车载CNG气瓶寿命预测算法

高海静　何玉辉

摘 要： 近年来，我国CNG汽车得到了较大发展，而与之密切相关的气瓶使用年限问题也为业内人士广泛重视。气瓶使用年限直接影响气瓶安全与否，提出了一种预测气瓶使用寿命的算法来预测CNG气瓶的剩余使用次数，从而减少因超限使用所带来的损失。

关键词： CNG； 气瓶； 寿命； 算法

中图分类号： TN710?34； TP3?05 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0108?02

0 引 言

当前，高速发展的汽车工业，给整个地球的石油资源带来了巨大威胁，同时我们的生存环境也因为各种污染问题而备受挑战。采用压缩天然气作为燃料的清洁能源汽车，对于缓解这两大问题能起到非常好的效果。通过加压设备，施加 20～25 MPa的高压，从而将天然气进行脱水、脱硫化氢后压缩至特制的储气气瓶内贮存的技术称之为压缩天然气（Compress Natural Gas， CNG）技术。由此可以看出，压缩天然气储气气瓶的瓶壁不可避免地存在应力集中，并且在运输和使用过程中存在很大的流动压力，而且又有多次充放气的过程，经历这样周而复始地操作之后，瓶体极易产生损坏，从而爆发我们不愿看到的事故。截止2011年12月底，全国CNG车辆的保有量为[1]148.5万，从最初的不足1万辆发展到目前的100多万辆，已位居世界第5位。在压缩天然气汽车中，天然气气瓶是它的关键零部件之一，气瓶的运行状态是否安全，直接影响着天然气汽车的运营安全。因此确保CNG气瓶的安全已经成为亟待解决的问题。

1 压缩天然气气瓶分类

目前，社会上使用的压缩天然气气瓶主要可以分为两大类，一种是复合材料气瓶，另一种是钢制气瓶。复合材料气瓶按照内胆的不同又可以分为金属内胆复合材料气瓶和非金属内胆复合材料气瓶[2]。压缩天然气气瓶分类如图1所示。

2 气瓶使用寿命情况市场调查

2.1 国外气瓶使用情况

对于钢质气瓶的使用寿命，国外大多数国家都规定为[3]20年，只有美国和日本规定为15年，意大利规定为30年。对于复合材料缠绕气瓶，国外大多数国家均按ISO 11439—2000规定，将使用寿命确定为15年。

2.2 国内气瓶使用情况

我国GB 17258—1998《汽车用压缩天然气钢瓶》中未对其使用寿命作出规定，而实践中一般是按10年作报废处理。2003年8月，北京天海工业有限公司的企业标准Q/JBTHB014—2003《汽车用压缩天然气钢瓶定期检验与评定》作出了明确规定：“对使用期超过5年的出租车及使用期超过10年的其他车辆用钢瓶。登记后不予检验，按报废处理。

现在实际使用CNG气瓶的车辆主要以出租汽车和城市公交车为主，也有一部分运输货车和私家车。根据西安市车管所的统计，一辆CNG公交车平均一日加气的次数大约为4次，而CNG出租车一日加气次数约为2次，私家车的充气次数存在较大差异。

一般出租汽车3～5年就得报废更新，但出租车上配装的复合材料气瓶的使用寿命按生产厂家的说明书承诺的为15年。那么此车辆的气瓶是否达到了使用上限，该不该报废，应该如何界定？某辆车的气瓶到底什么时候该报废？报废前还可以充气多少次？本文就此问题，提出了一种预测气瓶寿命的算法。

3 气瓶寿命预测算法

通常在讨论CNG气瓶的使用寿命时，并不以使用时间作为计算的标准，而是以充气次数作为气瓶寿命的计算标准。在这里，本文设计了一种根据车载CNG气瓶的充气次数来估算气瓶使用寿命的算法。

