华南理工大学学报(自然科学版)
第28卷第6期
2000年6月J our nal of Sout h Chi na U nive rsit y of Tec h nology (Nat ural Scie nce Edition ) V ol. 28 N o. 6
J une 2000
电动汽车整车技术条件和实验方法的探讨
俞 明, 许明伟
(华南理工大学交通学院, 广东广州510640) 3
摘 要:在汽车基本理论的基础上, 对比分析了由电动机和内燃机驱动的中型客车的性能. 根据电动汽车的特点, 对电动汽车道路试验中的动力性、制动性、能耗特性、平顺性以及排放特性的评价方法进行了探讨.
关键词:电动汽车; 整车性能; 试验方法; 技术条件
中图分类号:U 463 文献标识码:A 文章编号:1000-565X (2000) 06-0029-05
电动汽车具有低噪声、零污染的特点, 有很好的发展前景. 目前, 期, 许多关键技术问题有待解决, . 测量方法和标准早已规范化, , 车无论是动力性、经济性, . 本研究在, . 1 F d =F f +F i +F w +F j
对于内燃机汽车有
η F d =; F f =mgfcos α; F w =; F i =mgsi n α; F j =m r 21. 15d t
η2即=mgfcos α++mgsi n α+m r 21. 15d t 2(1) (2)
对于电动汽车有
(3) F d =Mi g i o ηT /r
其余各项与内燃机汽车相同, 其车速v 的计算方法由下面各式确定, 电动机电压平衡式
(4) U max =I a R a +E n
式中I a =C m Φ; E n =C e Φn .
由于 n =vi g i o /0. 377r
故有
v =(-b +
收稿日期:2000-01-15
3基金项目:广州市科委软课题项目(98-R -008-01)
作者简介:俞 明(1964-) , 男, 博士, 副教授. 主要从事汽车结构动态设计和排气净化方面的研究. b -4ac ) /2a 2(5)
30
式中华南理工大学学报 第28卷
222Φ() ηη(6) a =; b =; c =mgf R a r 2-Ui g i o C m Φr 21. 150. 377
上面各式中:F d 为驱动力; F j 为加速阻力; F f 为滚动阻力; F i 为坡度阻力; F w 为空气阻力; M tq 为发动机转矩; i g 为变速器的传动比; i o 为主减速器的传动比; ηT 为传动系的机械效率; r 为车轮有效半径; v 为车速; M 为电机转矩; α为坡度角. C D 为风阻系数; m 为整车质量; A 为迎风面积.
利用以上公式, 可进行汽车基本性能参数的计算. 当α=0、d v/d t =0时, 可进行匀速行驶计算, 求最高车速; 当α=0时, 可进行加速性能参数的计算; 当d v/d t =0时, 可进行爬坡性能参数的计算. 2 结果比较
文中以装有CA 488汽油机和串励直流电动机的6600型中型客车为例, 对比分析采用不同驱动系统时的汽车的性能. CA 488汽油机的标定功率为65k W , 标定转速为4800r/mi n , 串励直流电动机额定功率为40k W. 图1, 图2为电动机作为动力源时的驱动力特性曲线,
表1
.
图1 发动机作为动力源时的驱动力特性曲线
Fig. 1 Perf or mance of bus drove by engine 图2 电动机作为动力源时的驱动力特性曲线Fig. 2 Perf or mance of bus drove by mot or
表1 部分计算结果
Table 1 Parts of calculated results
档 位速度范围/
(km ・h -1加 速 能 力发动机驱动
时间/s
1. 96
3. 92
5. 891) ) 电动机驱动2) 时间/s 2. 414. 827. 24Ⅰ 0~50~100~15
0~10
0~20
0~30
0~20
0~40
0~60距离/m 4. 9019. 6244. 14距离/m 6. 0324. 1354. 29 8. 0516. 1024. 15 40. 25161. 01362. 28 10. 0020. 0330. 05 50. 00200. 14450. 08ⅡⅢ 30. 37 60. 74 91. 12 303. 721214. 88 2733. 49 38. 56 77. 12 115. 67 385. 591542. 36 3470. 30
第6期 俞 明等:电动汽车的整车技术条件和实验方法的探讨
续表1 31
档 位速度范围/
(km ・h -1加 速 能 力发动机驱动
时间/s
155. 11
217. 15
310. 211) ) 电动机驱动2) 时间/s 211. 15295. 61Ⅳ 0~500~700~100
0~50
0~70
0~110距离/m 3877. 677600. 2315510. 70距离/m 5278. 8410346. 50 — 403. 136564. 39 — 10078. 4019753. 60 360. 46364. 65573. 02 6511. 5712762. 7031515. 00Ⅴ — —
注1) 发动机驱动能达到的最大速度为110km ・h -1, I 档的最大爬坡度为16. 43%; 2) 电动机驱动能达到的最大速度
为67km ・h -1, I 档最大爬坡度为17. 97%.
