【汽車理論(第二版)】第三章第一頁，共143頁。汽車燃料經(jīng)濟性，是指在保證動力性的條件下，汽車以盡量少的燃料消耗量經(jīng)濟行駛的能力。為了評價汽車的燃料經(jīng)濟性，常選取單位行程的燃料消耗量或單位運輸工作的燃料消耗量

(作為評價指標。汽車燃料經(jīng)濟性也可用汽車消耗單位量燃料所行駛的里程

作為評價指標，稱為汽車經(jīng)濟性因數(shù)。第二頁，共143頁。等速行駛百公里燃料消耗量曲線。等速行駛百公里燃料消耗量第三頁，共143頁。等速行駛?cè)剂辖?jīng)濟性不能全面考核汽車運行燃料經(jīng)濟性，它只能作為一種相對比較性的指標。我國針對載貨汽車、城市公共汽車和乘用車提出了相應(yīng)的燃料經(jīng)濟性試驗規(guī)范。載貨汽車“六工況燃料測試循環(huán)”、城市公共客車四工況（GB/T12545.2-2001）方法見表3-1、表3-2和圖3-2、圖3-3。綜合燃料經(jīng)濟性第四頁，共143頁。綜合燃料經(jīng)濟性第五頁，共143頁。綜合燃料經(jīng)濟性第六頁，共143頁。綜合燃料經(jīng)濟性第七頁，共143頁。綜合燃料經(jīng)濟性第八頁，共143頁?！俺擞密嚦鞘械妆P測功機試驗運轉(zhuǎn)循環(huán)”，（GB/T12545.1-2008）方法見表3-3和圖3-4。綜合燃料經(jīng)濟性第九頁，共143頁。綜合燃料經(jīng)濟性第十頁，共143頁。綜合燃料經(jīng)濟性第十一頁，共143頁。美國機動車工程師協(xié)會（SAE）曾推薦了四種道路循環(huán)，見表3-4及圖3-5。道路循環(huán)試驗在一定程度上反映了汽車實際行駛工況。它具有數(shù)據(jù)重復(fù)性好，使用儀器簡單，花費時間少，消耗低等優(yōu)點。所以，現(xiàn)在使用這類方法的很多。綜合燃料經(jīng)濟性第十二頁，共143頁。綜合燃料經(jīng)濟性第十三頁，共143頁。綜合燃料經(jīng)濟性第十四頁，共143頁。在汽車底盤測功器上進行汽車燃料經(jīng)濟性測量是汽車制造商和汽車檢驗認證機構(gòu)常用的室內(nèi)試驗方法。這種試驗?zāi)芙柚妆P測功器模擬汽車行駛阻力與加速時慣性阻力等道路上的行駛工況。所以，可以按照很復(fù)雜的循環(huán)規(guī)范對汽車進行室內(nèi)試驗。若試驗間的氣溫也能控制，則室內(nèi)汽車測功器就能控制主要使用因素。圖3-6是美國環(huán)保局（EPA）CVS-C行駛循環(huán)的速度—時間關(guān)系曲線。綜合燃料經(jīng)濟性第十五頁，共143頁。圖3-6是美國環(huán)保局（EPA）CVS-C循環(huán)（UrbanDynamometerDriving

Scheedule，即UDDS)行駛循環(huán)的速度—時間關(guān)系曲線。綜合燃料經(jīng)濟性第十六頁，共143頁。除了UDDS，還有公路行駛循環(huán)（HighwayFuelEconomyTest，即HWFET），如圖3-7所示。綜合燃料經(jīng)濟性第十七頁，共143頁。等速行駛工況燃料消耗量的計算圖3-8給出了某一汽油發(fā)動機的萬有特性曲線。第十八頁，共143頁。在萬有特性圖上（利用插值法）可確定相應(yīng)的燃料消耗率ｂ,從而計算出以該車速等速行駛時單位時間內(nèi)的燃料消耗量（ML/s）為：汽油的

可取為6.96~7.15N/L，柴油可取為7.94~8.13N/L整個等速過程行經(jīng)S（m）行程的燃料消耗量（mL）為：等速行駛工況燃料消耗量的計算第十九頁，共143頁。折算成等速行駛百公里燃料消耗量（L/100km）為：等速行駛工況燃料消耗量的計算第二十頁，共143頁。等加速行駛工況燃料消耗量的計算由以等加速度加速行駛至的燃料消耗量，如圖3-9所示。把加速過程分隔為若干區(qū)間，例如按速度每增加1km/h為一個小區(qū)間，每個區(qū)間的燃料消耗量可根據(jù)其平均的單位時間燃料消耗量與行駛時間之積來求得。第二十一頁，共143頁。等加速行駛工況燃料消耗量的計算各區(qū)間起始或終了車速所對應(yīng)時刻的單位時間燃料消耗量

，可根據(jù)相應(yīng)的發(fā)動機發(fā)出的功率與燃料消耗率求得

。而汽車行駛速度每增加1km/h所需時間（s）為：從行駛初速加速至

所需燃料量(ｍＬ)為：第二十二頁，共143頁。等加速行駛工況燃料消耗量的計算由車速

再增加1kmh所需的燃料量（mL）為：依此，每個區(qū)間的燃料消耗量為：第二十三頁，共143頁。等加速行駛工況燃料消耗量的計算整個加速過程的燃料消耗量（mL）為：或加速區(qū)段內(nèi)汽車行駛的距離（m）為：第二十四頁，共143頁。等減速行駛工況燃料消耗量的計算減速工況燃料消耗量等于減速行駛時間與怠速油耗的乘積。減速時間（s）為：減速過程燃料消耗量（mL）為：減速區(qū)段內(nèi)汽車行駛的距離（m）為：第二十五頁，共143頁。怠速停車時的燃料消耗量若怠速停車時間為