一般的CNG气瓶生产厂商在设计气瓶时，通常以气瓶充气次数达到20 000次，使用年限为15年作为设计标准。因此本算法也采用这个数据作为估算气瓶使用寿命的标准。由于符合气瓶质量要求的CNG气瓶使用时间较长，并且经历次数较多充气和放气过程，因此CNG气瓶的疲劳破坏现象较为普遍和严重，可归属于高周疲劳现象。假设CNG气瓶瓶体在受单向载荷作用时，经过多次充气和放气过程后，将材料的损伤发展方程作如公式（1）所示[4]的描述。

在气瓶的使用过程中，损伤是随着气瓶的使用次数的增加不断增大的。然而，在气瓶的使用过程可能由于气瓶充放气不彻底或者由于气瓶使用不规范而造成进一步的损伤，因此本文采用通过气瓶损伤程度[D]来计算当前循环次数的方法来计算气瓶的剩余循环次数，并通过气瓶剩余循环次数来估算气瓶寿命的方法来进行气瓶寿命的预测。

4 结 论

CNG技术以其节能、环保等优点在汽车上的使用有很大的前途。当今各国对于石油资源的过渡开采，导致这种资源日趋枯竭，各各国家的政府也都在想方设法调整能源政策，不断开发寻求新能源。而且面临越来越严重的环境污染问题，各国政府也在不断出台减少污染的各项法规，这些措施都使得CNG气瓶在汽车上的应用具有很大的强迫性和政府干预性，汽车制造业将来一定会面对和选择CNG气瓶。综上所述，预测CNG气瓶使用寿命的方法，非常符合社会发展的需求，它能让我们规避风险，有一定的实用价值，值得大面积推广。

参考文献

[1] 李永昌.中国CNG汽车总量升至世界第五[EB/OL].[2012?05?15].http：//www.cnhtc.com.cn/2012/0515/30795.html.

[2] 王嵘，吴晓波，苏玉堂.全复合材料CNG气瓶[C]//第十三届全国玻璃钢/复合材料学术年会论文集.苏州：中国硅酸盐学会玻璃钢学会，1999：209?211.

[3] 郭卫江.CNG气瓶安装监督检验风险控制[J].宁夏工程技术，2012（3）：271?274.

[4] 吴鸿遥.损伤力学[M].北京：国防工业出版社，1990.

[5] 徐延海，李永生，黄海波.表面损伤对全复合材料车用天然气瓶强度的影响[J].天然气工业，2008，28（1）：132?133.

[6] 国庆文，刘利平，孙成训.短纤维复合材料疲劳损伤及寿命预报[J].黑龙江水专学报，2001（28）：60?61.

[7] NEGRI P， CLADY X， HANIF S M， et al. A cascade of boosted generative and discriminative classifiers for vehicle detection [J]. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing， 2008， 2008： 782432.

摘 要： 近年来，我国CNG汽车得到了较大发展，而与之密切相关的气瓶使用年限问题也为业内人士广泛重视。气瓶使用年限直接影响气瓶安全与否，提出了一种预测气瓶使用寿命的算法来预测CNG气瓶的剩余使用次数，从而减少因超限使用所带来的损失。

关键词： CNG； 气瓶； 寿命； 算法

中图分类号： TN710?34； TP3?05 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0108?02

0 引 言

当前，高速发展的汽车工业，给整个地球的石油资源带来了巨大威胁，同时我们的生存环境也因为各种污染问题而备受挑战。采用压缩天然气作为燃料的清洁能源汽车，对于缓解这两大问题能起到非常好的效果。通过加压设备，施加 20～25 MPa的高压，从而将天然气进行脱水、脱硫化氢后压缩至特制的储气气瓶内贮存的技术称之为压缩天然气（Compress Natural Gas， CNG）技术。由此可以看出，压缩天然气储气气瓶的瓶壁不可避免地存在应力集中，并且在运输和使用过程中存在很大的流动压力，而且又有多次充放气的过程，经历这样周而复始地操作之后，瓶体极易产生损坏，从而爆发我们不愿看到的事故。截止2011年12月底，全国CNG车辆的保有量为[1]148.5万，从最初的不足1万辆发展到目前的100多万辆，已位居世界第5位。在压缩天然气汽车中，天然气气瓶是它的关键零部件之一，气瓶的运行状态是否安全，直接影响着天然气汽车的运营安全。因此确保CNG气瓶的安全已经成为亟待解决的问题。