由上面分析可知, 在相同传动系及外界条件下, 电机驱动能获得较好的爬坡能力. 在加速能力方面:在低速、低档时, 相差不大; 高速、高档时, . 3 (1) ; (2) ;
(;
(4) .
根据基本理论和对比分析的结果, 主要考虑电动汽车整车性能试验中电动汽车的动力性、制动性、能耗特性、平顺性以及排放特性.
3. 1 动力性
动力性主要包括加速性、最高车速、稳速行驶里程、爬坡度以及坡度起步能力.
(1) 稳速行驶里程试验. 电动汽车以低于其本身最大动力加速到预定的试验车速, 在5%误差内保持预定车速不间断地试验, 直到汽车到达规定的终点为止, 报告稳态车速.
(2) 汽车行驶循环里程试验. 电动汽车行驶循环里程试验按下列方式之一进行工况试验:试验最大车速为16km/h ; 试验最大车速为32km/h ; 试验最大车速为48km/h ; 试验最大车速为72km/h. 主要有6种工况试验模式. 电动汽车以与实际使用情况最相匹配的循环模式进行试验.
(3) 水平路面上的加速特性试验. 电动汽车原地起动, 以最大可达到的或允许的加速度直至达汽车最大速度或安全极限为止. 在规定的电池充电初始状态下进行, 以得到加速特性, 画出汽车的加速特性图.
(4) 爬坡极限试验. 在一水平路面上于3种不同初始充电状态下测量驱动力, 即汽车以最低速度1. 5km/h 移动时在20s 期间驱动系统所保持的最大力. 然后用下式计算爬坡极限:百分数表示的爬坡极限=100ta n (a rcsi n (F/m ) ) . 式中:F 为测量得到的牵引力, kN ; m 为厂家提供的汽车满载质量, kg.
3. 2 能耗特性
与燃油汽车不同, 电动汽车的经济性指标主要是指一次充电的能量消耗, 它包括评价蓄
32华南理工大学学报 第28卷 电池在充电时所消耗的电能和评价充电后运行时蓄电池能量的消耗. 前者与充电方法、蓄电池充入电能的多少(蓄电池电能的充满程度) 和充电机的电能消耗有关. 目前这方面还没有具体的评价方法, 随着电动汽车的发展需进一步完善. 后者主要是用一次充电的续驶里程、稳速行驶里程和平均电能消耗量等方法进行评价, 其中一次充电量的多少(蓄电池充电的初始状态不同) 直接影响评价结果, 所以评价必须是在规定的蓄电池充电的基础上进行.
(1) 一次充电的续驶里程在某一车速运行时达到最大值. 对于不同的车型, 该车速也不相同. 对于中巴, 经过多次反复试验的统计结果表明, 当车速稳定在40km/h 时, 一次充电的续驶里程最长.
(2) 平均电能消耗是指以此车速行驶单位里程所消耗的电能, 可用下式计算:
E n =7. 72×10-5m B T (v n -1-v n ) /(t n -t n -1) .
式中:m B T 为汽车标定满载总质量, kg ; v 为车速, km/h ; t 为时间,s.
(3) 电动汽车的道路负荷功率. 汽车由驱动力来克服空气阻力和滚动阻力, 速v 运行时, 所需的驱动功率由下式确定:
P n =3. 86×10-5m ET (v n -21-v 2n /(t n n -1) .
式中:m ET 为汽车额定满载总质量, kg ; v , t , P n -v 曲线.
