電動摩托車續駛里程和能量消耗率試驗方法研究*

李加慶　崔宏飛　劉華民　朱柳慧（-上海機動車檢測中心上海0805 -無錫職業技術學院-中國質量認證中心）

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電動摩托車續駛里程和能量消耗率試驗方法研究*

李加慶1崔宏飛2劉華民3朱柳慧1
（1-上海機動車檢測中心上海201805 2-無錫職業技術學院3-中國質量認證中心）

續駛里程和能量消耗率是電動摩托車的重要性能指標之一，剩余電量指示對用戶安全行車至關重要，有必要對其試驗方法開展研究。針對現有版本試驗方法標準的一些問題和局限，對標準文本進行修訂，主要增加剩余電量指示的一些定義，以及修改了試驗結果處理方法。對于一些關鍵性的有爭議問題，如終止條件、正三輪車載荷、速度和時間公差帶等問題進行了分析和研究，提出修正方法。試驗應用表明，修訂后的試驗方法試驗結果更準確，更易操作。該試驗方法的實施，有助于推動摩托車行業向綠色環保方向發展。

電動摩托車續駛里程能量消耗率

引言

電動摩托車兼具節能環保、使用成本低及動力性好的優點，在中國有著廣闊的市場和良好的發展前景。當前，電動車（含電動摩托車、電動自行車及電動三輪車）全年產量超過4 500萬輛，社會保有量超過2億輛，說明電動車深受人民群眾的喜愛。在黨中央的文件《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十三個五年規劃的建議》中也明確提出，“鼓勵自行車等綠色出行，提高電動車產業化水平”。因此，要大力加強電動車標準的研究工作，發揮標準的引領作用，為產品質量保駕護航。其中，續駛里程和能量消耗率是電動摩托車的重要性能指標之一。一方面，較大的續駛里程和準確的剩余電量指示對駕駛者安排行程有著重要意義；另一方面，測量能量消耗率，開展電動摩托車的節能減排也符合國家戰略。

近年來，海峽兩岸標準交流日益頻繁。為有利于兩岸產業產品互通，在《海峽兩岸標準計量檢驗認證合作協議》框架下，國家質量監督檢驗檢疫總局與臺灣地區標準主管機關標準檢驗局成立了兩岸共通標準討論平臺。在此平臺下，雙方聯合成立了“電動摩托車工作組”，并確定了首部開展修訂的兩岸共通標準為《電動摩托車續駛里程及殘電指示試驗方法》。

國內目前有GB/T 24157-2009[1]《電動摩托車和電動輕便摩托車能量消耗率和續駛里程試驗方法》，規定了電動摩托車的續駛里程試驗方法，但未涉及殘電指示的試驗方法。臺灣地區的標準CNS 15491-4-2011[2]《電動機車（二次鋰電池）整車性能實驗法第4部：續航性能試驗》規定了電動摩托車的續駛里程試驗方法，CNS 15491-6-2011[3]《電動機車（二次鋰電池）整車性能實驗法第6部：殘電指示試驗》規定了殘電指示的試驗方法。歐美等標準中，未見關于電動摩托車續駛里程及殘電指示的試驗法規標準。國標GB/T 24157-2009作為本領域全球首個標準，自制定到現在已有6年標齡，存在部分內容與實際情況不符合的狀態。一些學者陸續開展了這方面的研究[4-7]。其中，蘇梅[4]指出原標準存在的一些問題和局限，例如電動三輪摩托車的質量道路試驗狀態下和臺架試驗狀態下存在矛盾、終止條件規定的停車指示儀器易觸發、工況車速達不到、累計超過4s、結果折算等等問題。因此，結合以上學者提出的一些觀點，主要參照GB/T 24157-2009和CNS 15491-6-2011這兩個標準，同時借鑒國內其他標準，以及參考國內外的最新研究成果，開展電動摩托車續駛里程和能量消耗率試驗方法的研究。