1 压缩天然气气瓶分类

目前，社会上使用的压缩天然气气瓶主要可以分为两大类，一种是复合材料气瓶，另一种是钢制气瓶。复合材料气瓶按照内胆的不同又可以分为金属内胆复合材料气瓶和非金属内胆复合材料气瓶[2]。压缩天然气气瓶分类如图1所示。

2 气瓶使用寿命情况市场调查

2.1 国外气瓶使用情况

对于钢质气瓶的使用寿命，国外大多数国家都规定为[3]20年，只有美国和日本规定为15年，意大利规定为30年。对于复合材料缠绕气瓶，国外大多数国家均按ISO 11439—2000规定，将使用寿命确定为15年。

2.2 国内气瓶使用情况

我国GB 17258—1998《汽车用压缩天然气钢瓶》中未对其使用寿命作出规定，而实践中一般是按10年作报废处理。2003年8月，北京天海工业有限公司的企业标准Q/JBTHB014—2003《汽车用压缩天然气钢瓶定期检验与评定》作出了明确规定：“对使用期超过5年的出租车及使用期超过10年的其他车辆用钢瓶。登记后不予检验，按报废处理。

现在实际使用CNG气瓶的车辆主要以出租汽车和城市公交车为主，也有一部分运输货车和私家车。根据西安市车管所的统计，一辆CNG公交车平均一日加气的次数大约为4次，而CNG出租车一日加气次数约为2次，私家车的充气次数存在较大差异。

一般出租汽车3～5年就得报废更新，但出租车上配装的复合材料气瓶的使用寿命按生产厂家的说明书承诺的为15年。那么此车辆的气瓶是否达到了使用上限，该不该报废，应该如何界定？某辆车的气瓶到底什么时候该报废？报废前还可以充气多少次？本文就此问题，提出了一种预测气瓶寿命的算法。

3 气瓶寿命预测算法

通常在讨论CNG气瓶的使用寿命时，并不以使用时间作为计算的标准，而是以充气次数作为气瓶寿命的计算标准。在这里，本文设计了一种根据车载CNG气瓶的充气次数来估算气瓶使用寿命的算法。

一般的CNG气瓶生产厂商在设计气瓶时，通常以气瓶充气次数达到20 000次，使用年限为15年作为设计标准。因此本算法也采用这个数据作为估算气瓶使用寿命的标准。由于符合气瓶质量要求的CNG气瓶使用时间较长，并且经历次数较多充气和放气过程，因此CNG气瓶的疲劳破坏现象较为普遍和严重，可归属于高周疲劳现象。假设CNG气瓶瓶体在受单向载荷作用时，经过多次充气和放气过程后，将材料的损伤发展方程作如公式（1）所示[4]的描述。

在气瓶的使用过程中，损伤是随着气瓶的使用次数的增加不断增大的。然而，在气瓶的使用过程可能由于气瓶充放气不彻底或者由于气瓶使用不规范而造成进一步的损伤，因此本文采用通过气瓶损伤程度[D]来计算当前循环次数的方法来计算气瓶的剩余循环次数，并通过气瓶剩余循环次数来估算气瓶寿命的方法来进行气瓶寿命的预测。

4 结 论

CNG技术以其节能、环保等优点在汽车上的使用有很大的前途。当今各国对于石油资源的过渡开采，导致这种资源日趋枯竭，各各国家的政府也都在想方设法调整能源政策，不断开发寻求新能源。而且面临越来越严重的环境污染问题，各国政府也在不断出台减少污染的各项法规，这些措施都使得CNG气瓶在汽车上的应用具有很大的强迫性和政府干预性，汽车制造业将来一定会面对和选择CNG气瓶。综上所述，预测CNG气瓶使用寿命的方法，非常符合社会发展的需求，它能让我们规避风险，有一定的实用价值，值得大面积推广。

参考文献

[1] 李永昌.中国CNG汽车总量升至世界第五[EB/OL].[2012?05?15].http：//www.cnhtc.com.cn/2012/0515/30795.html.