(4) , , 燃油消耗量在内燃机汽车中主要是指百公里耗油量. 以, 即在规定的不同稳定车速和行驶距离时, 同时记录、测量电能和油耗, 再转换成对应于每一稳定车速时行驶单位里程所消耗的能量.
3. 3 制动试验
由于电动汽车的制动系统工作方式的可逆性和能量储存元件的能量回收能力, 再生制动是电动汽车的一个典型特征, 具有相当大的优势. 尽管再生制动系统与普通制动系统的共存, 可能导致安全性方面的问题, 如再生制动的强度受充电状态或牵引电池温度的影响而不恒定, 但它具有节约能源、扩大里程和减少制动磨损的优点, 同时可以增加制动效果.
由于电机能量反馈时倒拖效应的存在, 对制动效果影响很大, 因而在电动汽车制动的测试中, 如何对其进行评定是一个不可忽视的问题.
3. 4 排放特性
主要是指混合动力电动汽车与普通汽车排放物成分的比较. 在解决电池问题以前, 目前, 电动汽车的发展以混合动力最具吸引力. 由于在混合动力系统中, 发动机的选择及其运行工况均与以内燃机为动力时不同. 通常情况下, 混合动力系统中的发动机在低速、小负荷时是不工作的, 而这一工况下发动机的排放状况通常是最差的. 当车速或负荷达到一定值时, 发动机开始工作, 此时发动机多为倒拖着火, 发动机一开始工作, 就在最佳的动力、经济和排放区运转, 从而避免了因发动机运行工况不良而引起排放物的增加.
对于混合动力汽车, 其排放标准不同于由内燃机驱动的汽车, 应更加严格, 尤其是要根据车速和负荷情况, 制定针对其发动机排放的限值.
3. 5 电动汽车整车室内试验
用室内试验台架对电动汽车底盘包括电池、电机、能量管理系统和制动能量回收系统等
第6期 俞 明等:电动汽车的整车技术条件和实验方法的探讨 33进行综合试验. 该综合试验使用了功能比车载测试仪器更强的室内试验设备, 消除了无需研究的因素, 在某些方面可获得精度更高、更全面和更深入的试验结果. 在试验中, 建立台架与实车道路间的关系, 利用计算机和测功机对电动汽车行驶滚动阻力、空气阻力和加速阻力进行模拟仿真, 从而可在室内模拟电动汽车的道路试验, 显著缩短了试验周期. 建立电动汽车底盘室内试验系统是很有必要的.
在电动汽车性能试验中, 其动力性以及混合动力汽车的排放特性均可参照现有汽车试验方法进行. 对于经济性指标则不同于内燃机汽车的测量方法. 制动性测量方法也可采用现有汽车试验方法进行, 但同时要对电机能量反馈系统产生的制动力进行测量, 根据运行工况制定评定方法.
4 结束语
本文在阐述汽车理论的基础上, ; 对电动汽车整车试验中的动力性、经济性、要问题进行了分析和讨论. , 参考文献:
[1] () [].北京:机械工业出版社, 1996.
[2] . [M ].北京:航空工业出版社, 1993.
[3] 机械工程手册、电机工程手册编辑委员会. 电机工程手册(电机卷) (第二版) [M ].北京:机械工业出
版社, 1996.
[4] 中国电工技术学会电动车辆专业委员会. ‘97中国电动汽车研究与开发[M ].北京:海洋出版社,
1997.
[5] J 227a -1976. Elect ric Vehicle Test Procedure [S].
A Tent ative St udy of t he Technical Specifications a nd
Testing Met hods of t he Elect ric Vehicle
YU Mi ng , XU Mi ng 2wei
(College of Traffic and Communications , Sout h China U niv. of Tech. , Guangzhou 510640, China ) Abst ract :Base d on t he basic aut omobile t heor y , t he p ap e r comp a res a nd a nal yzes t he p e r 2f or ma nces of t he middle buses drive n b y t he elect rical mot or a nd b y t he e ngi ne resp ective 2ly. The p owe r p e rf or ma nce , brea ki n g c ha racte ristic , e ne r gy consump tion , drivi ng a bilit y a nd exhaust of EV i n roa d tests a re also discusse d.
