电动自行车运行循环工况的建立

朱应陈 叶震涛 唐三兵

摘 要：本文介绍了建立电动自行车运行循环工况的作用和意义，分析了当前国内外相关测试方法现状，指出建立专用测试方法的必要性。通过对我国8个典型地区的电动自行车路况情况进行采集，获得大量反映中国电动自行车实际道路行驶特征的数据，据此形成了典型地区乃至全国的运行循环特征，并应用该结果开展了不同方法的续行里程比对，从而验证了相关参数的适宜性和方法的可行性。

关键词：电动自行车，底盘测试，道路工况曲线，运行循环，续行能力

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.05.040

0 引 言

电动自行车运行循环工况，能够将户外道路工况转化为室内设备参数，避开气候和道路条件限制和不利影响，为技术人员方便快捷地开展道路测试提供技术依据。我国是世界电动自行车生产和使用的第一大国。电动自行车社会保有量已达3.5亿辆，年产量超过4550万辆[1]。开展道路工况检测对于评价车辆的动力性和经济性（如续行里程和能量消耗率），以及推动行业低碳发展具有重要意义。然而，国内电动自行车基于底盘的道路工况测试方法尚未建立，无法准确高效地测试车辆续行能力，不能满足行业需要和用户关切。随着电动自行车智能化和网联化发展，通过采集道路骑行大数据并作分析，为研究建立典型城市道路工况提供了有效手段。基于所建立的运行循环工况曲线，让企业足不出户掌握电动自行车实际道路性能成为可能，从而推动产品革新和技术进步。

1 运行循环测试方法现状

在电动自行车领域，国内广泛使用的是电驱动型的电动自行车，并未建立基于底盘的运行循环；国外产品主要为电助力自行车，行驶方式以脚踏骑行为主、电机助力为辅，其功能结构设计有别于国内电动自行车，同样也未查询到相关运行循环。在摩托车领域，全球多个国家联合开展WMTC（World-wide Motorcycle Test Cycle）项目，形成了世界摩托车排放测试循环的技术法规（简称“WMTC循环”）；联合国欧洲经济委员会（ECE）出台了ECER47法规，其中两轮轻便摩托车按照“type1”循环进行排放测试（简称“ECE循环”）；中国国家标准GB/ T 24157—2017规定了电动摩托车续驶里程的底盘测试方法，其中附录C.2针对电动轻便摩托车建立了运行循环[2]（简称“GB循环”），依然采用了“ECE循环”参数[3]。

鉴于与国内外电动助力车、电动轻便摩托车存在产品差异，国内电动自行车的运行循环测试没有可以直接采用的国际或国家标准，因而，建立专用的试验方法显然十分必要。

2 研究方案的建立

研究总体思路为：确定采样条件、建立单车数学模型、数据采集、数据分析、建立运行循环。具体流程如图1所示。

2.1 确定采样条件

（1）采样车型的选择：选择具有智能网联功能的电动自行车，利用自身的数据记录和传输功能采集道路数据。目前各品牌车型的报文发送频率不尽相同，有的甚至达到10 s/次以上，不利于特征参数（如加速度、停车次数等）的采集。鉴于该情况，结合当前该类车型应用现状，选择频率优于5 s/次的车型进行研究。

（2）采样区域的选择：目前具有智能网联功能的电动自行车应用较少，给采样区域的选择带来一定限制。同时，我国西部地区地势起伏较大，电动自行车相较电动摩托车不具动力优势，因此用量也较少。对我国电动自行车主要使用地区进行调研后，我们选择代表我国东部、南部、北部不同交通特点的地区进行采集，包括上海、杭州、南宁、深圳、海口、东莞、北京和天津等8个城市。确定了采样区域后，按每城市≥10辆、每辆≥5组采集，确保样本数据具有分析体量。

（3）采样参数的选择：采样参数至少包含定位时间、速度、里程等信息。条件允许时，建议包含经纬度信息，便于核验车辆行驶状态（如车辆在城区位置、途经红绿灯次数等）。

（4）采样里程的选择：根据单次使用里程的分布特征，样本避开两类极端用途，包括短程用途（3km內，居所附近，起停过于频繁）和远程用途（10km以上，主要为郊区，红绿灯较少），选择用户需求较大的单次里程在4～10 km范围作为样本。

（5）采样速度的选择：因电动自行车车速限值为25 km/h[4]，采样优选最高车速25 km/h数据。注意排除异常行驶数据，包括全程高速行驶（全程20～25km/h几乎不停车）、全程低速行驶（均在20 km/h以下）、单次停车过长（超过2 min）、报文丢帧等。

2.2 建立单车数学模型

以某单车为例，调取该车某时段的采样参数，如表1所示。

对表1数据进行分析，建立道路行驶过程中的8项关键过程参数，如表2所示。

借鉴轻便摩托车的“GB循环”和“ECE循环”模式，拟建立电动自行车的双等速循环曲线，如图2所示。该循环的底盘操作主要有7项操作步骤（1停车→2加速→3等速→4减速→5等速→6减速→7停车）。