[2] 王嵘，吴晓波，苏玉堂.全复合材料CNG气瓶[C]//第十三届全国玻璃钢/复合材料学术年会论文集.苏州：中国硅酸盐学会玻璃钢学会，1999：209?211.

[3] 郭卫江.CNG气瓶安装监督检验风险控制[J].宁夏工程技术，2012（3）：271?274.

[4] 吴鸿遥.损伤力学[M].北京：国防工业出版社，1990.

[5] 徐延海，李永生，黄海波.表面损伤对全复合材料车用天然气瓶强度的影响[J].天然气工业，2008，28（1）：132?133.

[6] 国庆文，刘利平，孙成训.短纤维复合材料疲劳损伤及寿命预报[J].黑龙江水专学报，2001（28）：60?61.

[7] NEGRI P， CLADY X， HANIF S M， et al. A cascade of boosted generative and discriminative classifiers for vehicle detection [J]. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing， 2008， 2008： 782432.

摘 要： 近年来，我国CNG汽车得到了较大发展，而与之密切相关的气瓶使用年限问题也为业内人士广泛重视。气瓶使用年限直接影响气瓶安全与否，提出了一种预测气瓶使用寿命的算法来预测CNG气瓶的剩余使用次数，从而减少因超限使用所带来的损失。

关键词： CNG； 气瓶； 寿命； 算法

中图分类号： TN710?34； TP3?05 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0108?02

0 引 言

当前，高速发展的汽车工业，给整个地球的石油资源带来了巨大威胁，同时我们的生存环境也因为各种污染问题而备受挑战。采用压缩天然气作为燃料的清洁能源汽车，对于缓解这两大问题能起到非常好的效果。通过加压设备，施加 20～25 MPa的高压，从而将天然气进行脱水、脱硫化氢后压缩至特制的储气气瓶内贮存的技术称之为压缩天然气（Compress Natural Gas， CNG）技术。由此可以看出，压缩天然气储气气瓶的瓶壁不可避免地存在应力集中，并且在运输和使用过程中存在很大的流动压力，而且又有多次充放气的过程，经历这样周而复始地操作之后，瓶体极易产生损坏，从而爆发我们不愿看到的事故。截止2011年12月底，全国CNG车辆的保有量为[1]148.5万，从最初的不足1万辆发展到目前的100多万辆，已位居世界第5位。在压缩天然气汽车中，天然气气瓶是它的关键零部件之一，气瓶的运行状态是否安全，直接影响着天然气汽车的运营安全。因此确保CNG气瓶的安全已经成为亟待解决的问题。

1 压缩天然气气瓶分类

目前，社会上使用的压缩天然气气瓶主要可以分为两大类，一种是复合材料气瓶，另一种是钢制气瓶。复合材料气瓶按照内胆的不同又可以分为金属内胆复合材料气瓶和非金属内胆复合材料气瓶[2]。压缩天然气气瓶分类如图1所示。

2 气瓶使用寿命情况市场调查

2.1 国外气瓶使用情况

对于钢质气瓶的使用寿命，国外大多数国家都规定为[3]20年，只有美国和日本规定为15年，意大利规定为30年。对于复合材料缠绕气瓶，国外大多数国家均按ISO 11439—2000规定，将使用寿命确定为15年。

2.2 国内气瓶使用情况

我国GB 17258—1998《汽车用压缩天然气钢瓶》中未对其使用寿命作出规定，而实践中一般是按10年作报废处理。2003年8月，北京天海工业有限公司的企业标准Q/JBTHB014—2003《汽车用压缩天然气钢瓶定期检验与评定》作出了明确规定：“对使用期超过5年的出租车及使用期超过10年的其他车辆用钢瓶。登记后不予检验，按报废处理。

