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電動(dòng)汽車(chē)維護(hù)周期現(xiàn)狀及確定方法探究

2020-05-15 23:52:00·  來(lái)源：《電動(dòng)汽車(chē)維護(hù)周期現(xiàn)狀及確定方法探究》  
　
0 引言車(chē)輛的技術(shù)狀況會(huì)因?yàn)槭褂眠^(guò)程中的摩擦、腐蝕、疲勞、變形及老化等因素而逐漸惡化，不管是傳統(tǒng)燃油汽車(chē)還是電動(dòng)汽車(chē)，都需要進(jìn)行周期維護(hù)。周期維護(hù)的首要
0 引言

車(chē)輛的技術(shù)狀況會(huì)因?yàn)槭褂眠^(guò)程中的摩擦、腐蝕、疲勞、變形及老化等因素而逐漸惡化，不管是傳統(tǒng)燃油汽車(chē)還是電動(dòng)汽車(chē)，都需要進(jìn)行周期維護(hù)。周期維護(hù)的首要工作是制定科學(xué)合理的維護(hù)周期。

《道路運(yùn)輸車(chē)輛技術(shù)管理規(guī)定》（交通運(yùn)輸部令2019年第19 號(hào)）規(guī)定了道路運(yùn)輸車(chē)輛的維護(hù)周期由運(yùn)輸經(jīng)營(yíng)者自行確定。制定合理的維護(hù)周期是一項(xiàng)復(fù)雜工作，傳統(tǒng)燃油車(chē)維護(hù)周期通常參照《汽車(chē)維護(hù)、檢測(cè)、診斷技術(shù)規(guī)范》（GB/T 18344）等技術(shù)文件制定，電動(dòng)汽車(chē)維護(hù)周期和傳統(tǒng)汽車(chē)不同。

蔣曉琴等對(duì)比了新能源汽車(chē)和傳統(tǒng)汽車(chē)的維護(hù)區(qū)別后發(fā)現(xiàn)，純電動(dòng)汽車(chē)的維護(hù)周期要比燃油汽車(chē)長(zhǎng)；徐安等研究了基于不同優(yōu)化目標(biāo)構(gòu)建相應(yīng)數(shù)學(xué)模型可得到不同的維護(hù)周期。當(dāng)前國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)在存量規(guī)模、維護(hù)保障等方面均處于起步階段，技術(shù)升級(jí)更新快、車(chē)輛運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)積累不充分，有必要探究電動(dòng)汽車(chē)維護(hù)周期的設(shè)置現(xiàn)狀。

1 電動(dòng)汽車(chē)維護(hù)周期現(xiàn)狀

1.1乘用車(chē)

 
從圖1 可以看出，純電動(dòng)乘用車(chē)維護(hù)里程間隔周期平均為1.2 萬(wàn)km 左右，維護(hù)時(shí)間間隔周期約為8個(gè)月。其中，維護(hù)里程和維護(hù)時(shí)間間隔的最高最低值分別為2 萬(wàn)km 和1 萬(wàn)km，12 個(gè)月和6 個(gè)月。

1.2 商用車(chē)

商用車(chē)在結(jié)構(gòu)配置、技術(shù)特點(diǎn)和使用場(chǎng)景等方面均有別于乘用車(chē)，其關(guān)鍵零部件如動(dòng)力電池的維護(hù)通常由零部件生產(chǎn)企業(yè)提供一對(duì)一服務(wù)，維護(hù)周期設(shè)置與乘用車(chē)具有明顯差異。

1.2.1 電動(dòng)商用車(chē)生產(chǎn)企業(yè)制定的里程間隔周期

 
為避免因維護(hù)周期級(jí)別、類(lèi)型的設(shè)置差異等問(wèn)題，本文從維護(hù)周期總體里程區(qū)間對(duì)比6 家商用車(chē)生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的電動(dòng)商用車(chē)維護(hù)周期設(shè)置情況。由圖2 可以看出，企業(yè)設(shè)置的維護(hù)里程周期區(qū)間差距較大，里程的最大最小值也各不相同，商用車(chē)的平均維護(hù)里程間隔為6 000~51 000 km。維護(hù)周期的設(shè)置遵循了“區(qū)別電動(dòng)部分和機(jī)械部分”的原則，大體分為以下三種：

（1）電動(dòng)部分和傳統(tǒng)機(jī)械部件維護(hù)周期一致，大部分維護(hù)項(xiàng)目同步進(jìn)行，僅對(duì)部分細(xì)分項(xiàng)目作區(qū)分，比如對(duì)動(dòng)力電池的開(kāi)箱檢查、工作液更換等適當(dāng)延長(zhǎng)維護(hù)周期。

（2）電動(dòng)部分維護(hù)項(xiàng)目維護(hù)周期間隔明顯較傳統(tǒng)機(jī)械部分的維護(hù)周期要長(zhǎng)。

（3）電動(dòng)部分特別是動(dòng)力電池的維護(hù)周期，部分車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)直接引用電池生產(chǎn)企業(yè)建議的周期，不對(duì)電動(dòng)部分的維護(hù)周期作進(jìn)一步規(guī)定。