1　主要變化

新版試驗方法主要是對國標GB/T 24157-2009《電動摩托車和電動輕便摩托車續駛里程和剩余電量指示試驗方法》標準的修訂，主要變化如下。

1.1范圍

修訂了續駛里程、能量消耗率的試驗方法，新增剩余電量指示試驗方法。規定混合動力摩托車以純電動模式驅動時可參照執行本標準。

1.2術語和定義

新增試驗車質量及幾個有關剩余電量的定義。

試驗車質量：整車整備質量與試驗所需加載質量之和。加載質量為（75±5）kg，包括駕駛員與試驗儀器。試驗車質量都應包含動力蓄電池的質量。

剩余電量：動力蓄電池放電后，剩下的容量與額定容量之比，通常以百分比表示。

剩余電量指示：將剩余電量以指針、指示燈、數字、數據條等形式顯示出來供查看，剩余電量指示典型樣式如圖1所示。

圖1　剩余電量指示典型樣式

剩余電量警示：當剩余電量低于警示值時，以聲、光信號發出警告，提示使用者盡快充電。

剩余電量警示里程：當剩余電量警示發出后，車輛仍能正常行駛的距離，單位為km。

剩余電量警示裕度：剩余電量警示里程實測值和制造商標稱值的差值與續駛里程之比，以百分比表示。

1.3試驗車輛條件

試驗車輛必須裝備剩余電量指示裝置和剩余電量警示裝置，并符合GB 24155-2009[8]《電動摩托車和電動輕便摩托車安全要求》的規定。這些裝置是開展剩余電量指示試驗的必要條件，剩余電量指示典型樣式參考附錄。部分參考樣式中，剩余電量指示裝置和警示裝置合二為一；部分參考樣式中，二者為不同的裝置。

為了確保電池處于正常的狀態，規定試驗車輛配置的動力蓄電池為生產一年內，且充、放電次數不大于50次。

參照ISO 8714-2002[9]《電動道路車輛-標準能耗和范圍-乘用車和輕型商用車的試驗規程》規定走合里程為300km，一方面是為了對電池進行活化處理使電池達到正常工作狀態，另一方面確保電池和電機控制器及整車合理配合達到正常工作狀態。

1.4試驗道路條件

試驗道路應為瀝青或混凝土道路，路面應平坦、干燥、整潔，試驗時不致引起輪胎打滑，環形道路的轉彎半徑應不小于50m。試驗路段應保持水平，縱向坡度不超過1%，且全長內任意兩點之間的高度差不允許超過1m，橫向坡度不允許超過3%。

1.5試驗方法

試驗步驟與原方法相比并無太大變化，主要是增加了等速法剩余電量指示試驗。試驗工況包括工況法試驗和等速試驗兩種，但取消了兩種試驗結果的等效折算。工況法試驗過程與原方法相比基本無變化；等速法則增加了剩余電量指示試驗部分內容，重點修訂了最高車速的定義。

規定等速法按照最高車速的70%連續行駛，直至達到終止條件，結束試驗。此處最高車速系指在額定功率條件下車輛能持續行駛的穩定最高車速，以避開峰值功率時的車速。如果以設計最高車速作為基準，而設計最高車速為峰值功率車速，即偏高，將導致試驗過早終止，不能反映車輛實際性能。

剩余電量指示試驗記錄規定：在試驗過程中，剩余電量指示每下降一個刻度或下降10%，記錄下當前已行駛的距離。當車輛發出剩余電量警示時，記錄已行駛的距離D等速1。

對于具備跛行功能的車輛，可在續駛里程試驗結束后繼續測量跛行距離，跛行距離不計入續駛里程和剩余電量警示里程，但可在試驗記錄中補充注明。跛行指試驗車輛無法按規定試驗工況行駛，而是通過降低功率或車速來繼續行駛，該行業常用語可參見GB 18176-2007[10]《輕便摩托車污染物排放限值及測量方法》。

1.6數據處理

主要變化在于取消了工況法續駛里程和等速法續駛里程的折算。此處，兩種測量結果不進行折算，而是分別記錄，留作使用方自行決定采用何種數據。能量消耗率的計算方法并無差異。

增加了剩余電量指示參數的計算方法。剩余電量警示里程DW按照式（1）計算。

式中：

DW---剩余電量警示里程，單位為km；

D等速---等速法續駛里程，單位為km；

D等速1---剩余電量警示發出時刻已行駛的距離，單位為km。

剩余電量警示裕度M按照式（2）計算。

式中：

M——剩余電量警示裕度，以百分比表示，正值表示留有裕度，零或負值表示無裕度；

R——制造商標稱的剩余電量警示里程，單位為km。

1.7附錄

增加剩余電量指示典型樣式資料性附錄、試驗記錄表。規定了工況法的試驗曲線，電動摩托車采用GB 14622-2007[11]《摩托車污染物排放限值及測量方法》中規定的ECE R40運行循環，電動輕便摩托車采用GB 18176-2007《輕便摩托車污染物排放限值及測量方法》中規定的ECE R47運行循環。對于輕便摩托車，還增加了加速度的最低限值要求，要求加速度不小于0.56 m/s2。

