唐邦强 尹志宏 张炳力 李锁斌

（昆明理工大学机电工程学院1） 昆明 650093） （合肥工业大学机械与汽车工程学院2） 合肥 230009）

在纯电动汽车的能源管理系统中，最重要的输入参数之一是车辆操纵状态（如制动、启动、加速、减速等）［1］.车辆操纵状态有随机性和规律性.随机性由驾驶员单次行驶过程中根据行驶状态随机进行调整；规律性则是某一类汽车在行驶过程中反映出来的符合一定规律的操纵状态，这个规律就是行驶工况.行驶工况是指某一类车辆（如乘用车、商用车）在特定环境（如市区、市郊、公路）按特定方式驾驶的速度－时间历程.公交工况是一类特殊的行驶工况，其特点是启制动频繁、速度变化范围大、平均车速低、启停之间行驶距离短等.研究纯电动公交工况目的是建立一个更合理的工况循环，为控制策略提供参考依据，控制能耗.本文就合肥市纯电动公交工况的数据采集、处理、典型工况提炼与合成、分析与讨论等方面展开阐述.

1 工况研究现状及建立意义

国际上主要有3类行驶工况，美国行驶工况（USDC）、欧洲行驶工况（EDC）和日本行驶工况（JDC）.我国《汽车燃料消耗量试验方法》（GB／T12545.1－2008）规定了乘用车模拟城市工况循环燃料消耗量试验方法——十五工况法；《商用车辆燃料消耗量试验方法》（GB／T12545.2－2001）规定六工况法和四工况法.城市公交车适用四工况法，四工况法是由换挡加速0～25km／h、匀速25km／h、加速25～40km／h、减速行驶4个工况循环组成.但是城市公交车具有特殊的运行状态，受到气候、道路、人流、车流、车型、驾驶习惯等因素的影响，各地具有不同的特性，上述标准与城市公交车的实际工况有差异.因此各国以典型城市为代表对公交工况进行了研究，国外著名的有纽约公交工况（CYC－New York Bus）、曼哈顿工况（CYC－Manhattan）、德国纽伦堡公交工况（CYCNuremberg R36）、伦敦公交工况（CYC－UKBUSMASS－VAR）.国内有北京（2005）、武汉（2005）、广州（2005）、上海（2006）、大连（2007）公交工况［2－6］.这些公交工况虽然实验手段、合成方法不同，但都是针对当地实际情况，选择燃料汽车按一定规律合成的.

电动汽车方面，我国《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》（GB／T 18386－2005）规定了十五工况法和等速法.城市纯电动公交适用等速法，具体是在道路上进行（40±2）km／h的等速试验，实验过程中允许停车2次，每次不得超过2 min.显而易见，城市纯电动公交车行驶工况和现行国家标准有偏差，因为《商用车辆燃料消耗量试验方法》中四工况循环是针对燃料汽车，缺少对纯电动公交工况影响较大的驻车工况和急加速、急减速工况，采用四工况循环不能全面反映其真实工况；《电动汽车－能量消耗率和续驶里程－试验方法》中等速法又有些简单，与城市纯电动公交的实际运行工况有较大差别，因此有必要对城市纯电动汽车公交的行驶工况进行研究，制定一套符合实际情况的纯电动公交行驶工况.

2 合肥市纯电动公交工况的建立

2.1 试验线路、车型、仪器的选择

本次工况试验线路针对安徽合肥纯电动汽车示范运营的18路纯电动公交线路，该线路是全国首条纯电动公交车线路，运行区间为市政务办公区－滨湖公交站，全程17.5km，如图1所示.试验线路中由主干道、快速路、次干道、支路路段组成，既含有交通拥堵路段，又含有畅通路段，能充分代表合肥市的道路实际情况.

图1 合肥市18路纯电动公交车运行线路图

试验车辆为某公司生产的纯电动公交车，主要参数见表1，其中：动力电池采用磷酸铁锂电池，300 kW·h；电池组数12组；充电时间，慢充≤6h；控制器型号为RHZC－160－S05.实验仪器为混合动力汽车综合测试仪，该仪器选用便携式工控机为核心，配以GPS速度传感器、电压传感器、电流传感器等，用于汽车的动力性能和经济性能测试，以及纯电动汽车行驶过程中电流电压信号、放／充电电量的测试等.

2.2 数据采集及处理

采集参数：瞬时车速、行驶距离、时间、电机转速、电机转矩、电机温度、电池温度、电流和电压（以上数据采样频率为0.2Hz），参数采集时驾驶员正常操作，按汽车使用说明书和公交公司规定行驶，采集时记录当天天气情况（气温、气压、湿度）和交通流量，采样时间上保证交通高峰期和正常流量期均能被采集到.