现在实际使用CNG气瓶的车辆主要以出租汽车和城市公交车为主，也有一部分运输货车和私家车。根据西安市车管所的统计，一辆CNG公交车平均一日加气的次数大约为4次，而CNG出租车一日加气次数约为2次，私家车的充气次数存在较大差异。

一般出租汽车3～5年就得报废更新，但出租车上配装的复合材料气瓶的使用寿命按生产厂家的说明书承诺的为15年。那么此车辆的气瓶是否达到了使用上限，该不该报废，应该如何界定？某辆车的气瓶到底什么时候该报废？报废前还可以充气多少次？本文就此问题，提出了一种预测气瓶寿命的算法。

3 气瓶寿命预测算法

通常在讨论CNG气瓶的使用寿命时，并不以使用时间作为计算的标准，而是以充气次数作为气瓶寿命的计算标准。在这里，本文设计了一种根据车载CNG气瓶的充气次数来估算气瓶使用寿命的算法。

一般的CNG气瓶生产厂商在设计气瓶时，通常以气瓶充气次数达到20 000次，使用年限为15年作为设计标准。因此本算法也采用这个数据作为估算气瓶使用寿命的标准。由于符合气瓶质量要求的CNG气瓶使用时间较长，并且经历次数较多充气和放气过程，因此CNG气瓶的疲劳破坏现象较为普遍和严重，可归属于高周疲劳现象。假设CNG气瓶瓶体在受单向载荷作用时，经过多次充气和放气过程后，将材料的损伤发展方程作如公式（1）所示[4]的描述。

在气瓶的使用过程中，损伤是随着气瓶的使用次数的增加不断增大的。然而，在气瓶的使用过程可能由于气瓶充放气不彻底或者由于气瓶使用不规范而造成进一步的损伤，因此本文采用通过气瓶损伤程度[D]来计算当前循环次数的方法来计算气瓶的剩余循环次数，并通过气瓶剩余循环次数来估算气瓶寿命的方法来进行气瓶寿命的预测。

4 结 论

CNG技术以其节能、环保等优点在汽车上的使用有很大的前途。当今各国对于石油资源的过渡开采，导致这种资源日趋枯竭，各各国家的政府也都在想方设法调整能源政策，不断开发寻求新能源。而且面临越来越严重的环境污染问题，各国政府也在不断出台减少污染的各项法规，这些措施都使得CNG气瓶在汽车上的应用具有很大的强迫性和政府干预性，汽车制造业将来一定会面对和选择CNG气瓶。综上所述，预测CNG气瓶使用寿命的方法，非常符合社会发展的需求，它能让我们规避风险，有一定的实用价值，值得大面积推广。

参考文献

[1] 李永昌.中国CNG汽车总量升至世界第五[EB/OL].[2012?05?15].http：//www.cnhtc.com.cn/2012/0515/30795.html.

[2] 王嵘，吴晓波，苏玉堂.全复合材料CNG气瓶[C]//第十三届全国玻璃钢/复合材料学术年会论文集.苏州：中国硅酸盐学会玻璃钢学会，1999：209?211.

[3] 郭卫江.CNG气瓶安装监督检验风险控制[J].宁夏工程技术，2012（3）：271?274.

[4] 吴鸿遥.损伤力学[M].北京：国防工业出版社，1990.

[5] 徐延海，李永生，黄海波.表面损伤对全复合材料车用天然气瓶强度的影响[J].天然气工业，2008，28（1）：132?133.

[6] 国庆文，刘利平，孙成训.短纤维复合材料疲劳损伤及寿命预报[J].黑龙江水专学报，2001（28）：60?61.

[7] NEGRI P， CLADY X， HANIF S M， et al. A cascade of boosted generative and discriminative classifiers for vehicle detection [J]. EURASIP Journal on Advances in Signal Processing， 2008， 2008： 782432.