龔春忠，何浩，張永

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電動(dòng)汽車滑行法與查表法試驗(yàn)對(duì)比分析

龔春忠，何浩，張永

（浙江清華長(zhǎng)三角研究院新能源汽車研發(fā)中心，浙江 嘉興 314000）

電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程與能量消耗率是衡量電動(dòng)汽車成熟水平的關(guān)鍵指標(biāo)?！禛B/T 18386-2017 電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)》中規(guī)定了電動(dòng)汽車可以選擇滑行法與查表法中的任意一種進(jìn)行續(xù)駛里程與能量消耗率的測(cè)試。通常情況下，滑行法比查表法更精確，但選擇哪種方法更有利于續(xù)駛里程結(jié)果，與車輛特性密切相關(guān)。文章提出一種簡(jiǎn)便的對(duì)比方法，可以快速分析兩種方法的能耗差距水平。并給出了不易獲取滑行試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，采用查表法如何做近似分析的建議。

電動(dòng)汽車；能量消耗率；續(xù)駛里程；滑行法；查表法

前言

目前，電動(dòng)汽車行業(yè)在政策支持與技術(shù)創(chuàng)新的雙重推動(dòng)力作用下發(fā)展迅速[1]。普遍認(rèn)為，制約電動(dòng)汽車普及最關(guān)鍵的整車參數(shù)是續(xù)駛里程，緊隨其后的是價(jià)格因素、充電基礎(chǔ)設(shè)施、電池使用壽命等[2]。而與續(xù)駛里程密切相關(guān)的技術(shù)參數(shù)是能量消耗率，通常用百公里耗電量表示。為適應(yīng)電動(dòng)汽車新技術(shù)的發(fā)展，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)推出了《GB/T 18386-2017 電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)，在2005版標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上做了大量的修訂，目的是使測(cè)試結(jié)果更可信，大家在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則下相競(jìng)爭(zhēng)[3,4]。如何利用該標(biāo)準(zhǔn)更好地開發(fā)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，是每個(gè)主機(jī)廠關(guān)鍵的工作方向。

研究底盤測(cè)功機(jī)阻力系數(shù)的設(shè)定，并對(duì)比滑行法與查表法，在傳統(tǒng)燃油車中已有很多研究成果。文獻(xiàn)[5]比較了摩托車的查表法與滑行法的阻力差異。文獻(xiàn)[6]則重點(diǎn)研究查表法與滑行法在底盤測(cè)功機(jī)上的設(shè)定參數(shù)對(duì)汽車排放數(shù)值的影響。目前，新能源汽車的續(xù)駛里程測(cè)試，通常使用滑行法。而在競(jìng)品分析、樣車分析等獲取滑行阻力比較困難的情況下，可以使用查表法作為過渡代替。本文的意義在于，在該階段可以使用查表法試驗(yàn)獲取結(jié)果，并做合理分析，適當(dāng)修正試驗(yàn)結(jié)果，令其更接近于滑行法。

本文通過研究查表法與滑行法的差異，提出一種快速分辨兩種道路載荷設(shè)定方法的能耗差異方法，并通過分析兩種方法的原理，獲得汽車狀態(tài)與所選方法之間的關(guān)系。

1 滑行法與查表法的原理

在底盤測(cè)功機(jī)上設(shè)定汽車的道路阻力，通常使用滑行法與查表法兩種方法。兩種方法在《GB/T18352.5-2013 輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）》[7]中均有規(guī)定。其目的是確定測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)?；蟹梢皂槑y(cè)定汽車機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)阻力。但查表法未有該方面的規(guī)定。

1.1 滑行法

規(guī)定汽車試驗(yàn)的道路條件，空氣溫度、壓力、風(fēng)速條件，車輛試驗(yàn)前預(yù)處理等準(zhǔn)備條件。在平直道路上汽車加速到最高車速，然后切斷驅(qū)動(dòng)來源，使汽車在空氣阻力與車輪滾動(dòng)阻力、自身機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)阻力的作用下逐漸減速到0，利用滑行的t-v曲線分段計(jì)算汽車阻力，最后使用最小二乘法擬合成二次系數(shù)，從而獲得阻力系數(shù)A、B、C的值。滑行過程的阻力方程描述如式（1）所示。

