低溫高原環(huán)境下電動(dòng)摩托車性能和安全研究

黃文峰

（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣州 510663）

引言

電動(dòng)摩托車作為現(xiàn)代人們主要交通工具之一，使用環(huán)境較為多樣。由于我國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)之間氣候差異較大，電動(dòng)摩托車在嚴(yán)酷自然環(huán)境條件下使用更容易出現(xiàn)安全和性能穩(wěn)定性等問題。本文針對(duì)電動(dòng)摩托車在低溫高原嚴(yán)酷自然環(huán)境下使用可能出現(xiàn)的問題，結(jié)合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，以及電動(dòng)摩托車的工作原理，提出了電動(dòng)摩托車在低溫高原嚴(yán)酷自然環(huán)境下的測(cè)試項(xiàng)目及方法，測(cè)試結(jié)果與常溫環(huán)境條件下的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較分析，得出影響結(jié)論。

1 低溫高原嚴(yán)酷自然環(huán)境條件

海拔不低于2 000 m、平均氣溫低于15 ℃的高原環(huán)境，其特點(diǎn)是空氣稀薄、氣壓低、氣溫低、絕對(duì)濕度低、太陽直接輻射強(qiáng)、溫差大。

本文章中的低溫高原環(huán)境參考GB/T 20626.1-2017[5]，應(yīng)滿足表1條件。

表1 低溫高原環(huán)境要求

2 低溫高原環(huán)境對(duì)電動(dòng)摩托車性能和安全影響

2.1 車輛條件和駕駛員要求（表2）

表2 車輛條件和駕駛員要求

2.2 試驗(yàn)過程和方法

2.2.1 低溫續(xù)駛里程

滿足表1的低溫高原環(huán)境條件下，參考GB/T 24157-2017[1]續(xù)駛里程道路測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)道路要求：試驗(yàn)在瀝青或混泥土路面上進(jìn)行，盡量選擇直線道路或轉(zhuǎn)彎半徑較大的道路，路面應(yīng)平整、干燥，附著力良好，不打滑；試驗(yàn)路段應(yīng)盡量水平，不應(yīng)存在較大的高度差。

最高車速測(cè)試：駕駛員加上騎行裝備總重量控制在（75±5）kg，選擇一條較長(zhǎng)的直線路段，駕駛員啟動(dòng)車輛，將調(diào)速把加到最大開度保持，待車速穩(wěn)定后，測(cè)量車輛的最高車速。

續(xù)駛里程測(cè)試：車輛處于滿電狀態(tài)下開始試驗(yàn)，駕駛員控制車輛按照最高車速的70 %連續(xù)行駛，速度公差控制在±1 km的范圍以內(nèi)；試驗(yàn)過程應(yīng)保持連續(xù)，如出現(xiàn)特殊情況，試驗(yàn)期間斷電停車次數(shù)不超過3次，且累積時(shí)間不超過15 min。

當(dāng)發(fā)生下列情況之一時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束:

1）蓄電池達(dá)到斷電電壓或控制系統(tǒng)切斷動(dòng)力輸出；

2）試驗(yàn)車輛最大行駛車速比規(guī)定的速度小2 km/h，且持續(xù)時(shí)間超過4 s 以上。

2.2.2 低溫爬坡能力

滿足表1的低溫高原環(huán)境條件下，參考GB/T 5378-2008[4]進(jìn)行測(cè)試，選擇平直、干燥、清潔、混凝土鋪裝的人工坡道為試驗(yàn)坡道，也可以選擇表面平整、土質(zhì)堅(jiān)硬的自然坡道代替。試驗(yàn)坡道的角度應(yīng)均勻一致，坡道的角度應(yīng)該接近試驗(yàn)車的最大允許角度。

爬坡能力試驗(yàn)方法：從坡底向上劃出5 m的輔助行駛距離，并做好標(biāo)線（當(dāng)采用自然坡道時(shí)，輔助行駛區(qū)間一般設(shè)置（5～10）m的距離，后5 m應(yīng)該與測(cè)試區(qū)間坡道的角度相同），接著向上劃出20m 的測(cè)試區(qū)間。測(cè)試點(diǎn)定在起點(diǎn)、10 m和20 m處，并在各測(cè)試點(diǎn)設(shè)置電子計(jì)時(shí)裝置（見圖1）。將試驗(yàn)車輛的速度檔位調(diào)節(jié)至最高檔位，試驗(yàn)車輛保持5 km/h左右的初速度行駛至坡底，到達(dá)坡底后立即將調(diào)速把調(diào)節(jié)至最大開度保持，駕駛車輛通過測(cè)試起點(diǎn)、10 m和20 m的測(cè)試區(qū)間，記錄10 m和20 m測(cè)試點(diǎn)的時(shí)間t1和t2。