，則燃料消耗量（mL）為：第二十六頁，共143頁。整個循環(huán)工況的百公里燃料消耗量對于由等速、等加速、等減速、怠速停車等行駛工況組成的循環(huán)，如

和我國貨車六工況法，其整個試驗循環(huán)的百公里燃料消耗量（L/100km）為：第二十七頁，共143頁。裝有液力變矩器汽車的燃料經(jīng)濟性計算圖3-10即表示在不同節(jié)氣門位置下發(fā)動機轉(zhuǎn)矩與小時燃料消耗量對其轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系曲線。第二十八頁，共143頁。不同節(jié)氣門開度

下的

與

曲線，如圖3-11所示：轉(zhuǎn)速坐標按下列關(guān)系換算成速度坐標：裝有液力變矩器汽車的燃料經(jīng)濟性計算第二十九頁，共143頁。為了確定汽車在不同道路上以不同速度行駛時發(fā)動機的節(jié)氣門開度

與轉(zhuǎn)速

，應(yīng)利用轉(zhuǎn)矩平衡，即在

的圖上，按下列公式繪制汽車在不同道路阻力系數(shù)

下等速行駛時克服行駛阻力所需的渦輪轉(zhuǎn)矩與行駛速度的關(guān)系：裝有液力變矩器汽車的燃料經(jīng)濟性計算第三十頁，共143頁。所得與的交點決定了汽車在一定道路阻力系數(shù)（例如

）下的汽車行駛速度與發(fā)動機節(jié)氣門位置，并由所得速度在

曲線上確定（即n）。于是，相應(yīng)的小時燃料消耗量即可由圖3-10b）的

曲線上求出。而百公里燃料消耗量

（L/100km），可按下式求得：裝有液力變矩器汽車的燃料經(jīng)濟性計算第三十一頁，共143頁。這樣，汽車的百公里燃料消耗量曲線便可求出。表3-5為幾種車型等速燃料消耗量對比表

：裝有液力變矩器汽車的燃料經(jīng)濟性計算第三十二頁，共143頁。計算某一具體條件下的汽車燃料消耗量也可采用定額計算法，它是一種能反映運輸工作量的計算方法。汽車運行燃料消耗量的計算式用于計算汽車在不同運行條件下所消耗的燃料限額，以限制和考核汽車運行燃料經(jīng)濟性。它由汽車基本運行燃料消耗量和汽車運行條件修正系數(shù)兩部分構(gòu)成。定額計算法第三十三頁，共143頁。載貨汽車運行燃料消耗量計算式為：定額計算法第三十四頁，共143頁。定額計算法第三十五頁，共143頁。大型載客汽車運行燃料消耗量計算式為：定額計算法第三十六頁，共143頁。轎車運行燃料消耗量計算式為：定額計算法第三十七頁，共143頁。氣溫和氣壓修正系數(shù)也可分別按表3-6和表3-7選取。道路條件修正系數(shù)可按表3-8選取。定額計算法第三十八頁，共143頁。定額計算法第三十九頁，共143頁。汽車的排放性主要是指汽車在工作時向大氣及其環(huán)境排放有害物質(zhì)（CO、HC、NOX、柴油車PM等）的情況，常用汽車行駛單位里程或消耗單位燃料時某種污染物的平均排放量來評價。為了保護環(huán)境、保障人體健康，不少國家制定了汽車及內(nèi)燃機的排污標準，成為必須遵守的法規(guī)。我國及歐洲汽車排放標準見表3-9。第四十頁，共143頁。第四十一頁，共143頁。與我國2011年起陸續(xù)實施的國三、國四排放標準等效的歐洲EU-Ⅲ號、EU-

Ⅳ號汽車尾氣排放標準具體限值如下：乘員數(shù)：7~9人，或總質(zhì)量大于2.5ｔ且不大于3.5ｔ的乘用車；總質(zhì)量不大于3.5ｔ的載貨車。EU-