2　關鍵因素試驗驗證

新版試驗方法標準對一些關鍵因素進行了修訂，主要變化及研究如下。

2.1終止條件

規定發生下列情況之一的，即需終止試驗：1）電池達到截止電壓或控制管理系統切斷動力；2）即時車速超過規定的車速公差范圍（±2 km/h，取下偏差），且持續4 s以上。

等速法的試驗終止條件并無太大變化。工況法試驗曲線的最高車速V max為：ECE R40曲線為50 km/h，ECE R47曲線為車輛能達到的最高車速。終止條件規定，偏離曲線公差范圍被視為即將觸發終止試驗。觸發時間上，原標準規定“累積4s”，現修訂為“持續4s”，主要是為了避免人為操作誤差而導致試驗終止，而“持續4s”則體現了動力電池電量不足導致的試驗終止。終止條件觸發的示例見圖2。在圖2左圖示例中，由于駕駛員或者駕駛儀的慣性，導致在加速段超出公差范圍，如果將此超出累計計算，極易觸發終止條件。在圖2右圖示例中，由于電池電量耗盡的原因，在加速末端無法繼續提高車速，導致超出公差范圍，且時間超過4s，很容易判定試驗終止。同理，在勻速試驗工況條件下，由于駕駛員或者駕駛儀的波動導致的偶爾超出公差范圍，可忽略不計；但若累計超過4s，則明顯表明電池電量不足，此時，應判定試驗終止。

圖2　終止條件觸發示例

2.2正三輪摩托車的載荷問題

原標準關于正三輪車試驗的載荷問題規定為：道路試驗條件下，載荷為廠定最大有效載荷，包含1名駕駛員的質量；在底盤測功機上，按GB18176或

表1　電動三輪車載荷試驗結果

2.3公差帶的問題

對試驗的即時速度誤差、時間誤差、終止判定的速度公差進行了修改。試驗過程中，各點的速度公差為±1 km/h，時間公差為±0.5 s。試驗終止時，速度公差為±2 km/h（取下偏差）。因此，相對于原標準，新標準的試驗要求提高了。相關標準的試驗公差見表2。從表2可以看出，各標準對公差的規定不完全相同，有的時間公差要求比較嚴格（±0.5 s），有的速度公差要求比較嚴格（±1 km/h），本標準與ECE R47規定一致。GB14622規定加載，即試驗載荷為1名駕駛員的質量（75kg±5kg），即空載。由于標準引用的原因，兩種條件的規定不一致。針對該問題，進行了比對試驗研究。

表2　試驗公差比較表

選擇三臺電動三輪車：1臺電動正三輪輕便摩托車、1臺載貨用電動正三輪摩托車、1臺載客用電動正三輪摩托車。三臺車的參數見表1。由表1可以看出，輕便摩托車的質量最輕，載客摩托車的質量最重，呈逐漸增大的趨勢。相應地，配置的電池容量也逐漸增大，與整備質量成正比。空載條件試驗載荷為1名駕駛員的質量（75kg±5kg）。滿載條件試驗載荷為，除1名駕駛員的質量（75kg±5kg）之外，各試驗車輛分別加載：輕便摩托車加載100kg，摩托車加載150kg。按照原標準進行續航里程試驗，包括勻速工況和曲線工況，對結果進行等效折算后填入表1。

由表1的結果可以看出，輕便摩托車空載條件下的續駛里程幾乎是滿載條件下的2倍，摩托車的試驗結果相差1.5倍～1.8倍之間，這勢必造成試驗人員極大的困惑。因為兩輪車載荷條件為空載，即只包含1名駕駛員的質量，為了保證試驗結果的一致性，正三輪摩托車的載荷定義為空載較合適（即1名駕駛員的質量（75kg±5kg））。

依據ECE R40曲線和ECE R47曲線以及勻速工況，最高車速取50km/h，勻速工況車速取70%的最高車速，按照老標準的等效折算方法，針對不同的速度和時間公差，分別計算相對誤差。老標準的公差（±2 km/h，±1 s）的最大相對誤差為8.8%，新標準的公差（±1 km/h，±0.5 s）的最大相對誤差為4.4%。相對而言，新標準的最大相對誤差要小一半，且小于5%的工程誤差值，因此更精確。