圖1 爬坡示意圖

試驗(yàn)結(jié)束判定標(biāo)準(zhǔn)：

1）當(dāng)t1＜t2～t1時(shí)，需減少質(zhì)量后繼續(xù)試驗(yàn)；

2）當(dāng)t1＞t2～t1時(shí)，需增加質(zhì)量后繼續(xù)試驗(yàn)；

3）當(dāng)t1=t2～t1時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束，按下列公式計(jì)算最大爬坡角度。

式中：

α—最大爬坡角度，單位為度（°）；

β—試驗(yàn)坡道的角度，單位為度（°）；

Ws—受試車實(shí)際總質(zhì)量,單位為千克(kg)；

W—受試車規(guī)定總質(zhì)量,單位為千克(kg)。

注：本試驗(yàn)車輛采用無極變速。

2.2.3 低溫能量消耗率

完成續(xù)駛里程試驗(yàn)后2 h內(nèi)，動(dòng)力蓄電池按GB/T 24157-2017[1]5.3.2條進(jìn)行充電，在電網(wǎng)和車輛充電器之間連接電能表，測(cè)量充電全過程電網(wǎng)消耗能量E。充電結(jié)束后，及時(shí)斷開充電器與電網(wǎng)連接，記錄電網(wǎng)消耗能量E和充電時(shí)間。然后按GB/T 24157-2017[1]5.7計(jì)算能量消耗率。

2.2.4 低溫車輛阻值

在滿足表1的低溫高原環(huán)境條件下，按GB 24155-2020[2]5.2 方法使用絕緣電阻表測(cè)量B級(jí)電路系統(tǒng)與外露可導(dǎo)電部件的絕緣電阻。

2.2.5 低溫電池放電容量

車輛動(dòng)力蓄電池在滿足表1的低溫高原環(huán)境條件下（其中溫度要求為（-10～0）℃）靜置2 h后，參考GB/T 36672-2018[3]以I2（A）電流放電至蓄電池電壓到放電終止電壓截止，計(jì)算蓄電池放電容量。

2.3 常溫對(duì)比試驗(yàn)

為了研究低溫高原環(huán)境與常溫環(huán)境下電動(dòng)摩托車性能和安全影響差異，在常溫環(huán)境下按本文2.2條的試驗(yàn)方法重復(fù)進(jìn)行了試驗(yàn)，常溫環(huán)境條件滿足表3中的要求。

表3 常溫環(huán)境要求

3 結(jié)果與討論

按第2章描述的方法進(jìn)行試驗(yàn)，得到兩種環(huán)境下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表4）。

表4 兩種環(huán)境下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)表4兩種環(huán)境條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比可知，在低溫高原環(huán)境下電動(dòng)摩托車的各性能和安全指標(biāo)相對(duì)于常溫環(huán)境都有較大變化。其中，電池放電容量降低了17.3 %，續(xù)駛里程降低18.1 %，可見蓄電池受到了低溫影響，儲(chǔ)能密度降低極大，影響了車輛的續(xù)行里程。在低溫高原環(huán)境使用，建議工廠和銷售商提醒用戶注意電量變化，及時(shí)充電。還有，車輛阻值降低為常溫下的28.9 %，可見車輛的絕緣性能降低較多，電氣安全性能也受到相應(yīng)影響，這與低壓電器[6]的相關(guān)研究結(jié)果類似，可見如果車輛計(jì)劃在高原地區(qū)銷售和使用，工廠應(yīng)對(duì)電氣性能進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)和加強(qiáng)，如增加電氣件間的電氣間隙和爬電距離，選用更好的耐低溫絕緣材料或加強(qiáng)絕緣設(shè)計(jì)，以保障車輛電氣安全。能量消耗率比常溫下增加21.4 %，相較于常溫下車輛行駛相同單位里程蓄電池能量消耗變大，建議企業(yè)在設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)，選擇低溫下工作效率較高的電氣部件，提高整車低溫能量轉(zhuǎn)換率。

4 總結(jié)和展望

電動(dòng)摩托車在低溫高原環(huán)境下使用時(shí)，車輛續(xù)行里程和電氣安全性能都會(huì)受到較大影響。企業(yè)如計(jì)劃在低溫高原區(qū)域銷售電動(dòng)摩托車產(chǎn)品，須充分考慮氣候環(huán)境對(duì)整車安全的影響，對(duì)整車進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計(jì)。電動(dòng)摩托車標(biāo)準(zhǔn)化工作中，需充分考慮嚴(yán)酷氣候環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的影響。

本次研究只考察了低溫高原環(huán)境對(duì)電動(dòng)摩托車性能和安全影響，后續(xù)計(jì)劃深入研究其他嚴(yán)酷自然環(huán)境對(duì)電動(dòng)摩托車性能和安全影響，為電動(dòng)摩托車行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量保障和提升提供參考依據(jù)。