（如 乘用车、公交车、重型车辆等），在特定交通环境（如高速 公路，城市道路）下，用来描述车辆行驶特征车辆行驶特征的速度速度-时间曲时间曲 线线。汽车行驶工况分类：调查所包含的内容 表现形式 完全工况 非完全工况 瞬态 模态 3.2 汽车的行驶工况 3.2.2 国外汽车行驶工况简介欧洲工况(NEDC)模态工况美国工况(FTP75)瞬态工况ECEEUDC日本工况(10-15)模态工况ECE是市区工况EUDC是郊区工况FTP72FTP72与FTP75由美国环境保护局认证为车辆排放的测试程序热浸车热状态过度10工况15工况未被国际认
8、可，但在日本车辆研究中常用常 用3.2 汽车的行驶工况 3.2.2 国外汽车行驶工况简介美国学者在考虑不同情况下构建的车辆行驶工况HWFET的行驶工况是用于乘用车在高速公路上燃油经济性测试的运行工况 NYCC是代表了纽约城市内区域道路的大型车辆的运行工况 HWFETNYCC3.2 汽车的行驶工况 3.2.3 国内汽车行驶工况研究现状载货汽车燃料消耗六工况循环载货汽车燃料消耗六工况循环城市客车与双层客车燃料消耗四工况循环城市客车与双层客车燃料消耗四工况循环 国内目前研究中使用的乘用车工况一般为欧洲ECE工况020040060080010001200140005101520253035404550
9、time/sspeed/(km/h)中国客车行驶工况中国客车行驶工况3.2 汽车的行驶工况 3.2.4 汽车行驶工况的开发方法开发规划数据采集数据分析工况合成工况验证工况开发流程开发规划数据采集方法确定试验路线与试验时间确定试验车辆与驾驶员专门的数据采集试验车选取有代表性的车辆快速道主干道次干道支路机非混合车型数量驾驶人3.2 汽车的行驶工况 3.2.4 汽车行驶工况的开发方法开发规划数据采集数据分析工况合成工况验证工况开发流程数据采集数据的设置设定脉冲数选择和采样间隔确定数据量车速发动机转速燃油消耗量及相关参数5Hz2Hz1Hz建议目前未有确定量值，尽量多为好，提高冗余度，也能提高准确度3.
10、2 汽车的行驶工况 3.2.4 汽车行驶工况的开发方法开发规划数据采集数据分析工况合成工况验证工况开发流程数据分析数据拆分通过GPS采集数据信息，此款GPS采集数据间隔为1s注意日期是否为同一天注意时间间隔是否为1s，若间隔超过1s则舍弃该段数据或利用插值填补缺失数据为0时，需区分怠速与停止状态，若不为0时需注意速度的变化是否超过车辆行驶限制3.2 汽车的行驶工况 3.2.4 汽车行驶工况的开发方法开发规划数据采集数据分析工况合成工况验证工况开发流程数据分析数据整理数据拆分后整理成运动学片段，运动学片段按照怠速状态的起始到下一个怠速状态的起始进行划分。运动学片段3.2 汽车的行驶工况 3.2.
11、4 汽车行驶工况的开发方法开发规划数据采集数据分析工况合成工况验证工况开发流程工况合成数学方法小波分析主成分分析+聚类极大似然估计+马尔科夫因子分析常用常用神经网络主成分分析+聚类 多用于公交车工况构建 主成分分析是一种常用的多元统计方法，从数据中提取的众多特征信息进行降维降维，选取主要特征数据进行分析。聚类可以将相同或者相似的对对象划分象划分到一个类或者簇中，公交行驶工况一般可分为低速段、中速段和高速段，所以在聚类过程中将数据段分为 3 类。极大似然估计+马尔科夫 多用于乘用车与出租车工况构建。马尔科夫方法用于统计车辆由当前 行驶状态转移到下一行驶状态的概率。(行 驶状态是车辆此刻的行驶速度
12、与加速度)3.2 汽车的行驶工况 3.2.4 汽车行驶工况的开发方法开发规划数据采集数据分析工况合成工况验证工况开发流程检验解析出的行驶工况与采集的原始数据的收敛约束程度，以及是否能够以少量的行驶采集的原始数据工况段集合代表采集的道路行驶数据特征。有效性 识别性 可操作性 工况验证重新计算速度加速度联合分布 检验对主要污染物的识别能力 对原始数据进行光滑平顺处理 3.2 汽车的行驶工况 3.2.4 汽车行驶工况的特征分析工况时间/s距离/km平均车速a/km/s最大加速度/m/s2最大特定功率Kmax/m2/s3PTP75LA92UDDSSC03HWFETARB02US06WVUCITYWVU