1.2.2 動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)制定的時(shí)間間隔周期

電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池等高壓部件供應(yīng)商提供的維護(hù)周期建議是汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)、道路運(yùn)輸經(jīng)營(yíng)者等制定整車(chē)維護(hù)周期的重要參考，有必要進(jìn)一步梳理其總體設(shè)置情況，本部分對(duì)動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)制定的維護(hù)周期作了梳理。

 
如圖3 所示，為了便于分析，這里按照多數(shù)電池生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定的三級(jí)維護(hù)間隔周期進(jìn)行對(duì)比，其中一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)維護(hù)在作業(yè)內(nèi)容方面的區(qū)別是：一級(jí)維護(hù)主要是清潔檢查；二級(jí)維護(hù)主要是狀態(tài)檢測(cè)；三級(jí)維護(hù)主要是對(duì)系統(tǒng)工作液的更換。由圖可見(jiàn)，按照月度間隔來(lái)看，動(dòng)力電池的維護(hù)周期，目前推薦的平均間隔約為一級(jí)維護(hù)1 個(gè)月，二級(jí)維護(hù)為4 個(gè)月，三級(jí)維護(hù)為10 個(gè)月。

2 維護(hù)周期確定方法

上述維護(hù)周期是汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)積累，結(jié)合國(guó)家相關(guān)政策法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)給出的，具有國(guó)家政策導(dǎo)向性強(qiáng)的特點(diǎn)，普遍缺乏必要的優(yōu)化論證，理論上，電動(dòng)汽車(chē)維護(hù)周期應(yīng)在汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)推薦維護(hù)周期基礎(chǔ)上個(gè)，進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行優(yōu)化。如何確定最優(yōu)的汽車(chē)維護(hù)周期是一項(xiàng)復(fù)雜工作。不同車(chē)輛類(lèi)型在維護(hù)周期上具有一定的差異，比如部分新能源汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)代替了傳統(tǒng)燃油汽車(chē)在啟動(dòng)、怠速、低速等工況下的功能，車(chē)輛的故障發(fā)生、失效機(jī)理等發(fā)生了變化，不能直接沿用傳統(tǒng)燃油汽車(chē)維護(hù)周期，且維護(hù)周期的確定不能盲目縮短或者延長(zhǎng)，維護(hù)周期設(shè)置過(guò)長(zhǎng)，表面上提高了運(yùn)營(yíng)效率，減少了維護(hù)成本，但是往往會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛因?yàn)槟承┫到y(tǒng)或者零部件未及時(shí)維護(hù)而提高了車(chē)輛的突發(fā)故障率，增加了車(chē)輛維修成本；若周期設(shè)置過(guò)短，則增加了維修成本和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，頻繁維護(hù)降低了運(yùn)營(yíng)效率，且過(guò)于頻繁的拆解零部件將對(duì)其造成非必要的損傷。因此，維護(hù)周期在理論上存在最優(yōu)值，應(yīng)采取科學(xué)分析手段進(jìn)行優(yōu)化。

2.1 現(xiàn)行維護(hù)周期優(yōu)化方法

傳統(tǒng)燃油汽車(chē)維護(hù)周期通?；诮?jīng)濟(jì)性（成本費(fèi)用最低）、安全性、有效性和技術(shù)狀況等一個(gè)或者多個(gè)目標(biāo)給出，可以針對(duì)不同優(yōu)化目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證獲得最優(yōu)解，常見(jiàn)的優(yōu)化方法如下：

（1）基于車(chē)輛經(jīng)濟(jì)性建模
 
式中，C（tp）表示單位運(yùn)行時(shí)間內(nèi)檢測(cè)診斷與維修費(fèi)用；tp 表示二級(jí)維護(hù)周期；Ct 表示一次檢測(cè)診斷費(fèi)用（定期檢測(cè)）；Cp 表示一次二級(jí)維護(hù)費(fèi)用；Cf 表示一次故障小修費(fèi)用；H （tp）表示更新函數(shù)，即周期內(nèi)故障發(fā)生次數(shù)的數(shù)學(xué)期望。這種模型的優(yōu)化目標(biāo)是：在二級(jí)維護(hù)周期內(nèi)，定期檢測(cè)診斷費(fèi)用、二級(jí)維護(hù)費(fèi)用、故障小修費(fèi)用總和與二級(jí)維護(hù)周期間隔比值的最小值。

（2）基于用車(chē)安全性建模

 
式中，m 和η 分別為Weibull 分布的性質(zhì)參數(shù)和尺度參數(shù)；ls 為行駛里程；S 為安全水平。

采用這種模型，需要采集汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中制動(dòng)系、轉(zhuǎn)向系等系統(tǒng)的故障情況，并進(jìn)行分布擬合檢驗(yàn)，認(rèn)定服從Weibull 分布后再根據(jù)樣本進(jìn)行參數(shù)估計(jì)進(jìn)一步得到性質(zhì)參數(shù)和尺度參數(shù)，根據(jù)給定的安全性水平S，即可求得不同安全性水平的車(chē)輛最優(yōu)維護(hù)里程間隔周期。