式中：A為常數(shù)項(xiàng)系數(shù)；為一次項(xiàng)系數(shù)；C為二次項(xiàng)系數(shù)。

在測(cè)功機(jī)上使用滑行法的道路阻力系數(shù)時(shí)，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SAE J2264執(zhí)行，測(cè)功機(jī)有專項(xiàng)滑行功能，以測(cè)定車輛道路阻力系數(shù)。在轉(zhuǎn)鼓上多次修正以獲得精確的測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)。

1.2 查表法

汽車的基準(zhǔn)質(zhì)量是汽車的整備質(zhì)量加上100kg，根據(jù)基準(zhǔn)質(zhì)量查表確定測(cè)功機(jī)設(shè)定的當(dāng)量慣量與道路阻力系數(shù)。摘錄部分查表信息，摘錄部分車輛當(dāng)量慣量對(duì)應(yīng)的道路阻力系數(shù)，如表1所示。

使用查表法時(shí)，B=0N/(km/h)，對(duì)應(yīng)于公式（1）。但在使用查表法時(shí)，不再需要進(jìn)行SAEJ2264的滑行試驗(yàn)，表1中查得的數(shù)值即為測(cè)功機(jī)阻力設(shè)定值，此時(shí)測(cè)功機(jī)會(huì)默認(rèn)車輛機(jī)械損失為0，測(cè)功機(jī)設(shè)定阻力與汽車道路阻力相等。

表1 摘錄部分查表法測(cè)功機(jī)道路阻力設(shè)定系數(shù)

2 電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)與滑行法、查表法的關(guān)系

查表法與滑行法均適用于電動(dòng)汽車和燃油車，本文針對(duì)純電動(dòng)汽車進(jìn)行分析。研究查表法與滑行法的區(qū)別，需要先對(duì)電動(dòng)汽車的整車結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。通過分析整車的各子系統(tǒng)能耗來分析查表法與滑行法差距在哪個(gè)環(huán)節(jié)上。

2.1 純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)是一個(gè)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，主要的部件有：充電樁、車載充電機(jī)、電池、電機(jī)控制器及電機(jī)、減速器及傳動(dòng)軸、車輪、車身（主要為迎風(fēng)車頭）。為了區(qū)別子系統(tǒng)能耗，通常通過各端能耗分析，主要研究電網(wǎng)端、電池端、電機(jī)端、輪邊的能耗。

其中，充電樁經(jīng)過車載充電機(jī)到電池的能量是單向的，電池到電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)的能量是雙向的。最后一個(gè)環(huán)節(jié)的迎風(fēng)阻力則是最終的有效負(fù)載。各子系統(tǒng)及其拓?fù)潢P(guān)系如圖1所示。

圖1 電動(dòng)汽車各能量流通環(huán)節(jié)

2.2 各端能耗

表2 各端能耗與各子系統(tǒng)損耗的包含關(guān)系

注：帶“√”符號(hào)表示該端能耗包含對(duì)應(yīng)的子系統(tǒng)損耗

電動(dòng)汽車各端能耗是研究各子系統(tǒng)能耗的測(cè)試接口。在測(cè)試整車?yán)m(xù)駛里程時(shí)，可以從電網(wǎng)的電表中讀取電網(wǎng)端能耗數(shù)據(jù)，通過底盤測(cè)功機(jī)獲取輪邊及電機(jī)端的能耗數(shù)據(jù)。而電池端、電機(jī)端則需要布置相應(yīng)的傳感器獲取。在整車測(cè)試階段，電池端能耗通過BMS上傳VCU的電壓電流數(shù)據(jù)積分獲取，電機(jī)端能耗通過讀取CAN總線電機(jī)轉(zhuǎn)速扭力信號(hào)獲取。但要注意，這種方式僅作為數(shù)據(jù)分析的參考，數(shù)據(jù)精度通常不具備計(jì)量精度級(jí)別。可以通過動(dòng)力系統(tǒng)臺(tái)架更精確地分析獲取。各端能耗包含各子系統(tǒng)能耗關(guān)系如表2所示。