Ⅲ號和EU-

Ⅳ號的要求見表3-10及表3-11。第四十二頁，共143頁。第四十三頁，共143頁。第四十四頁，共143頁。通過采用電控系統(tǒng)、優(yōu)化燃燒狀況、使用新型燃料、引入后處理技術(shù)和整車輕量化，都可以改善傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的排放性。隨著石油等化石燃料的不斷消耗和環(huán)境污染問題日益嚴峻，內(nèi)燃機燃燒效率的先天不足，加之電動汽車排放性的優(yōu)勢，使得發(fā)展電動汽車的必要性凸顯。第四十五頁，共143頁?；旌蟿恿ζ囀且粋€多能源輸入系統(tǒng)，電機驅(qū)動時消耗的電能最終需有發(fā)動機燃油來補充，電機發(fā)電時產(chǎn)生的電能也相當于將一定燃油能量存入電池。因此，發(fā)動機和電機所消耗的總能量可以用最終所需消耗的燃油量來表示，這就是綜合等效油耗。燃料電池汽車也是多能源輸入系統(tǒng)，其能量最終來自于氫的消耗。燃料電池車所消耗的總能量用最終所需消耗的氫量來表示就是等效綜合氫耗。純電動汽車是單一動力源驅(qū)動系統(tǒng)，沒有經(jīng)過能源的轉(zhuǎn)換，其綜合電耗就是電池的耗電量。綜合等效油耗、氫耗、電耗的概念第四十六頁，共143頁。下面僅對混合動力汽車和燃料電池汽車來分別確定對應(yīng)的綜合等效油耗和綜合等效氫耗。1）綜合等效油耗當電機作為電動機或發(fā)電機工作時，會有能量的轉(zhuǎn)換，將電能轉(zhuǎn)換為等效的燃油量有助于評價換擋前后的燃油經(jīng)濟性。計算步驟如下：綜合等效油耗、氫耗、電耗的概念第四十七頁，共143頁。電機工作在電動機和發(fā)電機狀態(tài)時，電路圖結(jié)構(gòu)如圖3-12所示。綜合等效油耗、氫耗、電耗的概念第四十八頁，共143頁。其中，為總電流；為電池組開路電壓、放電內(nèi)阻和充電電阻，以電動機狀態(tài)為例，系統(tǒng)功率平衡方程：綜合等效油耗、氫耗、電耗的概念而此時需要的電池輸出功率：第四十九頁，共143頁。按照類似方法也可計算得到電機發(fā)電時電池的輸入功率。這樣就包括了從電機到電池的能量效率。由計算得到的電池功率可知，當電機工作在電動機狀態(tài)時，電池消耗功率折算的油耗值應(yīng)與發(fā)動機油耗相加；而當電機工作在發(fā)電機狀態(tài)時，電池得到的功率折算的油耗值應(yīng)與發(fā)動機油耗相減。綜合等效油耗、氫耗、電耗的概念第五十頁，共143頁。電機消耗的等效燃油為：電機的等效燃油消耗加上發(fā)動機的燃油消耗，就可以得到綜合的等效燃油消耗：綜合等效油耗、氫耗、電耗的概念第五十一頁，共143頁。2）綜合等效氫耗燃料電池系統(tǒng)的綜合氫耗C由燃料電池氫耗和蓄電池的等效氫耗兩部分組成。綜合等效油耗、氫耗、電耗的概念第五十二頁，共143頁。根據(jù)不同的路況和修正系數(shù)μ的值，保證SOC處于[SH

,SL]的范圍之內(nèi)。根據(jù)臺架試驗數(shù)據(jù)，燃料電池氫耗與DC/DC

變換器輸出功率之間呈線性關(guān)系：綜合等效油耗、氫耗、電耗的概念第五十三頁，共143頁。根據(jù)等效消耗理論，蓄電池等效氫耗可按下式計算：綜合等效油耗、氫耗、電耗的概念第五十四頁，共143頁。蓄電池的充放電效率為：綜合等效油耗、氫耗、電耗的概念第五十五頁，共143頁。1）換擋參數(shù)的選擇在混合動力汽車系統(tǒng)中，由于其多動力源的結(jié)構(gòu)，使得節(jié)氣門開度不能有效地反映駕駛員的轉(zhuǎn)矩需求，所以應(yīng)當另外選取換擋控制參數(shù)。駕駛員油門開度是個很好的選擇，配合當前發(fā)動機轉(zhuǎn)速和狀態(tài)，可以有效地反映出駕駛員的轉(zhuǎn)矩需求。因此，油門開度

