2.1 标准测试工况介绍

研究汽车行驶工况的目的主要有两个：一是评价某类车辆在某一地区的排放水平和能量消耗；二是为车辆设计的动力匹配提供参考。汽车行驶工况对汽车的动力性经济性参数的设计、开发、验证有着重要的参考意义。不同工况对电动汽车的续驶里程有显著的影响，本节介绍目前国际上常用的NEDC工况、FTP75工况、WLTP工况以及中国特色的CLTC工况。

性能开发工程师在仿真的时候都采用标准工况，但在试验过程中，无论是很有经验的试验员还是稳定的驾驶机器人，都难以让车辆以绝对标准的工况执行试验，因此标准工况与试验工况之间存在跟线误差，标准给定了带宽要求。为了研究清楚驾驶工况对试验结果影响的误差量级，需要进行实验数据各循环的统计分析。由于该偏差不是以标准工况为中心的随机偏差，在改进仿真工况与实际道路试验工况中均可通过理论分析进行等效修正。

2.1.1 NEDC标准工况

NEDC（New European Driving Cycle）源于欧洲，最新版更新于1997年。我国对电动汽车的补贴政策长期以来依据NEDC标准工况进行试验并以实测的续驶里程作为准。图2-1所示为NEDC标准工况的车速-时间曲线，一个完整的NEDC工况循环由两部分组成：0—780s是重复4次的市区驾驶循环，每个市区驾驶循环周期为195s，理论行驶距离为994.03m，平均车速为18.35km/h；780—1180s是1个市郊驾驶循环，周期为400s，理论距离为6956m，平均车速为62.6km/h。一个完整的NEDC工况循环的驾驶时间为1180s，理论行驶距离为10932m，平均车速为33.35km/h。

测试环境温度要求在20～30℃之间，通常在25℃进行测试。在没有风的情况下，可以在平坦的道路上执行这些测试循环。然而为了提高可重复性，测试通常在滚筒测试台上进行。这种类型的工作台配备了一个电机来模拟由于空气动力阻力和车辆质量（惯性）而产生的阻力。风扇与滚轮工作台相连，为车辆进气口提供与当前速度相匹配的气流。与传统的道路测试相比，这种安排在车辆开发过程中可以进行更多的测试。测试是在关闭所有辅助负载（如空调压缩机和风扇、灯、加热后窗等）的情况下进行的。

现有的开发设计技术中，主要使用ADVISOR、CARSIM等汽车动力系统设计匹配软件，它们都提供了标准的NEDC工况选项。基于标准NEDC工况的研究课题繁多，以电动汽车为例，王斌等在《基于循环工况的纯电动汽车驱动电机参数优化》中基于该工况研究电动汽车驱动电机参数优化，罗玉涛等在《基于行驶工况的磷酸铁锂电池寿命模型研究》基于该工况研究磷酸铁锂电池寿命模型，龚贤武等在《轮边电机驱动型电动汽车动力系统参数优化设计》中基于该工况对电动汽车驱动电机的温度场进行分析，王淑旺等在《基于NEDC工况的电动汽车驱动电机温度场分析》中基于该工况研究传动系统的参数匹配，尤其是减速器传动比以及车轮型号的选择问题。

通过大量实验，发现标准NEDC工况与实测NEDC工况之间存在特定规律的偏差，整车动力性经济性的实测结果与设计结果之间总是有一些差距。本节通过研究实测NEDC工况与标准NEDC工况之间的差别，发现这些差距其中一项的存在机理，提出一种减少这两者之间差距的修正方法，即用实测的具有代表性的NEDC工况循环代替设计阶段标准NEDC工况循环，测试者依然使用标准NEDC工况进行跟随，并对实验结果误差做出判断，以验证设计阶段的合理性与准确性。

1.电动汽车NEDC工况续驶里程试验

GB/T 18386.1—2021中规定了电动汽车台架试验续驶里程测试工况选择。

依据试验标准，试验设计与试验资源准备如下。

1）试验地点：动力性经济性实验室。

2）车型参数：当量惯量 m =2030kg；常数项阻力系数 A =177.54N；一次项阻力系数 B =1.5168N/（km/h）；二次项阻力系数 C =0.0413N/（km/h） ² 。