Key words :elect ric ve hicle ; ve hicle p e rf or ma nce ; test met hod ; tec h nical s p ecif ication
华南理工大学学报(自然科学版)
第28卷第6期
2000年6月J our nal of Sout h Chi na U nive rsit y of Tec h nology (Nat ural Scie nce Edition ) V ol. 28 N o. 6
J une 2000
电动汽车整车技术条件和实验方法的探讨
俞 明, 许明伟
(华南理工大学交通学院, 广东广州510640) 3
摘 要:在汽车基本理论的基础上, 对比分析了由电动机和内燃机驱动的中型客车的性能. 根据电动汽车的特点, 对电动汽车道路试验中的动力性、制动性、能耗特性、平顺性以及排放特性的评价方法进行了探讨.
关键词:电动汽车; 整车性能; 试验方法; 技术条件
中图分类号:U 463 文献标识码:A 文章编号:1000-565X (2000) 06-0029-05
电动汽车具有低噪声、零污染的特点, 有很好的发展前景. 目前, 期, 许多关键技术问题有待解决, . 测量方法和标准早已规范化, , 车无论是动力性、经济性, . 本研究在, . 1 F d =F f +F i +F w +F j
对于内燃机汽车有
η F d =; F f =mgfcos α; F w =; F i =mgsi n α; F j =m r 21. 15d t
η2即=mgfcos α++mgsi n α+m r 21. 15d t 2(1) (2)
对于电动汽车有
(3) F d =Mi g i o ηT /r
其余各项与内燃机汽车相同, 其车速v 的计算方法由下面各式确定, 电动机电压平衡式
(4) U max =I a R a +E n
式中I a =C m Φ; E n =C e Φn .
由于 n =vi g i o /0. 377r
故有
v =(-b +
收稿日期:2000-01-15
3基金项目:广州市科委软课题项目(98-R -008-01)
作者简介:俞 明(1964-) , 男, 博士, 副教授. 主要从事汽车结构动态设计和排气净化方面的研究. b -4ac ) /2a 2(5)
30
式中华南理工大学学报 第28卷
222Φ() ηη(6) a =; b =; c =mgf R a r 2-Ui g i o C m Φr 21. 150. 377
上面各式中:F d 为驱动力; F j 为加速阻力; F f 为滚动阻力; F i 为坡度阻力; F w 为空气阻力; M tq 为发动机转矩; i g 为变速器的传动比; i o 为主减速器的传动比; ηT 为传动系的机械效率; r 为车轮有效半径; v 为车速; M 为电机转矩; α为坡度角. C D 为风阻系数; m 为整车质量; A 为迎风面积.
利用以上公式, 可进行汽车基本性能参数的计算. 当α=0、d v/d t =0时, 可进行匀速行驶计算, 求最高车速; 当α=0时, 可进行加速性能参数的计算; 当d v/d t =0时, 可进行爬坡性能参数的计算. 2 结果比较
文中以装有CA 488汽油机和串励直流电动机的6600型中型客车为例, 对比分析采用不同驱动系统时的汽车的性能. CA 488汽油机的标定功率为65k W , 标定转速为4800r/mi n , 串励直流电动机额定功率为40k W. 图1, 图2为电动机作为动力源时的驱动力特性曲线,
表1
.
图1 发动机作为动力源时的驱动力特性曲线
Fig. 1 Perf or mance of bus drove by engine 图2 电动机作为动力源时的驱动力特性曲线Fig. 2 Perf or mance of bus drove by mot or
表1 部分计算结果
Table 1 Parts of calculated results
档 位速度范围/
(km ・h -1加 速 能 力发动机驱动
时间/s
1. 96
3. 92
5. 891) ) 电动机驱动2) 时间/s 2. 414. 827. 24Ⅰ 0~50~100~15
0~10
0~20
0~30
0~20
0~40
0~60距离/m 4. 9019. 6244. 14距离/m 6. 0324. 1354. 29 8. 0516. 1024. 15 40. 25161. 01362. 28 10. 0020. 0330. 05 50. 00200. 14450. 08ⅡⅢ 30. 37 60. 74 91. 12 303. 721214. 88 2733. 49 38. 56 77. 12 115. 67 385. 591542. 36 3470. 30
第6期 俞 明等:电动汽车的整车技术条件和实验方法的探讨
续表1 31
档 位速度范围/
(km ・h -1加 速 能 力发动机驱动
时间/s
155. 11
217. 15
310. 211) ) 电动机驱动2) 时间/s 211. 15295. 61Ⅳ 0~500~700~100
0~50
0~70
0~110距离/m 3877. 677600. 2315510. 70距离/m 5278. 8410346. 50 — 403. 136564. 39 — 10078. 4019753. 60 360. 46364. 65573. 02 6511. 5712762. 7031515. 00Ⅴ — —
注1) 发动机驱动能达到的最大速度为110km ・h -1, I 档的最大爬坡度为16. 43%; 2) 电动机驱动能达到的最大速度
为67km ・h -1, I 档最大爬坡度为17. 97%.