、電池值和車速v

或發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以全面地表示發(fā)動機、電機和蓄電池的輸出狀態(tài)。混合動力汽車經(jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第五十六頁，共143頁。2）最佳燃油經(jīng)濟性換擋規(guī)律制定步驟混合動力汽車經(jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第五十七頁，共143頁。3）經(jīng)濟性換擋規(guī)律計算結(jié)果及性能驗證由駕駛員油門開度，電池SOC和車速v共同決定的綜合經(jīng)濟性換擋規(guī)律曲面如圖3-14所示。為驗證其有效性，以NEDC循環(huán)工況作為行駛工況，分別采用傳統(tǒng)兩參數(shù)和所設(shè)計的三參數(shù)換擋規(guī)律(加速踏板開度、電池SOC和車速)進行換擋控制實車轉(zhuǎn)鼓性能試驗，結(jié)果表明，考慮電池SOC狀態(tài)的混合動力經(jīng)濟性換擋規(guī)律，相對傳統(tǒng)換擋規(guī)律，燃油經(jīng)濟性改善了2.4％。混合動力汽車經(jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第五十八頁，共143頁?；旌蟿恿ζ嚱?jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第五十九頁，共143頁。1）電動汽車的能量經(jīng)濟性仿真建模方法計算機仿真是能量管理策略設(shè)計的有力工具，仿真分析有助于深入理解混合動力系統(tǒng)的工作過程和分析能量管理策略中動力學(xué)的主要影響因素，快速驗證能量管理策略。在能量管理策略設(shè)計中，系統(tǒng)部件模型還可以用來定量分析整車的能量消耗，建立能量消耗模型，用于算法設(shè)計。此外，在整車方案設(shè)計時，可以用整車仿真程序來評估整車性能，驗證方案設(shè)計，以及對方案進行優(yōu)化設(shè)計等。電動汽車的能量經(jīng)濟性仿真方法及實例分析第六十頁，共143頁。面向混合動力汽車能量經(jīng)濟性仿真模型著重分析各動力部件的能量消耗，通常采用主要基于各部件穩(wěn)態(tài)試驗數(shù)據(jù)，結(jié)合整車動力學(xué)動態(tài)模型的建模方法。同時，對于主要零部件模型一方面考慮對穩(wěn)態(tài)特性在溫升等參數(shù)改變時的修正，另一方面考慮負載變化和慣量的動態(tài)影響。國外的軟件，如ADVISOR等以及國內(nèi)對混合動力汽車的建模分析中幾乎全部都是采用了這種建模方法?；旌蟿恿ζ嚱?jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第六十一頁，共143頁。此外，現(xiàn)在的汽車仿真方法主要有前向仿真和后向仿真兩種，仿真軟件也多采用其中的一種方法，使兩種方法優(yōu)劣不能互補，而ADVISOR采用了以后向仿真為主、前向仿真為輔的混合仿真方法，這樣便較好地集成了兩種方法的優(yōu)點，既使仿真計算量較小，運算速度較快，同時又保證了仿真結(jié)果的精度?；旌蟿恿ζ嚱?jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第六十二頁，共143頁。如圖3-15所示，ADVISOR軟件分模塊建立了發(fā)動機、離合器、變速器、主減速器、車輪和車軸等部件的仿真模型，各個模塊都有標準的數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，便于模塊間進行數(shù)據(jù)傳遞，而且各總成模塊都很容易擴充和修改，各模塊也可以隨意的組合使用，用戶可以在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上根據(jù)需要對一些模塊進行修改，然后重新組裝需要的汽車模型?；旌蟿恿ζ嚱?jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第六十三頁，共143頁?；旌蟿恿ζ嚱?jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第六十四頁，共143頁。整車驅(qū)動模式控制以及發(fā)動機、發(fā)電機、蓄電池、電機等子系統(tǒng)之間的能量管理是混合動力汽車控制策略最核心的內(nèi)容。在面向混合動力汽車能量管理策略開發(fā)的建模時，模型主要可以分為兩大類：包括發(fā)動機、蓄電池、ISG電機在內(nèi)的動力總成模型，以及包括整車模型、車輪模型在內(nèi)的整車縱向動力學(xué)模型，整個仿真系統(tǒng)通過加入駕駛員模型實現(xiàn)閉環(huán)。駕駛員模型包含了換擋策略以及跟蹤目標車速的PID控制器，輸入為汽車行駛目標車速與實際車速?；旌蟿恿ζ嚱?jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第六十五頁，共143頁。針對電動汽車能量經(jīng)濟性，主要是通過整車關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化匹配，例如混合度的優(yōu)化，以及整車能量管理策略保證的。它主要包括制定經(jīng)濟性換擋規(guī)律，讓發(fā)動機盡可能工作在高效區(qū)，取消發(fā)動機怠速等。混合動力汽車經(jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第六十六頁，共143頁。2）弱混合動力轎車應(yīng)用實例分析針對弱混合動力轎車，在發(fā)動機曲軸后端連接ISG電，ISG后端再以離合器與傳動系連接。這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)發(fā)動機快速起停、ISG電機助力發(fā)電以及再生制動等功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，圖3-16為該配置方案的簡圖，技術(shù)參數(shù)見表3-12。混合動力汽車經(jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第六十七頁，共143頁。混合動力汽車經(jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第六十八頁，共143頁。