工况设置：标准NEDC工况；环境温度25℃；环境湿度50%RH。

被测车辆经历25个完整NEDC工况循环，1个非完整NEDC工况循环后试验终止条件到达，总续驶里程280.1km，总耗时8h40min。

2.标准工况与实际测试 t-v 曲线对比

测试过程将时间-车速数据记录下来，记录频率为1Hz。由于人为因素，实测 t-v 曲线不可能完全与标准NEDC工况重合。汽车试验过程中允许误差为±1km/h、时间误差为±0.5s。容许在1个循环中错误时间累计时间不超过10s或4次。在本试验中没有发现不合格的循环。

将25个工况的4种类型的循环归类对比，可明显看出实测结果与标准结果之间的关系，如图2-2所示。在多次试验循环中，车速误差围绕这标准工况曲线在允许的误差区域内波动，该误差是微弱的，对于行驶里程来说，其期望与标准工况里程相同。但由于波动引起的加速度变化，对电动汽车动力系统的工作状态的影响，不具备与里程类似的无偏性性质。

3.标准工况与实际工况工作谱对比

除了在时域上的测试结果误差规律对比， v-a 、 v-F 、 v-P 概率密度的对比也可以侧面反映设定值与测试值之间的误差规律。这些误差引起了实测结果与使用标准工况进行仿真的结果之间的误差，具备有偏估计的特性。下面将从 v-a 、 v-F 、 v-P 三个维度观察实测工况与标准工况之间的差别。

（1）标准工况与实际工况 v-a 工作谱对比

对图2-3做粗略分析可得：在车速为0时，实际测试值与设定值一致；匀车速时，车速6 σ 区域为±2km/h、加速度的6 σ 区域为±0.2m/s ² ；在匀加速/匀减速段时，车速6 σ 区域为±3.5km/h、加速度的6 σ 区域为±0.35m/s ² 。

（2）标准工况与实际工况 v-F 工作谱对比

根据汽车受力平衡分析，可知汽车驱动力计算公式为

由此式计算汽车驱动力 F ，可以绘制汽车的 v-F 工作谱。由该工作谱分析，汽车工作区域偏离不再围绕 F =0上下波动，高密度区域偏离了0点非线性向上移动。这是导致实测汽车续驶里程与使用标准工况设计的续驶里程有差别，而且该差别呈现一定方向性的原因。

（3）标准工况与实际工况 v-P 工作谱对比

通过 v-F 曲线观察汽车能量消耗量的试验与理论值之间的偏差还不够明显，能量是功率在时间上的积分，因此，通过对比分析 v-P 工作谱，能更清晰地看出理论与实际之间的偏差。图2-4是标准工况与实际工况 v-P 概率密度对比，可以看出 P =0以上的部分实测与标准轨迹的偏差明显呈非线性分布。

4.能量消耗量对比分析

工况试验对于汽车设计来说，最重要的意义是优化动力系统配置以满足目标的能量消耗量。因此，对于工况跟随的试验，需要做里程及能耗方面的对比分析。前面定性地说明了实测工况与标准工况的偏差及其原理，下面将定量描述两者之间的差别。

已知某组工况（ t ， v ， a ），由式（2-1）可计算得 F 。通过以下各式可获得该工况下行驶总里程 s 、驱动能量 E _drive 、可回收能量 E _recovery 、百公里能量消耗量 E _consumption 。

在实验室中测其续驶里程，总共执行进行了25个完整NEDC工况循环，第26个循环未进行完全时车辆达到停止试验条件。将每个循环单独做如上计算，获得25组数据。计算统计量里程、驱动能量、反馈能量、能耗结果见表2-1。

记每一组的被测量为 X _i ， i =1，2，3，…，25，则均值 、标准差 S 、相对偏差RSD、偏差量 Δ 的计算方式如下：

式中 X ₀ ——NEDC工况对应的计算值。

将25个实测NEDC工况求均值与标准差，并与标准工况做对比，获得的结果见表2-2。其中相对偏差定义为标准工况相对于实测均值的偏差，偏差量是实测标准差与绝对偏差的比值。