由表2可知，查表法與滑行法的區(qū)別主要在于是否包含車輪及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的損耗。查表法對(duì)車輪損耗做了細(xì)微修正。

3 快速對(duì)比兩種方法能耗

查表法與滑行法的使用目的，都是獲取電動(dòng)汽車能耗數(shù)據(jù)。最直接的對(duì)比方法是同一輛車，分別用兩種方法做試驗(yàn)，獲取續(xù)駛里程和能耗對(duì)比結(jié)果。但是續(xù)駛里程與能耗試驗(yàn)耗費(fèi)時(shí)間周期長(zhǎng)，一個(gè)續(xù)駛里程與能量消耗率試驗(yàn)需要消耗3天時(shí)間，兩次試驗(yàn)就需要6天時(shí)間。本文將使用道路模擬模式的滑行法進(jìn)行分析，并完成了一組實(shí)際測(cè)試是能量消耗率與續(xù)駛里程的試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果分析如下。

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)基于浙江合眾新能源汽車有限公司EP10車型。車輛整備質(zhì)量1176kg，基準(zhǔn)質(zhì)量1276kg。

滑行法：

步驟1：在鹽城試驗(yàn)場(chǎng)做滑行試驗(yàn)，參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18352.5，獲取道路阻力系數(shù)A1，B1，C1

步驟2：在底盤測(cè)功機(jī)上執(zhí)行滑行試驗(yàn)，參考標(biāo)準(zhǔn)SAEJ 2264，獲取車輛測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)A2，B2，C2

步驟3：在底盤測(cè)功機(jī)上執(zhí)行道路阻力模擬模式，測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)為A2，B2，C2

步驟4：汽車開到最高車速，然后掛N檔，松制動(dòng)踏板和油門踏板，直到車速減為0，獲取t-v曲線。

查表法：

步驟1：通過基準(zhǔn)質(zhì)量查表獲取測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)A1’，B1’，C1’

步驟2：在底盤測(cè)功機(jī)上執(zhí)行道路阻力模擬模式，將查表結(jié)果填入測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)

步驟3：汽車開到最高車速，然后掛N檔，松制動(dòng)踏板和油門踏板，直到車速減為0，獲取t-v曲線。

注意：以上試驗(yàn)中，車輛的配重、胎壓、傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑油等，均依照標(biāo)準(zhǔn)為同一狀態(tài)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

執(zhí)行上述試驗(yàn)，可以獲取道路阻力模擬模式下的t-v曲線，如圖2所示。查表法在高速段減速更快，在低速段減速較慢。通過t-v曲線擬合成道路阻力方程，繪制成道路阻力曲線如圖3所示。

由圖3可知，在車速小于60km/h時(shí)，查表法優(yōu)于滑行法，在車速高于60km/h時(shí)，滑行法優(yōu)于查表法。使用仿真計(jì)算方式，獲取電網(wǎng)端能量消耗。測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)、模擬道路阻力系數(shù)、車輛寄生損失系數(shù)等結(jié)果對(duì)比如表3所示。

圖2 查表法與滑行法t-v曲線對(duì)比

圖3 查表法與滑行法v-F曲線對(duì)比

表3 查表法與滑行法各參數(shù)對(duì)比

使用同一輛車，做完整的電動(dòng)汽車能量消耗率與續(xù)駛里程試驗(yàn)，測(cè)得續(xù)駛里程結(jié)果，其與仿真分析方法的偏差如表3所示。該偏差主要是因?yàn)镹EDC工況在高速段，使用查表法能耗更高，相對(duì)于滑行法會(huì)提前跟不上線而停止試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，使用道路模擬模式的滑行法與續(xù)駛里程試驗(yàn)法結(jié)果接近，該方法有效。但因存在截止條件的偏差，實(shí)際測(cè)試會(huì)有所偏差。

4 滑行法與查表法的差別總結(jié)