與傳統(tǒng)汽車一樣，混合動力汽車的動力全部來自發(fā)動機的燃料燃燒所釋放的熱能，電機驅(qū)動所需的電能是燃料的熱能在車輛行駛中轉(zhuǎn)換為電能后儲存在蓄電池中。并聯(lián)混合動力汽車通過取消發(fā)動機怠速運行工況、控制發(fā)動機工作于最佳效率區(qū)并且可通過負荷平衡來實現(xiàn)，即用電機來調(diào)整發(fā)動機，可以極大地提高燃料的使用效率，從而提高汽車的燃料經(jīng)濟性。能量管理策略的目標，是使能量轉(zhuǎn)換效率盡可能高，因此，控制發(fā)動機工作于最佳效率區(qū)是能量管理策略需要解決的主要問題，也是保證混合動力汽車能量經(jīng)濟性的關(guān)鍵?；旌蟿恿ζ嚱?jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第六十九頁，共143頁。由于ISG功率限制，該種結(jié)構(gòu)形式的混合動力車輛提高經(jīng)濟性排放性的途徑主要是取消怠速，改善發(fā)動機工況，以及再生制動方面，并不能用于單獨驅(qū)動車輛。混合動力汽車經(jīng)濟性換擋規(guī)律的制定第七十頁，共143頁。1）電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法為了使電動汽車能耗經(jīng)濟性評價指標具有普遍性，其評價指標應(yīng)該滿足以下３個條件：（1）可以對不同類型的電動汽車經(jīng)濟性進行評價（2）指標參數(shù)數(shù)值與整車儲存能量總量無關(guān)（3）可以直接通過參數(shù)指標警醒能耗經(jīng)濟性判斷電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第七十一頁，共143頁。電動汽車常用評價指標包括：續(xù)駛里程、單位里程容量消耗、單位里程能量消耗、單位容量和單位能量消耗行駛里程、等速能耗經(jīng)濟曲線以及比能耗和比容耗等。針對能量消耗和續(xù)駛里程測試，均有等速法和工況法兩種測量方法，計算和測試可以針對這兩種情況進行。等速法就是繪制等速能量消耗曲線，通常以測出速度間隔為10ｋｍ/ｈ的等速行駛能耗為標準，在“速度-能耗”曲線上連成曲線。等速能耗測試不能全面反映汽車實際行駛中受工況變化的影響，但是對于經(jīng)濟時速的確定以及勻速法計算續(xù)駛里程是有必要的。電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第七十二頁，共143頁。在對實際行駛車輛進行跟蹤測試統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，各國都制定了一些典型的循環(huán)行駛試驗工況來模擬汽車實際運行狀況，并以百公里能耗來評定相應(yīng)行駛工況下的能耗經(jīng)濟性。歐洲常用的一些工況是UDDS工況，而國內(nèi)比較典型的是ECE-EUDC工況（10.2km，1225s），如圖3-17所示，測試步驟流程圖如圖3-18所示。電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第七十三頁，共143頁。電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第七十四頁，共143頁。電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第七十五頁，共143頁。主要的測試步驟為：（1）百公里油耗試驗和污染物排放試驗同時進行，根據(jù)排放試驗所得的數(shù)據(jù)使用碳平衡法計算所消耗的燃油量；（2）當測試混合動力模式下的油耗時，還應(yīng)記錄蓄電池SOC值及電壓、實際行駛里程；（3）ECE-EUDC循環(huán)工況進行一次，計算百公里汽油消耗量；電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第七十六頁，共143頁。（4）當測試混合動力模式下的油耗時，還應(yīng)根據(jù)ECE-EUDC循環(huán)工況蓄電池SOC值的變化，計算每次變化折算的百公里油耗；（5）計算ECE-EUDC循環(huán)工況蓄電池SOC值的變化折算成的百公里油耗量；（6）計算總油耗；（7）測試結(jié)束后停車關(guān)機。以上測試步驟是針對于混合動力汽車，對于純電動汽車而言，直接記錄蓄電池SOC值及電壓、實際行駛里程即可。電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第七十七頁，共143頁。2）電動汽車的能量經(jīng)濟性試驗分析根據(jù)所提出的測試理論及步驟，分別針對純電動和混合動力汽車進行能量經(jīng)濟性的測試。（1）試驗分析1以某款純電動汽車為例，測試在不同車速下的勻速百公里能耗，該汽車的整車技術(shù)參數(shù)見表3-13。電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第七十八頁，共143頁。等速百公里能耗測試時，測試方法遵循國家標準GB/T18386-2005的測試方法。車速從20km/h開始，每組測試完畢速度依次增加10km/h，直至120km/h，并且在測試中實時記錄電池的能量狀況和計算續(xù)駛里程，待行駛百公里時測得在該速度下的能耗，這樣就得到了等速百公里能耗經(jīng)濟曲線和續(xù)駛里程和車速關(guān)系數(shù)據(jù)，見表3-14。電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第七十九頁，共143頁。從表中可以看出，百公里能耗隨著車速的提高而增加，續(xù)駛里程隨著車速的提高而減少，低速行駛及能耗少時有助于增加電動汽車的續(xù)駛里程。此外，利用UDDS工況和ECE-EUDC工況進行百公里能耗和續(xù)駛里程測試時，該電動汽車在UDDS工況下百公里能耗為11.05kWh，續(xù)駛里程為205km；在ECE-EUDC工況下百公里能耗為12.28kWh，續(xù)駛里程為180km，后者能耗小，是由于電動汽車行駛時滾動阻力小，風(fēng)阻小等。電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第八十頁，共143頁。（2）試驗分析2以某款混合動力汽車為例，在ECE-EUDC工況下進行百公里能耗和續(xù)駛里程測試，該汽車的整車技術(shù)參數(shù)見表3-15。分析設(shè)備根據(jù)計算排放所采集的廢氣，使用碳平衡法得出，百公里油耗為8.169Ｌ。電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第八十一頁，共143頁。此外，根據(jù)GB/T19753-2013

《輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》在混合動力模式下，蓄電池的SOC

變化量應(yīng)該折算成相應(yīng)的燃油消耗量：試驗過程中主要記錄的參數(shù)以及計算結(jié)果見表3-16。電動汽車的能量經(jīng)濟性測試方法及實例分析第八十二頁，共143頁。由上節(jié)可知，汽車等速行駛百公里燃料消耗量為：由上式可知，等速行駛百公里燃料消耗量正比于等速行駛時的行駛阻力與燃料消耗率，反比于傳動效率。第八十三頁，共143頁。圖3-19是美國中型轎車在EPA

城市和EPA公路循環(huán)工況中的燃料化學(xué)能與汽車各處消耗能量的平衡圖。由圖可以看出，汽車燃料消耗除與行駛阻力（滾動阻力與空氣阻力）、發(fā)動機燃料消耗率以及傳動系效率有關(guān)之外，還與停車怠速油耗、汽車附件（空調(diào)等）消耗及制動能量損耗有關(guān)。在城市循環(huán)工況中，后三個因素的影響相當大，它們消耗的能量總計達燃料化學(xué)能的25.2％。但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的汽車在這些方面尚未找到提高燃料經(jīng)濟性的突破性措施。下面從汽車結(jié)構(gòu)與使用兩個方面討論影響汽車燃料經(jīng)濟性的因素，分析提高燃料經(jīng)濟性的途徑。第八十四頁，共143頁。第八十五頁，共143頁。1）發(fā)動機由圖3-19可知，發(fā)動機中的熱損失與機械損耗占燃料化學(xué)能中的65％左右。顯然，發(fā)動機是對汽車燃料經(jīng)濟性影響最大的部件。目前看來提高發(fā)動機經(jīng)濟性的主要途徑為：（1）提高壓縮比（2）采用汽油機電子燃料噴射系統(tǒng)（3）多氣門結(jié)構(gòu)（4）渦輪增壓技術(shù)（5）燃燒稀混合氣汽車結(jié)構(gòu)方面第八十六頁，共143頁。2）傳動系統(tǒng)通過改進傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，可以得到良好的節(jié)能效果：（1）采用機械多擋變速器傳動系的擋位越多，汽車在運行過程中越有可能選用合適的速比，使發(fā)動機處于經(jīng)濟的工作狀況，以提高汽車的燃料經(jīng)濟性。（2）采用無級變速器擋數(shù)無限的無級變速器，提供了使發(fā)動機在任何條件下都工作在最經(jīng)濟工況下的可能性。若無級變速器始終能維持較高的機械效率，則汽車的燃料經(jīng)濟性將顯著提高。汽車結(jié)構(gòu)方面第八十七頁，共143頁。目前，在轎車上所用的自動變速器主要有三種形式：液力機械自動變速器（AutomaticTransmission，AT）無級變速器（ContinuouslyVariabTransmission，CVT）電控機械式自動變速器AMT（AutomatedMechanicalTransmission，AMT）。汽車結(jié)構(gòu)方面第八十八頁，共143頁。（1）液力機械自動變速器（AT）液力機械自動變速器技術(shù)已十分成熟，目前占據(jù)著自動變速系統(tǒng)的主導(dǎo)地位。由于液力變矩器的傳動效率低，汽車燃料經(jīng)濟性反而有所下降。近年來為了節(jié)油和進一步提高動力性，液力機械自動變速器的擋數(shù)有所增加，一般為五個擋，也有六、七、八、九擋的。有的擋位（如三擋）進行功率分流，即較大部分功率不經(jīng)過液力變矩器而直接經(jīng)輸出軸輸出。高擋裝有鎖止離合器，當離合器鎖止時滑轉(zhuǎn)完全消除，提高了傳動效率，從而提高了裝有液力變速器汽車的燃料經(jīng)濟性。汽車結(jié)構(gòu)方面第八十九頁，共143頁。（2）無級變速器（CVT）這種無級變速器質(zhì)量輕、體積小、零件少，與液力自動變速器比較，具有較高的運行效率，較低的燃料消耗，約可提高燃料經(jīng)濟性10％左右。汽車結(jié)構(gòu)方面圖3-22所示為CVT的結(jié)構(gòu)及原理示意圖。當主、從動工作輪的可動部分作軸向移動時，即可改變傳動帶與工作輪的傳動半徑，從而改變了傳動比。第九十頁，共143頁。CVT通?？煞譃橐韵氯N形式：①使用離合器與制動器的CVT汽車結(jié)構(gòu)方面第九十一頁，共143頁。②CVT與液力變矩器組成無級變速傳動汽車結(jié)構(gòu)方面第九十二頁，共143頁。③雙模式無級變速器汽車結(jié)構(gòu)方面第九十三頁，共143頁。（3）電控機械式自動變速器（AMT）AMT是在不改變原車變速器主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過加裝微機控制的電動裝置。應(yīng)用微電子知識和控制理論，以電子控制器（ECU）為核心，通過電動、液壓或氣動執(zhí)行機構(gòu)，對選換擋機構(gòu)、離合器、節(jié)氣門進行操縱，取代原來由人工操作完成的離合器的分離、接合及變速器的選擋、換擋動作，實現(xiàn)換擋全過程的自動化。汽車結(jié)構(gòu)方面第九十四頁，共143頁。AMT能夠模擬優(yōu)秀駕駛員的行車技術(shù)，適時地根據(jù)駕駛員的操縱（節(jié)氣門踏板、制動踏板、轉(zhuǎn)向盤、選擋器的操縱）、車輛的運行狀態(tài)（車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、變速器輸入軸轉(zhuǎn)速）、道路狀況和駕駛員的主觀意圖，采用相應(yīng)的控制規(guī)律，發(fā)出控制指令，對車輛的動力傳動系統(tǒng)進行聯(lián)合操縱，改善了汽車行駛時的動力性和經(jīng)濟性，避免換擋時的復(fù)雜操作，可明顯降低勞動強度，確保行車安全。汽車結(jié)構(gòu)方面第九十五頁，共143頁。ＡＭＴ的整體控制是電子技術(shù)在車輛上廣泛采用的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。目前，將ＡＭＴ的控制同發(fā)動機、ABS、ASR、ACCS（AdaptiveCruiseControlSystem）的控制相結(jié)合，實現(xiàn)動力傳動系統(tǒng)一體化控制，可提高傳動系統(tǒng)與整車的性能，優(yōu)化控制效果。由于采用AMT的車輛存在換擋期間動力中斷的缺點，可將AMT與輪邊電動機和發(fā)電機相結(jié)合，形成混合動力傳動。換擋時電動機驅(qū)動車輛，車輛制動時發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能儲存起來，這種混合驅(qū)動方式可能是AMT技術(shù)發(fā)展的方向。汽車結(jié)構(gòu)方面第九十六頁，共143頁。3）主減速器主減速器傳動比的大小，對汽車動力性和經(jīng)濟性均有較大的影響。體現(xiàn)在汽車加速性能和百公里油耗上就是：其速比越大，加速性能和爬坡能力越強，燃料經(jīng)濟性越差。所以，應(yīng)該在保證汽車一定的動力性的條件下使燃料經(jīng)濟性最好。汽車結(jié)構(gòu)方面第九十七頁，共143頁。圖3-26比較了同一發(fā)動機與變速器配合不同傳動比的主減速器時，汽車的百公里油耗與百公里加速時間的結(jié)果，通常將其稱為C曲線或反C曲線。汽車結(jié)構(gòu)方面第九十八頁，共143頁。在諸阻力中，滾動阻力和空氣阻力在任何行駛條件下均會產(chǎn)生，因此汽車經(jīng)常需要消耗功率來克服這些阻力。