由上面分析可知, 在相同传动系及外界条件下, 电机驱动能获得较好的爬坡能力. 在加速能力方面:在低速、低档时, 相差不大; 高速、高档时, . 3 (1) ; (2) ;
(;
(4) .
根据基本理论和对比分析的结果, 主要考虑电动汽车整车性能试验中电动汽车的动力性、制动性、能耗特性、平顺性以及排放特性.
3. 1 动力性
动力性主要包括加速性、最高车速、稳速行驶里程、爬坡度以及坡度起步能力.
(1) 稳速行驶里程试验. 电动汽车以低于其本身最大动力加速到预定的试验车速, 在5%误差内保持预定车速不间断地试验, 直到汽车到达规定的终点为止, 报告稳态车速.
(2) 汽车行驶循环里程试验. 电动汽车行驶循环里程试验按下列方式之一进行工况试验:试验最大车速为16km/h ; 试验最大车速为32km/h ; 试验最大车速为48km/h ; 试验最大车速为72km/h. 主要有6种工况试验模式. 电动汽车以与实际使用情况最相匹配的循环模式进行试验.
(3) 水平路面上的加速特性试验. 电动汽车原地起动, 以最大可达到的或允许的加速度直至达汽车最大速度或安全极限为止. 在规定的电池充电初始状态下进行, 以得到加速特性, 画出汽车的加速特性图.
(4) 爬坡极限试验. 在一水平路面上于3种不同初始充电状态下测量驱动力, 即汽车以最低速度1. 5km/h 移动时在20s 期间驱动系统所保持的最大力. 然后用下式计算爬坡极限:百分数表示的爬坡极限=100ta n (a rcsi n (F/m ) ) . 式中:F 为测量得到的牵引力, kN ; m 为厂家提供的汽车满载质量, kg.
3. 2 能耗特性
与燃油汽车不同, 电动汽车的经济性指标主要是指一次充电的能量消耗, 它包括评价蓄
32华南理工大学学报 第28卷 电池在充电时所消耗的电能和评价充电后运行时蓄电池能量的消耗. 前者与充电方法、蓄电池充入电能的多少(蓄电池电能的充满程度) 和充电机的电能消耗有关. 目前这方面还没有具体的评价方法, 随着电动汽车的发展需进一步完善. 后者主要是用一次充电的续驶里程、稳速行驶里程和平均电能消耗量等方法进行评价, 其中一次充电量的多少(蓄电池充电的初始状态不同) 直接影响评价结果, 所以评价必须是在规定的蓄电池充电的基础上进行.
(1) 一次充电的续驶里程在某一车速运行时达到最大值. 对于不同的车型, 该车速也不相同. 对于中巴, 经过多次反复试验的统计结果表明, 当车速稳定在40km/h 时, 一次充电的续驶里程最长.
(2) 平均电能消耗是指以此车速行驶单位里程所消耗的电能, 可用下式计算:
E n =7. 72×10-5m B T (v n -1-v n ) /(t n -t n -1) .
式中:m B T 为汽车标定满载总质量, kg ; v 为车速, km/h ; t 为时间,s.
(3) 电动汽车的道路负荷功率. 汽车由驱动力来克服空气阻力和滚动阻力, 速v 运行时, 所需的驱动功率由下式确定:
P n =3. 86×10-5m ET (v n -21-v 2n /(t n n -1) .
式中:m ET 为汽车额定满载总质量, kg ; v , t , P n -v 曲线.