滑行法與查表法的本質(zhì)是測(cè)功機(jī)設(shè)定系數(shù)的區(qū)別。道路上滑行獲得的阻力系數(shù)與查表法獲得的阻力系數(shù)對(duì)應(yīng)于不同的子系統(tǒng)損耗部分，因此在測(cè)功機(jī)上使用時(shí)要分別分析。兩種方法測(cè)得的車輛寄生損失系數(shù)是接近的，各子系統(tǒng)的能耗估算方法在電池端、電網(wǎng)端是相同的。 總體區(qū)別如表4所示。

表4 查表法與滑行法的主要區(qū)別匯總

5 結(jié)論

查表法與滑行法都是合法的能量消耗率與續(xù)駛里程試驗(yàn)中道路阻力系數(shù)的加載方法。對(duì)于造型偏向流線型設(shè)計(jì)的轎車或其他車型，使用滑行法具備明顯的優(yōu)勢(shì)；如果造型優(yōu)先設(shè)計(jì)，例如各類SUV車型，風(fēng)阻系數(shù)較大時(shí)，使用查表法與滑行法接近，需要進(jìn)一步分析哪種方法更優(yōu)。本文提供的底盤測(cè)功機(jī)上道路阻力模擬模式滑行法，是一種快速便捷的分辨查表法、滑行法能耗優(yōu)勢(shì)的方法。在樣車測(cè)試或道路阻力滑行試驗(yàn)數(shù)據(jù)較難獲取的情況下，可以使用查表法，并根據(jù)汽車造型的空氣阻力系數(shù)CAE仿真數(shù)據(jù)做適當(dāng)修正。

[1] 劉蘭劍,宋發(fā)苗.國(guó)內(nèi)外新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新政策梳理與評(píng)價(jià)[J]. 科學(xué)管理研究,2013,31(01):66-70.

[2] 朱文波,王雙,黎運(yùn).底盤測(cè)功機(jī)的阻力設(shè)定方法對(duì)整車油耗測(cè)試的影響[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2017(06):84-88.

[3] 顏麗.電動(dòng)汽車發(fā)展前景及急需解決的瓶頸技術(shù)問題[J]. 低碳世界,2017(29):268-269.

[4] GB/T 18386-2005,電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法[S].

[5] GB/T 18386-2017,電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法[S].

[6] 尹濤,鄭義,李晶,袁克忠.底盤測(cè)功機(jī)行駛阻力設(shè)定方法比較[J]. 小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車,2014,43(01):54-56+72.

[7] GB/T18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）[S].

Comparative analysis of energy consumption between electric vehicle taxiing methodand look-up table method

Gong Chunzhong, He Hao, Zhang Yong

( Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University, Zhejiang New Energy Vehicle R&D Center, Zhejiang Jiaxing 314000 )

The mileage and energy consumption rate of electric vehicles are the key indicators to measure the maturity of electric vehicles. The energy consumption rate and driving mileage test of GB/T 18386-2017 electric vehicle stipulates that the electric vehicle can choose any kind of test of driving mileage and energy consumption rate in the skidding and table lookup method. Usually, the taxi method is more accurate than the look-up table method, but which method is more conducive to the result of the mileage and is closely related to the vehicle characteristics. This paper proposes a simple and convenient method to quickly analyze the energy consumption gap between the two methods. It also gives the suggestion of how to do approximate analysis with the look-up table method when it is not easy to get the test data.

Electric vehicle;energy consumption rate;continue mileage;taxi method;look-up table method

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1671-7988(2018)22-01-04

U462

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1671-7988(2018)22-01-04

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龔春忠，就職于浙江合眾新能源汽車有限公司，學(xué)士學(xué)位，初級(jí)工程師，新能源汽車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性測(cè)試；何浩，浙江合眾新能源汽車有限公司，學(xué)士學(xué)位，中級(jí)工程師，新能源汽車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性測(cè)試；張永，浙江合眾新能源汽車有限公司，學(xué)士學(xué)位，中級(jí)工程師，新能源汽車整車試制與試驗(yàn)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.001