所以，減小汽車行駛中的滾動阻力和空氣阻力，對節(jié)約燃料，提高汽車的燃料經(jīng)濟性很有意義。1）減小汽車的滾動阻力汽車的滾動阻力與路面狀況、行駛車速、輪胎結(jié)構(gòu)，以及傳動系統(tǒng)、潤滑油料等都有關(guān)系。減小汽車行駛阻力第九十九頁，共143頁。（1）路面狀況對汽車滾動阻力的影響在汽車總重一定的情況下，汽車行駛的滾動阻力主要決定于滾動阻力系數(shù)。不同路面的滾動阻力系數(shù)相差很大。汽車在不平的路面上行駛時，經(jīng)常跳動，引起懸掛裝置和輪胎變形的增加，滾動阻力增加。為了節(jié)約燃油，一定要修好路面，養(yǎng)好路面。減小汽車行駛阻力第一百頁，共143頁。（2）汽車行駛速度對滾動阻力的影響減小汽車行駛阻力第一百零一頁，共143頁。（3）輪胎氣壓對滾動阻力的影響輪胎的充氣壓力對滾動阻力系數(shù)影響很大，氣壓降低時，滾動阻力系數(shù)f迅速增大。滾動阻力系數(shù)f取決于輪胎的徑向變形量。對于一定規(guī)格、層次的輪胎來說，徑向變形量的大小主要取決于輪胎承載負荷和胎內(nèi)氣壓。氣壓下降，徑向變形量增大，滾動阻力系數(shù)增加，油耗增加。如當汽車各輪胎的氣壓均較標準（各車型規(guī)定值）降低49kPa，就會增加5％的油耗；而當輪胎氣壓低于標準的5％～20％時，就會減少20％的輪胎行駛里程，相應(yīng)增加10％的油耗?？梢姡３州喬鈮涸跇藴史秶?，是減小滾動阻力，降低油耗的有效措施。減小汽車行駛阻力第一百零二頁，共143頁。（4）輪胎類型對滾動阻力的影響輪胎的結(jié)構(gòu)、簾線和橡膠的品種對滾動阻力都有影響。子午線輪胎比斜交胎的滾動阻力系數(shù)小。這是因為子午線輪胎的胎線層數(shù)比斜交胎的層數(shù)少，一般為4層，從而層與層之間的摩擦損耗減小。當輪胎滾動一周時，子午胎與地面相對滑移量小，可多走2％左右，其耐磨性可提高50％～70％。研究表明，汽車輪胎滾動阻力減小4％，油耗可降低1％左右。例如人字形花紋輪胎反向使用時，滾動阻力比順向使用減少10％～25％，約可降低油耗3％～8％。減小汽車行駛阻力第一百零三頁，共143頁。2）減小汽車的空氣阻力（1）汽車車身結(jié)構(gòu)與燃油消耗量的關(guān)系空氣阻力與汽車車身結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，它由發(fā)動機產(chǎn)生的牽引力來克服。減小空氣阻力，就可以降低發(fā)動機消耗的功率，從而降低汽車的耗油量。要減小空氣阻力，就必須減小汽車的迎風(fēng)面積，并使之具有合理的流線型，從而降低空氣阻力系數(shù)CD，另外，還要保持中速行駛。為了保證較小的空氣阻力和可靠的行駛穩(wěn)定性，降低汽車的油耗，必須改善汽車車身的空氣動力學(xué)性能。減小汽車行駛阻力第一百零四頁，共143頁。（2）改善汽車車身空氣動力學(xué)性能的措施為了降低空氣阻力，達到節(jié)油的目的，轎車的外形必然是在楔型的基礎(chǔ)上不斷改進的良好的流線型。貨車及各類箱式車輛，尤其是大型牽引掛車，為了實用的目的，其車身一般均為非流線型，要想降低其空氣阻力，解決的辦法就是廣泛使用各種局部的減阻裝置。減小汽車行駛阻力第一百零五頁，共143頁。①外形設(shè)計的合理優(yōu)化首先是外形設(shè)計的局部優(yōu)化，車頭部棱角圓化可以防止氣流分離和降低CD值。減小汽車行駛阻力第一百零六頁，共143頁。其次是外形設(shè)計的整體優(yōu)化。局部優(yōu)化和氣動附加裝置都可部分地改進空氣動力特性，取得良好的效果。但要使空氣動力性能有較大的改變以達到更高的水平，則應(yīng)進行外形設(shè)計的整體優(yōu)化，也就是將汽車空氣動力學(xué)的各項研究成果及改進經(jīng)驗，系統(tǒng)地應(yīng)用到整車外形設(shè)計中。減小汽車行駛阻力第一百零七頁，共143頁。②采用各種形式的減阻導(dǎo)流罩ａ.凸緣型減少空氣阻力裝置ｂ.空氣動力篩眼屏板ｃ.導(dǎo)流罩ｄ.間隔封罩減小汽車行駛阻力第一百零八頁，共143頁。1）汽車輕量化技術(shù)輕量化技術(shù)可采用“比鐵更輕的金屬材料”、“可重復(fù)使用的塑料”、“車體和部件的結(jié)構(gòu)更趨合理化的中空型結(jié)構(gòu)”等對策。汽車輕量化技術(shù)第一百零九頁，共143頁。2）材料輕量化（1）各種汽車材料的密度汽車各種材料的密度有很大差異，因此存在著輕量化材料替代高密度材料，從而減輕制件的可能性。但是由于材料性能各異，特別是強度和剛性不同，材料間未必能等容積互代，低密度材料往往需要加大制件的尺寸才能等效地替代高密度材料。汽車輕量化技術(shù)第一百一十頁，共143頁。（2）現(xiàn)用輕量化材料汽車輕量化材料具有代表性的有輕金屬、高彈力鋼、塑料等。在構(gòu)成材料中，這些材料所占有的比例漸漸增加。根據(jù)通用汽車公司的戰(zhàn)略，今后將轉(zhuǎn)向使用鋁和塑料的輕量化材料。雖然對輕型新材料的研究在各汽車制造廠和研究所十分活躍，但對大批量生產(chǎn)還存在成本平衡問題。在汽車界價格激烈競爭的情況下，輕量化帶來的成本提高是不容易得到認可的。實施輕量化，應(yīng)盡可能降低成本的提高，是設(shè)計者們的目標。汽車輕量化技術(shù)第一百一十一頁，共143頁。（3）新型輕量化材料多數(shù)新材料是在航空宇宙領(lǐng)域開發(fā)過程中產(chǎn)生的，現(xiàn)在汽車上使用的高強度鋼，也是在20世紀60年代火箭開發(fā)中成熟起來的，新陶瓷、碳纖維，是航天飛機和火箭中必用的材料?，F(xiàn)在市場規(guī)模小，但在今后如進入成長期，并能迅速批量生產(chǎn)和低價格化時，才可在汽車上得到應(yīng)用。汽車輕量化技術(shù)第一百一十二頁，共143頁。3）輕量化材料減輕汽車質(zhì)量的潛力目前汽車的主導(dǎo)材料是鋼。鋼在汽車材料中的主導(dǎo)地位已受到密度較小的塑料和鋁的競爭。主要領(lǐng)域仍限于轎車車身，而不是動力和傳動系統(tǒng)，這是因為后者所包含的零部件大多是高應(yīng)力件，所用鋼種是高強度的中碳鋼或合金中碳鋼，往往運用熱處理以及滲碳等化學(xué)熱處理增強工藝。但車身應(yīng)用低強度的低碳鋼，因而其地位受到塑料和鋁的挑戰(zhàn)。汽車所用的材料，由于節(jié)省能源、節(jié)省資源、輕量化的需要而有所變化，新材料相繼被推出、應(yīng)用。汽車輕量化技術(shù)第一百一十三頁，共143頁。對于燃料電池汽車動力系統(tǒng)的設(shè)計首先應(yīng)根據(jù)車輛的動力性能指標進行初步設(shè)計，完成驅(qū)動電機和傳動比的選擇，再對汽車動力性能進行檢驗和評估看能否滿足動力性指標。如果不符合要求，重復(fù)上述過程直至達到要求為止，最后再對動力源進行匹配。燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百一十四頁，共143頁。1）驅(qū)動電機參數(shù)選擇電動機的參數(shù)主要通過分析汽車在不同工況下的受力和功率需求來確定。（1）電動機最大功率電動汽車驅(qū)動電動機的最大功率可以通過汽車的最高車速、最大爬坡度以及加速時間來確定。燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百一十五頁，共143頁。燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百一十六頁，共143頁。③根據(jù)加速性能(即加速時間)來確定電動機的最大