雖然規定速度公差±1 km/h和時間公差±0.5 s偏嚴格，但還是可以達到的。建議相關試驗室采取以下措施：

1）修改相關試驗軟件，使得界面更人性化，實時放大顯示界面；

2）更換大尺寸顯示屏，減小駕駛員與屏幕的距離，使得駕駛員更靠近屏幕；

3）加強試驗員和駕駛員的培訓。

3　結束語

電動摩托車兼具節能環保、使用方便、使用成本低及動力性好的優點。隨著鋰電池的大量生產及生產成本的持續降低，必將推動電動摩托車的迅猛發展，在一定規模上取代傳統內燃機摩托車，在我國有著廣闊的發展前景。續駛里程是電動摩托車的重要性能指標之一，而準確的剩余電量指示對駕駛者安排行程有著重要意義。該標準的實施，預期將起到規范電動摩托車市場的作用，推動摩托車行業向綠色環保方向發展。

此外，該標準作為電摩工作組制定的首個兩岸共通標準，具有重要示范意義。通過雙方定期的標準技術交流，了解兩岸電動摩托車相關政策、制度、標準差異，促成兩岸共通標準，朝兩岸共通市場邁進。初期先推動電動摩托車項目，待技術成熟后，再推動四輪電動車輛兩岸共通標準的制定。通過標準合作，利用雙方產業競爭優勢，互補雙贏，促進兩岸電動摩托車相關產業合作，拓展全球市場，爭取國際亮點。

1全國汽車標準化技術委員會.GB/T 24157-2009電動摩托車和電動輕便摩托車能量消耗率和續駛里程試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2009

2 CNS 15491-4-2011電動機車（二次鋰電池）整車性能試驗法第4部：續航性能試驗[EB/OL].http://www.zbgb.org/ 143/StandardDetail231622.htm,2011-08-10

3 CNS 15491-6-2011電動機車（二次鋰電池）整車性能試驗法第6部：殘電指示試驗[EB/OL].http://www.zbgb.org/ 143/StandardDetail231624.htm,2011-08-10

4蘇梅,馬小強,冷傳剛.電動摩托車能量消耗率和續駛里程標準分析研究[J].小型內燃機與摩托車,2012,41(5): 17-20

5趙素鄭.電動摩托車續駛里程試驗方法研究[J].摩托車技術，2012（6）：52-54

6彭永倫,王珊珊,胡芳芳，等.電動汽車續駛里程和能量消耗率測試研究[J].標準科學,2015(3):18-24

7毛文剛,王震武.電動摩托車續駛里程和能量消耗率模擬計算[J].摩托車技術，2013（5）：36-40

8全國汽車標準化技術委員會.GB 24155-2009電動摩托車和電動輕便摩托車安全要求[S].北京：中國標準出版社，2009

9 ISO 8714-2002電動道路車輛-標準能耗和范圍-乘用車和輕型商用車的試驗規程[EB/OL].http://bbs.infoeach. com/thread-17511-1-1.html,2014-07-02

10國家環境保護總局.GB 18176-2007輕便摩托車污染物排放限值及測量方法（工況法中國第Ⅲ階段）[S].北京：中國標準出版社，2007

11國家環境保護總局.GB 14622-2007摩托車污染物排放限值及測量方法（工況法中國第Ⅲ階段）[S].北京：中國標準出版社，2007

Research on the TestM ethodsof Rangeand Energe Consum ption of Electric M otorcycle

Li Jiaqing1,CuiHongfei2,Liu Huam in3,Zhu Liuhui3
1-ShanghaiMotor Vehicle Inspection Center(Shanghai,201805,China) 2-Wuxi Instituteof Technology 3-ChinaQuality Certification Center

Range and energe consumption are two importantperformance indexes.Indication for the state of charge is also very important for custormers driving safety.So,it is necessary to perform research on the test methods.According to some problemsand limitsof the present testmethod standard,modification wasdone to the standard draft.Mainly,some definitionson indication for thestateof chargewere added,and the test results conductingmethod weremodified.Anlysis and research had been performed towards some key controversial topics,such as terminalcondition,load of right three-wheeledmotorcycle,toleranceofspeed and time,and so on.Then,revisedmethodswere proposed.Ithasbeen shownwith testapplication that the resultsof the revised testmethod aremore accurate and can be usedmore easily.Implementation of the new testmethod helps to promotemotorcycle industry developing in thedirection ofgreen environmentalprotection.

LNG bus,Fuel consumption,Emission,Acceleration performance

U483

A

2095-8234（2016）02-0058-05

2016-01-26）

本研究工作得到上海機動車檢測中心科技創新團隊專項資金的資助，資助團隊號為2012-CX-05。

李加慶（1977-），男，博士，主要研究方向為機動車振動噪聲控制。