13、SUBWVUINTERJ10.15COMMUTERNEDCECENewYorKBusNYCCCBDTRUCKCSHVRCBDBUSUDDSHDV乘用车瞬态乘用车模态公交车瞬态公交车模态2475143613706017661640601140816651665673330118019660059985017605751061119511951304130417.6915.7111.995.7316.4131.7812.815.2924.8111.94.36.410.870.980.981.893.5112.773.218.887.687.685.835.8425.839.6231.5334.56
14、77.6670.0777.3113.6025.8854.7722.7170.4832.1218.355.9411.4314.8821.8720.2430.3423.1423.0816.1016.121.483.081.482.281.433.353.751.141.301.420.791.031.061.062.772.680.361.161.031.962.291.391.250.8340.1557.0840.1547.0631.2996.0697.6920.6525.2423.338.8114.3418,5114.6539.7038.764.7721.0214.0245.0851.7438
15、.5819.2317.46类别参数名称速度最大速度、平均速度速度标准差、平均匀速速度加速度最大加速度、最大减速度平均加速度、加速度标准差减速度标准差、加速段平均加速度减速度按平均减速度时间加速时间、减速时间匀速时间、怠速时间比例加速比例、减速比例怠速比例、匀速比例反映汽车运动的特征。通过对这些运动参数和特征的调查和解析，就能开发出能够代表运动特征的行驶工况。特征值世界各种典型行驶工况部分特征值世界各种典型行驶工况部分特征值 行驶工况特征值行驶工况特征值最大功率特征值Kmax(m2/s3)通过车速(m/s)与加速度(m/s2)计算得到，表中未做单独分类最大特定功率值较低，平均车速较高，多为高速或
16、市郊等道路上的运行状况。最大特定功率、平均车速与最大加速度均较低，此时行驶工况最适度。最大特定功率与最大加速度较高，属于有力度的行驶工况。平均速度低于20km/m2，代表市内工况。3.1 电动汽车的行驶性能电动汽车的行驶性能3.2 汽车的行驶工况汽车的行驶工况3.3 纯电动汽车的性能匹配纯电动汽车的性能匹配3.4 本章小结本章小结3.5 习题习题本章主要内容本章主要内容3.3 纯电动汽车的性能匹配 开发行驶工况的目的与意义1）工况用于匹配电动汽车动力系统，以行驶工况作为输入，得到动力系统的基本性能和各个部件的基本运行状态，从而对电动汽车的各种指标参数进行预估和评价。2）用于进行电动汽车或混合动
17、力电动汽车的能量消耗和排放实验。各类车型按照统一的行驶工况获得的能耗和排放试验结果才具有可比性。电动汽车参数匹配设计流程电动汽车参数匹配设计流程3.1 电动汽车的行驶性能电动汽车的行驶性能3.2 汽车的行驶工况汽车的行驶工况3.3 纯电动汽车的性能匹配纯电动汽车的性能匹配3.4 本章小结本章小结3.5 习题习题本章主要内容本章主要内容3.4 本章小结 1.电动汽车动力匹配工况构建动力系统参数匹配匹配结果验证匹配优化2.工况构建过程数据采集数据处理行驶片段选取工况合成工况验证3.电动汽车动力计算0tt=gMi iMFrrt0=gMMi inmyz 驱动力计算，tfwjiFFFFFf=cosFfG
18、2w=21.15DC AvFisinFGjddG vFgt行驶阻力计算3.1 电动汽车的行驶性能电动汽车的行驶性能3.2 汽车的行驶工况汽车的行驶工况3.3 纯电动汽车的性能匹配纯电动汽车的性能匹配3.4 本章小结本章小结3.5 习题习题本章主要内容本章主要内容3.5 习题 1以下列电动客车参数为例，利用驱动力与行驶阻力的平衡关系，计算电动客车的爬坡度。2电动汽车的动力性评价参数有哪些？3如何定义电动汽车的续驶里程，电动汽车的续驶里程影响因素有哪些？4如何定义车辆的行驶工况。5简述汽车行驶工况的开发方法。6简述电动汽车参数匹配的流程。整车基本参数项目规格车体质量(kg)1.3104驱动轮半径(m)0.512驱动电机输出转矩(Nm)427重力加速度(m/s2)9.8滚动阻力系数0.007空气密度(kg/m3)1.184迎风面积(m2)7.83空气阻力系数0.75车轮半径(m)0.512主减速器传动比6.2传动系效率0.9减速器传动比1