归纳总结出适用图2的12项运行循环特征参数，相关参数主要源于表2关键过程参数的计算，如表3所示。构建运行循环特征的主要步骤如下：

（1）计算单次起停平均里程（确定图2的曲线面积）。计算单组数据的骑行总里程和停车次数，二者之商即为单次起停里程；对多组数据汇总统计，形成单次起停平均里程。

（2）计算最高车速里程（确定图2的“3下方面积”）。设定待统计的最高车速区间（如νm a x-1～νmax），计算各组数据的最高车速用时占比、各单循环用时，二者乘积即最高车速用时；对多组数据汇总统计，最高车速用时与最高车速的乘积即为最高车速里程。

（3）计算中速里程（确定图2 的“ 5下方面积”）。由于最高车速里程和中速里程占据了单次起停平均里程的主体，通过单次起停平均里程与最高车速里程之差的计算，近似形成中速里程（忽略加减速段里程）。

（4）计算平均加（减）速度（确定图2的“2、4、6的斜率”）。对单组数据中的起、停特征进行加（减）速度采样，形成各组数据的平均加速度和平均减速度；对多组数据汇总统计，形成总体样本的平均加速度和平均减速度。

（5）确定各段速度及相应时间。在上述步骤（1）至（4）对里程和加减速特征确定的基础上，不难确定各段速度及相应时间，具体计算方法见表3。

3 数据采集和分析

首先，依据前述采样条件，由参研的整车生产企业按表1建立各城市各车型的道路骑行数据库。其次，根据表2和表3的计算规则，开发出能够批量分析多组数据的软件，并将各地区数据导入，自动计算形成表3所示的运行循环特征参数，以地区为单位进行数据合成。最后，加强对软件分析结果的核验，包括：（1）对样本数据有效性的核验。由于每辆车样本数据有数千帧报文，核验工作量巨大，可通过软件成图的方式总体浏览，剔除不符合采样条件的异常数据，确保样本质量。（2）对车辆状态判断的核验。确定关于停车、加减速、最高车速等基本状态的识别是否有误报。（3）对关键参数计算的核验。针对运行循环曲线的构成主体（单次起停平均里程、最高车速里程和中速里程等），抽样选择若干组数据对照分析结果进行核验，确保软件功能的准确性。

通过对全国8个典型地区、554组数据的汇总计算，形成各地的运行循环工况曲线，如图3所示。以上海为例，具体运行循环工况特征见表4。基于8个典型城市数据，合成全国运行循环工况，见表5。

4 不同方法的续行里程比对

用底盘测功机测试车辆续行里程时，通常采用恒定车速行驶的“等速法”，或者按照运行循环特征参数行驶的“工况法”。为进一步验证工况法中运行循环特征参数的适宜性，选择两款电动自行车，在电驱动模式下分别按照道路等速法、底盘等速法、底盘工况法进行续行里程测试，具体结果见表6。

通过表6可以看出，工况法按照表5设置运行循环特征参数，在同等底盘阻力设置的条件下，其续行里程结果与底盘等速法差异不大，且和道路等速法均为接近，说明参数设定适宜、相关方法可行，能够较好地还原道路骑行工况。

5 结 论

（1）在全国8个典型地区对电动自行车的行驶特征进行采集，共采样554组数据，总里程3390km，从样本数量、地区覆盖等方面，基本可以体现我国的电动自行车实际道路状况。通过数学建模、確定采样条件和数据采集分析，首次建立了我国电动自行车的道路行驶运行循环特征。

（2）通过利用在途的智能网联电动自行车，以数学建模和大数据分析的方式获取各地区实际道路路况特征，在业内尚属首创。这将为正确评价我国电动自行车的续行里程和能量消耗率提供测试基础。

（3）基于运行循环特征的底盘工况法，与底盘等速法和道路等速法分别比对，其续行里程差异不到4.3%，较好地反映了实际道路续行能力，为生产企业和技术机构足不出户模拟道路工况带来实质性帮助。

（4）不足和展望：目前国内电动自行车总体较为低端，智能联网车型相对较少，样本数据的广泛采集受到限制。此外，在大量数据中如何进一步优化采样方案，提升样本质量，也成为今后规范采集作业的一项重要考量。相信随着智能网联车型的不断发展，标准化工作的不断推进，电动自行车运行循环特征的建立将更趋于完善，从而进一步推动产品迭代升级和行业技术进步。

参考文献

[1]中国自行车协会.中国自行车协会召开线上新闻发布会[EB/OL].（2022-06-17）[2023-11-13].http：//www.china-bicycle.com/News/View/a8f6eafa-5e5f-4a1b-a7a1-9a2f67abc0e0.

[2]全国汽车标准化技术委员会.电动摩托车和电动轻便摩托车续驶里程及残电指示试验方法：GB/T 24157—2017[S].北京：中国标准出版社，2017：8-9.

[3]吴广顺，王青，路林，等.轻便摩托车道路行驶特征及排放测试循环研究[J].小型内燃机与车辆技术，2019，48（5）：61-64.

[4]中华人民共和国工业和信息化部.电动自行车安全技术规范：GB 17761—2018[S].北京：中国标准出版社，2018：1-3.

作者简介

朱应陈，硕士，高级工程师，研究方向为轻型电动车质量检测与标准化等。

叶震涛，硕士，正高级工程师，研究方向为轻型电动车质量检测与标准化等。

唐三兵，本科，工程师，研究方向为数据分析及软件开发。

（责任编辑：张瑞洋）