功率。燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配通過下式先求得在基速nb下的車速vb第一百一十七頁，共143頁?；賤b前的加速時間為：基速vb之后的加速時間為：燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百一十八頁，共143頁?？偟募铀贂r間。代入相應(yīng)的參數(shù)可得由加速性能求得的最大需求功率。電動機的最大功率必須滿足上述所有設(shè)計要求。燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百一十九頁，共143頁。（2）電動機額定功率（3）電動機最高轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速

燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百二十頁，共143頁。（4）電動機最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百二十一頁，共143頁。（5）工作電壓工作電壓的選擇涉及用電安全、元器件的工作條件等問題。工作電壓過低，導(dǎo)致電流過大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)電阻損耗增大，而工作電壓過高，會對逆變器的安全性造成威脅。一般燃料電池汽車工作電壓為280～400V，但目前工作電壓的設(shè)計有增高的趨勢。燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百二十二頁，共143頁。2）燃料電池與蓄電池參數(shù)匹配及混合度優(yōu)化目前，流行的燃料電池汽車普遍采用電電混合的能量方案，就是由燃料電池和動力蓄電池兩種能量源為動力源，驅(qū)動電機提供動力。燃料電池與蓄電池參數(shù)匹配及混合度優(yōu)化對燃料電池電動汽車動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及整車動力性經(jīng)濟性非常重要，燃料電池功率偏大，車輛的成本會加大；燃料電池功率偏小，就需要配備功率等級較大的輔助動力源，這使得整車質(zhì)量上升，系統(tǒng)的效率下降，而且整車布置難度增加，能量均衡控制難度增加。燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百二十三頁，共143頁。燃料電池功率選擇的主要依據(jù)是平均行駛阻力功率。燃料電池的功率應(yīng)大于典型工況下平均行駛阻力功率，并有足夠的后備功率給汽車的輔助系統(tǒng)提供能量。平均行駛阻力功率可由下式計算：燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百二十四頁，共143頁。燃料電池汽車以汽車最大速度穩(wěn)定運行所需求的功率也是燃料電池功率選擇的一個重要參考因素。燃料電池汽車在最高車速下運行時的行駛阻力功率和整車需求功率可由以下公式確定：燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百二十五頁，共143頁。燃料電池功率的選擇應(yīng)遵循以下原則：（1）SOC值在循環(huán)工況前后維持不變，從而確保燃料電池是整個行駛過程中功率消耗的唯一來源，因此，燃料電池的功率應(yīng)大于平均行駛阻力功率，并留出足夠大的后備功率。（2）燃料電池的最大功率應(yīng)不高于車輛以最高車速穩(wěn)定行駛時的需求功率，避免燃料電池單獨驅(qū)動狀態(tài)下有過多的富余功率。燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百二十六頁，共143頁。蓄電池的參數(shù)由以下因素確定：（1）能回收大部分制動能量。（2）在混合驅(qū)動模式下，能滿足車輛驅(qū)動和輔助電器系統(tǒng)的瞬時功率需求。系統(tǒng)對蓄電池的放電功率需求為總功率需求減去燃料電池的功率。燃料電池汽車關(guān)鍵部件參數(shù)匹配第一百二十七頁，共143頁。燃料