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電動汽車維護(hù)周期現(xiàn)狀及確定方法探究

2020-05-15 23:52:00·  來源：《電動汽車維護(hù)周期現(xiàn)狀及確定方法探究》  
　
0 引言車輛的技術(shù)狀況會因為使用過程中的摩擦、腐蝕、疲勞、變形及老化等因素而逐漸惡化，不管是傳統(tǒng)燃油汽車還是電動汽車，都需要進(jìn)行周期維護(hù)。周期維護(hù)的首要
0 引言

車輛的技術(shù)狀況會因為使用過程中的摩擦、腐蝕、疲勞、變形及老化等因素而逐漸惡化，不管是傳統(tǒng)燃油汽車還是電動汽車，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。

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

蔣曉琴等對比了新能源汽車和傳統(tǒng)汽車的維護(hù)區(qū)別后發(fā)現(xiàn)，純電動汽車的維護(hù)周期要比燃油汽車長；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)前國內(nèi)電動汽車在存量規(guī)模、維護(hù)保障等方面均處于起步階段，技術(shù)升級更新快、車輛運營數(shù)據(jù)積累不充分，有必要探究電動汽車維護(hù)周期的設(shè)置現(xiàn)狀。

1 電動汽車維護(hù)周期現(xiàn)狀

1.1乘用車

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

1.2 商用車

商用車在結(jié)構(gòu)配置、技術(shù)特點和使用場景等方面均有別于乘用車，其關(guān)鍵零部件如動力電池的維護(hù)通常由零部件生產(chǎn)企業(yè)提供一對一服務(wù)，維護(hù)周期設(shè)置與乘用車具有明顯差異。

1.2.1 電動商用車生產(chǎn)企業(yè)制定的里程間隔周期

 
為避免因維護(hù)周期級別、類型的設(shè)置差異等問題，本文從維護(hù)周期總體里程區(qū)間對比6 家商用車生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的電動商用車維護(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)別電動部分和機(jī)械部分”的原則，大體分為以下三種：

（1）電動部分和傳統(tǒng)機(jī)械部件維護(hù)周期一致，大部分維護(hù)項目同步進(jìn)行，僅對部分細(xì)分項目作區(qū)分，比如對動力電池的開箱檢查、工作液更換等適當(dāng)延長維護(hù)周期。

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

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

1.2.2 動力電池生產(chǎn)企業(yè)制定的時間間隔周期

電動汽車動力電池等高壓部件供應(yīng)商提供的維護(hù)周期建議是汽車生產(chǎn)企業(yè)、道路運輸經(jīng)營者等制定整車維護(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，本部分對動力電池生產(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)定的三級維護(hù)間隔周期進(jìn)行對比，其中一級、二級和三級維護(hù)在作業(yè)內(nèi)容方面的區(qū)別是：一級維護(hù)主要是清潔檢查；二級維護(hù)主要是狀態(tài)檢測；三級維護(hù)主要是對系統(tǒng)工作液的更換。由圖可見，按照月度間隔來看，動力電池的維護(hù)周期，目前推薦的平均間隔約為一級維護(hù)1 個月，二級維護(hù)為4 個月，三級維護(hù)為10 個月。

2 維護(hù)周期確定方法

上述維護(hù)周期是汽車生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)自身經(jīng)驗積累，結(jié)合國家相關(guān)政策法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)給出的，具有國家政策導(dǎo)向性強(qiáng)的特點，普遍缺乏必要的優(yōu)化論證，理論上，電動汽車維護(hù)周期應(yīng)在汽車生產(chǎn)企業(yè)推薦維護(hù)周期基礎(chǔ)上個，進(jìn)一步結(jié)合實際運用進(jìn)行優(yōu)化。如何確定最優(yōu)的汽車維護(hù)周期是一項復(fù)雜工作。不同車輛類型在維護(hù)周期上具有一定的差異，比如部分新能源汽車的驅(qū)動電機(jī)代替了傳統(tǒng)燃油汽車在啟動、怠速、低速等工況下的功能，車輛的故障發(fā)生、失效機(jī)理等發(fā)生了變化，不能直接沿用傳統(tǒng)燃油汽車維護(hù)周期，且維護(hù)周期的確定不能盲目縮短或者延長，維護(hù)周期設(shè)置過長，表面上提高了運營效率，減少了維護(hù)成本，但是往往會導(dǎo)致車輛因為某些系統(tǒng)或者零部件未及時維護(hù)而提高了車輛的突發(fā)故障率，增加了車輛維修成本；若周期設(shè)置過短，則增加了維修成本和運營維護(hù)成本，頻繁維護(hù)降低了運營效率，且過于頻繁的拆解零部件將對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)燃油汽車維護(hù)周期通?；诮?jīng)濟(jì)性（成本費用最低）、安全性、有效性和技術(shù)狀況等一個或者多個目標(biāo)給出，可以針對不同優(yōu)化目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型，通過試驗驗證獲得最優(yōu)解，常見的優(yōu)化方法如下：