数据处理过程中采用主成分分析法和聚类分析法，首先截取若干个1 200s的短行程，剔除其中的异常数据，修补缺损数据，使用软件计算每个短行程的行车里程，平均速度，瞬时加速度等，统计出行车时间、驻车时间、加速时间等.选用8个变量作为特征参数进行研究分析，见表2，绘出车速－时间历程图、加速度－时间历程图.图2、图3分别是某一短行程的车速－时间历程图及其相应的加速度－时间历程图.统计出短行程的各工况比例，见表3.统计出微行程（从驻车到下次驻车之间）各工况次序，见表4.

表1 纯电动客车主要技术参数表

表2 特征参数表

图2 短行程速度－时间历程图

图3 短行程加速度－时间历程图

表3 短行程统计

表4 微行程工况循环表

2.3 典型工况模块提炼

在对每个短行程具体分析后，统计多个短行程数据可以看出：（1）行程由驻车阶段和行车阶段组成；（2）每个微行程阶段大体表现出驻车－加速－匀速－减速－驻车的特性；（3）加速、减速阶段加速度绝对值呈现小－大－小的特性，且加速阶段的最大加速度值比减速阶段的最大加速度值小，也就是制动强度要大于加速阶段的加速度.

根据聚类分析后的数据特性，参照国家标准GB／T12545.2－2001合成合肥市纯电动公交车工况，工况分A，B，C 3个典型模块，A模块定义为低速状态，驻车时间长，平均车速低，是急加速缓减速模式，适合红绿灯多及其拥堵路段；B模块定义为慢速状态，驻车时间短，平均车速慢，是加减速均衡模式，适合红绿灯较多拥堵状况一般的路段；C模块定义为中速状态，驻车时间极短，平均车速中等，是缓加速急减速模式，适合红绿灯少畅通路段.实际行驶状态大都是A，B，C模块的组合，只不过组合状态不同而已.图4是合肥市纯电动公交工况循环图，用于纯电动公交车性能检测.表5是各公交工况对比表，从表中可以看出，合肥纯电动公交工况平均速度22.6km／h.这与18路公交单程45min的运行时间（平均速度23km／h）相吻合.说明了合成的工况是符合实际的.

图4 组合工况循环图

3 分析与讨论

对比其他工况，合肥市电动公交车工况循环具有以下特点：（1）平均车速和最高速度较高；（2）最大加速度、最大减速度值偏小，说明纯电动公交车起速、减速较慢，这与纯电动汽车特性相符；（3）匀速时间短，驻车时间长；（4）运行时间固定，距离短，有利于实际操作；（5）工况由3个典型模块组成，便于对实际运行状态拆解，再组合分析.

合肥市纯电动公交工况对新型快速发展中等城市具有参考借鉴意义，这些城市老城区相对狭窄，新城区基础设施良好，道路宽阔畅通，人车流分开，与合肥情况相似，工况上也符合A，B，C 3种典型模块的组合.对于大城市来说，工况也可以参照分解成这三个典型模块，只是模块中的参数值需要根据当地的具体情况进行修订.

表5 公交工况对比表

［7］可推算出纯电动汽车蓄电池的净能量消耗Eout是速度v、时间t、加速度dv／dt的函数，即与工况相关，合理的设计工况所对应的控制策略可以降低能量消耗.

4 结论与展望

通过对合肥市电动公交工况的建立、组合、分析与讨论可知，合肥市电动公交车工况循环由A，B，C 3种典型模块组成，符合公交车实际运行状态，具有广泛的城市代表性，适合作为电动汽车性能检测的依据，同时可在此工况的基础上制定控制策略.

在此的研究基础上，还可以开展对工况自识别系统的开发与研究、电动汽车管理信息化平台研究（实现对车辆技术状态进行实时监控）、基于工况的控制策略研究等等.

参考文献

［1］李兴虎.电动汽车概论［M］.北京：北京理工大学出版社，2005.

［2］潘姝月.城市公交车行驶工况的研究［D］.大连：大连理工大学汽车工程学院，2009.

［3］骆 元，王 杰，王犹松.武汉城市公交车工况测定及分析［J］.机械工程学报，2005，41（12）：96－100.

［4］杜爱民，步 曦，陈礼璠.上海市公交车行驶工况的调查和研究［J］.同济大学学报：自然科学版，2006，34（7）：943－946.

［5］刘明辉，赵子亮，李 骏.北京城市公交客车循环工况开发［J］.汽车工程，2005，27（6）：687－690.

［6］张 全，靳文舟.大城市公交车行驶工况研究中的实验路线选择［J］.华南理工大学学报：自然科学版，2005，33（4）：59－62.

［7］Ehsani M，Gao Y，Gay S E.Modern electric，hybird electri，and fuel cell vehicles fundamentals，theory，and design［M］.American：CRC Press，2008.