（3）基于車(chē)輛使用有效性建模

 
式中，A(t ) p 表示有效度；tp 表示二級(jí)維護(hù)周期；Tz表示一次二級(jí)維護(hù)檢測(cè)診斷所需平均時(shí)間；Tp 表示一次二級(jí)維護(hù)所需平均時(shí)間；Tf 表示一次故障小修所需要的平均時(shí)間；H t ( ) p 表示更新函數(shù)，即周期內(nèi)故障發(fā)生次數(shù)的數(shù)學(xué)期望。

用有效度標(biāo)識(shí)車(chē)輛在某時(shí)刻具有或維持規(guī)定功能的能力，具體用一個(gè)維護(hù)周期內(nèi)可能工作時(shí)間占全部時(shí)間的比值表示有效度大小。有效度最大即單位時(shí)間內(nèi)車(chē)輛總停駛時(shí)間最短。

（4）基于車(chē)輛的技術(shù)狀況建模

以制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)性能為例，對(duì)制動(dòng)盤(pán)磨損量進(jìn)行建模：

 
式中，M 為制動(dòng)盤(pán)或者摩擦襯片的全部磨損量；m 為制動(dòng)盤(pán)或者摩擦襯片的平均磨損量；l 為總運(yùn)行里程。以混合動(dòng)力汽車(chē)的制動(dòng)盤(pán)（襯片）磨損量、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油指標(biāo)（如閃點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)粘度、含水量、堿值）為約束條件，考察不同里程下上述指標(biāo)的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提出維護(hù)周期并進(jìn)一步優(yōu)化。此方法需要建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行，客觀性和可操作性均較強(qiáng)。

（5）基于多種目標(biāo)建模

主要目標(biāo)法：在多個(gè)單目標(biāo)中選取一個(gè)為主要目標(biāo)，其余為次要目標(biāo)，將原來(lái)的多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)以選定的主要目標(biāo)為目標(biāo)的單目標(biāo)規(guī)劃。分層序列法[11]：將多個(gè)單目標(biāo)按照重要程度排序，并逐級(jí)尋優(yōu)，得到最優(yōu)解集合。

2.2 電動(dòng)汽車(chē)維護(hù)周期優(yōu)化方法

電動(dòng)汽車(chē)由于裝備了高壓動(dòng)力電池，其在主要安全部件構(gòu)造、周期維護(hù)間隔、維護(hù)項(xiàng)目等方面和傳統(tǒng)車(chē)輛存在差異，在分析維護(hù)周期過(guò)程中，完全可以借鑒上述的模型。在經(jīng)濟(jì)性方面，雖然原模型是基于強(qiáng)制維護(hù)背景下提出的，相關(guān)的檢測(cè)診斷環(huán)節(jié)同樣適用于強(qiáng)調(diào)故障診斷的電動(dòng)汽車(chē)維護(hù)要求，可通過(guò)統(tǒng)計(jì)整車(chē)電氣系統(tǒng)的故障報(bào)警頻數(shù)進(jìn)行模型論證。

在安全性方面，除了針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械部件如制動(dòng)系、轉(zhuǎn)向系等機(jī)械部件的考察外，可以在此基礎(chǔ)上增加動(dòng)力電池等電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵安全部件的電子故障報(bào)警頻數(shù)進(jìn)行考量。在有效性方面，應(yīng)在模型中相應(yīng)增加電動(dòng)汽車(chē)補(bǔ)電和動(dòng)力電池均衡充電等作業(yè)項(xiàng)目對(duì)有效度的影響；技術(shù)狀況方面，除了傳統(tǒng)安全機(jī)械部件外，可針對(duì)動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻液提出相關(guān)指標(biāo)要求，按照現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求，給出相冷卻液的最優(yōu)更換周期。

3 結(jié)論

純電動(dòng)乘用車(chē)（小客車(chē)）的平均維護(hù)周期間隔為1.2 萬(wàn)公里或8 個(gè)月，純電動(dòng)商用車(chē)平均維護(hù)里程區(qū)間為6 000~51 000 km，動(dòng)力電池維護(hù)周期多數(shù)以時(shí)間間隔給出，平均為1 個(gè)月、4 個(gè)月和10 個(gè)月，汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)給出的電動(dòng)車(chē)輛維護(hù)周期差異較大且政策導(dǎo)向性強(qiáng)，企業(yè)在制定電動(dòng)汽車(chē)維修周期時(shí)，可借鑒傳統(tǒng)汽車(chē)維護(hù)周期制定方法及更新理論，建立數(shù)學(xué)模型，積累分析車(chē)輛運(yùn)行故障數(shù)據(jù)后進(jìn)行優(yōu)化確定。
 
 
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