(4) , , 燃油消耗量在内燃机汽车中主要是指百公里耗油量. 以, 即在规定的不同稳定车速和行驶距离时, 同时记录、测量电能和油耗, 再转换成对应于每一稳定车速时行驶单位里程所消耗的能量.
3. 3 制动试验
由于电动汽车的制动系统工作方式的可逆性和能量储存元件的能量回收能力, 再生制动是电动汽车的一个典型特征, 具有相当大的优势. 尽管再生制动系统与普通制动系统的共存, 可能导致安全性方面的问题, 如再生制动的强度受充电状态或牵引电池温度的影响而不恒定, 但它具有节约能源、扩大里程和减少制动磨损的优点, 同时可以增加制动效果.
由于电机能量反馈时倒拖效应的存在, 对制动效果影响很大, 因而在电动汽车制动的测试中, 如何对其进行评定是一个不可忽视的问题.
3. 4 排放特性
主要是指混合动力电动汽车与普通汽车排放物成分的比较. 在解决电池问题以前, 目前, 电动汽车的发展以混合动力最具吸引力. 由于在混合动力系统中, 发动机的选择及其运行工况均与以内燃机为动力时不同. 通常情况下, 混合动力系统中的发动机在低速、小负荷时是不工作的, 而这一工况下发动机的排放状况通常是最差的. 当车速或负荷达到一定值时, 发动机开始工作, 此时发动机多为倒拖着火, 发动机一开始工作, 就在最佳的动力、经济和排放区运转, 从而避免了因发动机运行工况不良而引起排放物的增加.
对于混合动力汽车, 其排放标准不同于由内燃机驱动的汽车, 应更加严格, 尤其是要根据车速和负荷情况, 制定针对其发动机排放的限值.
3. 5 电动汽车整车室内试验
用室内试验台架对电动汽车底盘包括电池、电机、能量管理系统和制动能量回收系统等
第6期 俞 明等:电动汽车的整车技术条件和实验方法的探讨 33进行综合试验. 该综合试验使用了功能比车载测试仪器更强的室内试验设备, 消除了无需研究的因素, 在某些方面可获得精度更高、更全面和更深入的试验结果. 在试验中, 建立台架与实车道路间的关系, 利用计算机和测功机对电动汽车行驶滚动阻力、空气阻力和加速阻力进行模拟仿真, 从而可在室内模拟电动汽车的道路试验, 显著缩短了试验周期. 建立电动汽车底盘室内试验系统是很有必要的.
在电动汽车性能试验中, 其动力性以及混合动力汽车的排放特性均可参照现有汽车试验方法进行. 对于经济性指标则不同于内燃机汽车的测量方法. 制动性测量方法也可采用现有汽车试验方法进行, 但同时要对电机能量反馈系统产生的制动力进行测量, 根据运行工况制定评定方法.
4 结束语
本文在阐述汽车理论的基础上, ; 对电动汽车整车试验中的动力性、经济性、要问题进行了分析和讨论. , 参考文献:
[1] () [].北京:机械工业出版社, 1996.
[2] . [M ].北京:航空工业出版社, 1993.
[3] 机械工程手册、电机工程手册编辑委员会. 电机工程手册(电机卷) (第二版) [M ].北京:机械工业出
版社, 1996.
[4] 中国电工技术学会电动车辆专业委员会. ‘97中国电动汽车研究与开发[M ].北京:海洋出版社,
1997.
[5] J 227a -1976. Elect ric Vehicle Test Procedure [S].
A Tent ative St udy of t he Technical Specifications a nd
Testing Met hods of t he Elect ric Vehicle
YU Mi ng , XU Mi ng 2wei
(College of Traffic and Communications , Sout h China U niv. of Tech. , Guangzhou 510640, China ) Abst ract :Base d on t he basic aut omobile t heor y , t he p ap e r comp a res a nd a nal yzes t he p e r 2f or ma nces of t he middle buses drive n b y t he elect rical mot or a nd b y t he e ngi ne resp ective 2ly. The p owe r p e rf or ma nce , brea ki n g c ha racte ristic , e ne r gy consump tion , drivi ng a bilit y a nd exhaust of EV i n roa d tests a re also discusse d.
Key words :elect ric ve hicle ; ve hicle p e rf or ma nce ; test met hod ; tec h nical s p ecif ication