由偏差可知，实测的里程偏差与反馈能量偏差在±3 σ 范围之内，可以认为是无偏估计。但驱动能量和百公里能耗超过了±3 σ ，驱动能量是-3.502 σ ，百公里能耗是-4.171 σ 。由此可以判定，仿真设计值如果使用标准NEDC工况获得百公里能耗参数，则实测值将比仿真值大，该概率超过99.97%。如果使用标准NEDC工况仿真，而使用标准NEDC工况跟随法测试，则测试结果乘以96.29%来校验仿真设计结果，即理论结果比实际测试结果少3.71%。

5.典型试验工况的提取

由前面分析可知，实测与仿真之间对能耗的实测值存在显著偏差，在本试验中的偏差量高达-4.171 σ 。可以选择在试验之后做修正以验证设计合理性与精确性，也可以选择设计时提前考虑到这方面的偏差，对试验结果进行预测。在设计仿真的过程中，使用乘以一个系数的方法预测试验结果是可行的。但是，对动力系统匹配、汽车温度场研究、动力蓄电池工作状态研究等都使用不同的系数就不方便了。为此，需要选择一种与实测结果接近的工况数据，作为仿真阶段标准NEDC工况的替代工况。这样的工况有很多种解，例如可以选择对标准的NEDC工况稍作增大处理以适应实测偏差，但不同的车型会遇到修正系数不同的困难。建议使用在前面25组NEDC工况中，能耗最接近平均值的工况作为典型试验工况，该工况应用对动力系统的设计与研究，将更接近于试验实测结果。经分析，第25个循环工况为最接近平均能耗的工况。

综上所述，目前中国统一采用NEDC综合工况作为官方公布的各类型电动汽车的续驶里程，其意义是选定一种公认的方法让所有电动汽车企业可以横向比较。该工况也被用于动力性经济性设计、动力系统研究中。研究发现，实测NEDC工况里程与标准里程之间无显著性差异，但能耗系数差异显著，实测均值与理论值偏差量超过4 σ 。设计仿真阶段使用实测中提取的最有代表性的工况将可修正能耗偏差，同时也可修正各类参数匹配与电机电池工作状态的偏差。

2.1.2 FTP75标准工况

FTP75（Federal Test Procedure）是美国能源署颁布的用于测试乘用车在市区工况的经济性和排放的标准，最近于2008年做了更新。图2-5所示为FTP75标准工况的车速-时间曲线，一个完整的FTP75工况循环由3部分组成：0～505s是冷起动瞬态阶段，环境温度要求在20～30℃之间；505～1369s是稳态阶段；1369～1874s是热起动瞬态阶段，是在稳态阶段结束后车辆静止10min再开始的，其车速时间表与第一阶段相同。一个完整的FTP75工况循环的驾驶时间为1874s，理论行驶距离11.04miles（17.77km），平均车速21.2mile/h（34.12km/h），最高车速56.7mile/h（91.25km/h）。

美国能源署根据FTP75标准工况对电动汽车的续驶里程进行评级的方式如下：先给车充满电并将其停放过夜，第二天早上将车置于测功机上，经过多个模拟的城市和高速公路行驶循环，直到电量耗尽，汽车无法再行驶。完成测试周期后，将初步测得的续驶里程乘以0.7，作为所测试车辆的最终评级。由于在美国FTP75标准工况可以更好地模拟电动汽车的实际使用情况，依据该方法测得的经济性评级被认为是最准确的。

一个训练有素的驾驶员按照给定的速度模式驾驶时，不可避免地会出现速度偏差。考虑到这一点，每种标准工况分别设置了行驶循环速度模式的上限和下限，这些限制将导致官方测试认可的汽车经济性出现一定偏差。

图2-6所示为FTP75标准工况许可的车速偏差范围，图2-6a所示为车辆处于连续2s以上加速或减速状态，图2-6b所示为车辆处于峰值速度状态。在任一时刻，车速偏差要在±2.0mph（3.2km/h）以内。