（1）基于車輛經(jīng)濟(jì)性建模
 
式中，C（tp）表示單位運行時間內(nèi)檢測診斷與維修費用；tp 表示二級維護(hù)周期；Ct 表示一次檢測診斷費用（定期檢測）；Cp 表示一次二級維護(hù)費用；Cf 表示一次故障小修費用；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：在二級維護(hù)周期內(nèi)，定期檢測診斷費用、二級維護(hù)費用、故障小修費用總和與二級維護(hù)周期間隔比值的最小值。

（2）基于用車安全性建模

 
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，需要采集汽車運行過程中制動系、轉(zhuǎn)向系等系統(tǒng)的故障情況，并進(jìn)行分布擬合檢驗，認(rèn)定服從Weibull 分布后再根據(jù)樣本進(jìn)行參數(shù)估計進(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輛最優(yōu)維護(hù)里程間隔周期。

（3）基于車輛使用有效性建模

 
式中，A(t ) p 表示有效度；tp 表示二級維護(hù)周期；Tz表示一次二級維護(hù)檢測診斷所需平均時間；Tp 表示一次二級維護(hù)所需平均時間；Tf 表示一次故障小修所需要的平均時間；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)識車輛在某時刻具有或維持規(guī)定功能的能力，具體用一個維護(hù)周期內(nèi)可能工作時間占全部時間的比值表示有效度大小。有效度最大即單位時間內(nèi)車輛總停駛時間最短。

（4）基于車輛的技術(shù)狀況建模

以制動系統(tǒng)制動性能為例，對制動盤磨損量進(jìn)行建模：

 
式中，M 為制動盤或者摩擦襯片的全部磨損量；m 為制動盤或者摩擦襯片的平均磨損量；l 為總運行里程。以混合動力汽車的制動盤（襯片）磨損量、發(fā)動機(jī)機(jī)油指標(biāo)（如閃點、運動粘度、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驗基礎(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：在多個單目標(biāo)中選取一個為主要目標(biāo)，其余為次要目標(biāo)，將原來的多目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為一個以選定的主要目標(biāo)為目標(biāo)的單目標(biāo)規(guī)劃。分層序列法[11]：將多個單目標(biāo)按照重要程度排序，并逐級尋優(yōu)，得到最優(yōu)解集合。

2.2 電動汽車維護(hù)周期優(yōu)化方法

電動汽車由于裝備了高壓動力電池，其在主要安全部件構(gòu)造、周期維護(hù)間隔、維護(hù)項目等方面和傳統(tǒng)車輛存在差異，在分析維護(hù)周期過程中，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)的檢測診斷環(huán)節(jié)同樣適用于強(qiáng)調(diào)故障診斷的電動汽車維護(hù)要求，可通過統(tǒng)計整車電氣系統(tǒng)的故障報警頻數(shù)進(jìn)行模型論證。

在安全性方面，除了針對傳統(tǒng)機(jī)械部件如制動系、轉(zhuǎn)向系等機(jī)械部件的考察外，可以在此基礎(chǔ)上增加動力電池等電動汽車關(guān)鍵安全部件的電子故障報警頻數(shù)進(jìn)行考量。在有效性方面，應(yīng)在模型中相應(yīng)增加電動汽車補(bǔ)電和動力電池均衡充電等作業(yè)項目對有效度的影響；技術(shù)狀況方面，除了傳統(tǒng)安全機(jī)械部件外，可針對動力電池和驅(qū)動電機(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

純電動乘用車（小客車）的平均維護(hù)周期間隔為1.2 萬公里或8 個月，純電動商用車平均維護(hù)里程區(qū)間為6 000~51 000 km，動力電池維護(hù)周期多數(shù)以時間間隔給出，平均為1 個月、4 個月和10 個月，汽車生產(chǎn)企業(yè)給出的電動車輛維護(hù)周期差異較大且政策導(dǎo)向性強(qiáng)，企業(yè)在制定電動汽車維修周期時，可借鑒傳統(tǒng)汽車維護(hù)周期制定方法及更新理論，建立數(shù)學(xué)模型，積累分析車輛運行故障數(shù)據(jù)后進(jìn)行優(yōu)化確定。
 
 
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