在Wi和Park的研究报告中，7台配置不同的车辆分别由不同的驾驶员操作，按照FTP75标准工况进行测试，对每一台车辆完整工况循环的实际车速与目标车速的偏差做均方根处理，发现车速偏差均方根在0.685～1.332km/h之间。图2-7所示为0～505s冷起动瞬态阶段的车速偏差。

2.1.3 WLTP标准工况

WLTP（Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure）是联合国欧洲经济委员会开发的用于测试传统燃油汽车和混合动力汽车排放和经济性以及纯电动汽车续驶里程的国际标准，最新版本于2015年发布，被欧盟、美国、日本、中国等众多国家或地区采用。WLTP标准工况除了更接近实际道路驾驶条件以外，还旨在国际层面协调测评方法，并在全球市场上建立平等的竞争环境。目前，NEDC标准工况逐步被WLTP标准工况取代，欧盟成员国及瑞士、挪威、土耳其、冰岛等国家于2019年完成切换。

WLTP根据发动机或电机的功率与车重的比值PWr（W/kg）将车辆分为3类，规定每类车辆使用不同的测试循环。电动汽车都被划归于第3类车辆，这里只介绍和分析适用于第3类车辆的测试循环。如图2-8所示，一个完整的测试循环由低速、中速、高速、超高速4个阶段组成，总共历时1800s，其中怠速时间235s、行程23266m、平均车速46.5km/h、最高车速131.3km/h。每个速度阶段工况曲线的统计特征见表2-3。

采用与NEDC工况相似的分析方法，在底盘测功机上测试某款车辆，选取其中完整的25个循环的数据见表2-4，统计结果见表2-5。WLTP工况相对于NEDC工况，行驶里程的结果相差是相似的，这是实际车速围绕标准工况车速上下波动，正负相抵。但加速和减速的波动会比标准工况更剧烈，从而增加整车能耗。最终实测的能耗值比仿真阶段的标准工况能耗值要偏高5.15%。

2.1.4 CLTC标准工况

CLTC（China Light-Duty Vehicles Test Cycle）是中国工业和信息化部委托中国汽车技研究中心牵头组织开发的适用于中国道路交通状况及驾驶习惯的轻型汽车行驶工况标准，于2019年10月发布，2020年5月开始实施。该标准细分为中国乘用车行驶工况CLTC-P和中国轻型商用车行驶工况CLTC-C，这里主要介绍CLTC-P。

如图2-9所示，一个完整的CLTC-P测试循环由低速、中速、高速3个速度区间组成，时长共计1800s、总里程为14480m、最大速度为114km/h、平均速度为28.96km/h。工况曲线总体及各部的统计特征见表2-6。

CLTC-P工况的可操作性是通过对比测试车辆在循环工况下的实际运行速度与工况设定速度的差异进行验证的。标准起草单位基于GB 18352.6—2016，对偏差超过±2km/h的次数和持续时间进行统计，判断试验车辆在中国工况循环下的速度跟随特性。图2-10所示为某车型在中国工况循环下的速度跟随情况，由图可知，该车的速度偏差均在允许的偏差范围内，车辆能正常跟随中国工况循环曲线。

采用与NEDC工况相似的分析方法，在底盘测功机上测试某款车辆，选取其中完整的25个循环的数据，见表2-7，统计结果见表2-8。最终实测的能耗值比仿真阶段的标准工况能耗值要偏高6.38%。随着数字孪生技术的应用，实测工况数据将回注仿真模型，从而提高仿真结果准确性。

关于标准工况的研究，部分学者建议将坡道引入其中，密歇根大学提出了包含坡度信息的高精度驾驶循环。随着节能开发工作越来越细化，智能车联网技术越来越普及，环境温度、风速等信息也有可能被引入到工况中。如果说中国工况的推出已经赶上了欧美的步伐，那么将其他信息引入工况中，则是在做较为前沿的技术探索。 WGe397ATU8N3VqbHFJUkIZxWe0pscC45ELjkPLNi2TPSnmFeJkLxAlexpxYpzG4u