盛德濤 楊俊萍 袁利東

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1 前言

純電動(dòng)乘用車是以車載動(dòng)力電池組為電源，依靠大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力的交通工具，具有清潔無污染、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[1]。

當(dāng)前純電動(dòng)乘用車行業(yè)內(nèi)已刊登的文獻(xiàn)中多數(shù)傾向于理論性研究，運(yùn)用相關(guān)公式建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算分析[2]。為此本文選定NEDC工況續(xù)駛里程作為評(píng)判依據(jù)，通過把理論定性分析、仿真分析與試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方式，論述參量設(shè)計(jì)載荷、 滾動(dòng)阻力系數(shù)、整車工作效率對(duì)車輛續(xù)駛里程的影響程度。

2 理論定性分析

2.1 整車供電原理簡(jiǎn)介

在純電動(dòng)乘用車產(chǎn)品開發(fā)初期，首先根據(jù)整車動(dòng)力性設(shè)計(jì)目標(biāo)確定電池、電機(jī)等關(guān)鍵高壓用電器參數(shù)，在此基礎(chǔ)上完成低壓用電器件的選型以及參數(shù)匹配，由于用電器配置確定后整車低壓用電器件的能耗很難降低，因此本文僅研究高壓用電器的能耗優(yōu)化方法。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是主要的高壓用電器，其工作效率和電機(jī)轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩相關(guān)且直接影響整車能耗，因此在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配設(shè)計(jì)時(shí)，保證其高效區(qū)間與車輛經(jīng)濟(jì)車速相匹配是基本的設(shè)計(jì)原則。

對(duì)于純電動(dòng)乘用車經(jīng)濟(jì)性的改善與提高，主要考慮續(xù)駛里程以及行駛工況能耗。行駛工況能耗是以一定車速或者循環(huán)行駛工況為基礎(chǔ)，以車輛行駛一定里程的能量消耗量來衡量[2-3]。這一點(diǎn)與GB/T 18386-2005《純電動(dòng)車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》是一致的。

2.2 功率平衡方程

勻速行駛工況純電動(dòng)乘用車的功率平衡方程

式中：P為驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率，單位kW；η為整車工作效率因數(shù)；m為純電動(dòng)乘用車設(shè)計(jì)載荷，單位kg；g為重力加速度，單位m/s2；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；V為行駛車速，單位m/s；CD為風(fēng)阻系數(shù)；A為正投影面積，單位m2。

勻加速行駛工況純電動(dòng)乘用車的功率平衡方程

式中：δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)；為加速度，勻加速行駛工況下為常量；其余字母含義與（1）式中相同。

NEDC工況試驗(yàn)循環(huán)由4個(gè)市區(qū)循環(huán)和1個(gè)市郊循環(huán)組成。整個(gè)循環(huán)工況整車分為勻速行駛、勻加速行駛、熄火靜止三種行駛模式。因此，公式（1）和公式（2）可以用來對(duì)NEDC工況法經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化進(jìn)行理論分析，參考GB/T 18386-2005《純電動(dòng)車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》附錄A求積分即可。

通常純電動(dòng)乘用車經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化有整車輕量化、提升整車工作效率、降低整車用電器件能耗、降低滾動(dòng)阻力系數(shù)四大類途徑。結(jié)合公式（1），整車輕量化相當(dāng)于降低整車整備質(zhì)量即降低設(shè)計(jì)載荷m；提升整車工作效率對(duì)應(yīng)于提高整車工作效率因數(shù)η；降低整車用電器件能耗主要是指降低整車用高壓電器件的能耗；降低滾動(dòng)阻力系數(shù)則是優(yōu)化f數(shù)值。

3 仿真分析

3.1 模型建立

以某微型純電動(dòng)乘用車為例進(jìn)行仿真分析，在Cruise軟件環(huán)境中構(gòu)建仿真模型。把整車的相關(guān)參數(shù)輸入到模型中；把驅(qū)動(dòng)電機(jī)外特性曲線圖等信息輸入到驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型中；動(dòng)力電池組參數(shù)輸入到電池模型中；其余模型信息以此類推進(jìn)行處理。模型建立后，調(diào)試驗(yàn)證后進(jìn)行仿真分析。

3.2 滾動(dòng)阻力系數(shù)優(yōu)化

初始狀態(tài)時(shí)，車輛采用的輪胎滾阻系數(shù)偏高，采用低滾阻輪胎進(jìn)行仿真NEDC工況法分析，仿真分析結(jié)果見表1。

表1 NEDC工況法測(cè)試結(jié)果

優(yōu)化滾動(dòng)阻力系數(shù)后，兩兩對(duì)比續(xù)駛里程分別增加了10.7km、8.2km，增幅為8.3%、5.87%（對(duì)應(yīng)滾動(dòng)阻力系數(shù)優(yōu)化幅度20%、16.7%），滾動(dòng)阻力系數(shù)優(yōu)化對(duì)于續(xù)駛里程的改善，效果較為顯著。

3.3 設(shè)計(jì)載荷優(yōu)化

設(shè)計(jì)載荷優(yōu)化的主要途徑是整車輕量化，主要途徑有減薄料厚、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、采用鋁合金碳纖維等復(fù)合材料等。由于該微型純電動(dòng)乘用車已經(jīng)充分進(jìn)行了整車輕量化工作，故仿真時(shí)采用設(shè)計(jì)載荷增值法進(jìn)行分析，NEDC工況法仿真分析結(jié)果見表2。

表2 NEDC工況法測(cè)試結(jié)果

NEDC工況法兩兩對(duì)比續(xù)駛里程分別增加了1.9km、4km，增幅分別為1.54%、3.2%（對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)載荷優(yōu)化幅度4.85%、5.10%），設(shè)計(jì)載荷優(yōu)化對(duì)于續(xù)駛里程的改善，效果較為顯著。

3.4 整車工作效率優(yōu)化

整車工作效率優(yōu)化主要有改善機(jī)械部分傳遞效率及電力部分傳遞效率兩大類方法。NEDC工況法仿真分析結(jié)果見表格3。

表3 NEDC工況法測(cè)試結(jié)果

NEDC工況法整車工作效率優(yōu)化0.01（增幅1.25%）后，續(xù)駛里程增加1.2km，增幅0.93%，整車工作效率優(yōu)化對(duì)于續(xù)駛里程的改善，效果顯著。

4 NEDC工況法測(cè)試

4.1 測(cè)試準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備新下線經(jīng)過磨合的新商品車一輛（整車工作效率可調(diào)），隨帶充電槍等一系列工具，委托國內(nèi)權(quán)威第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行NEDC工況法測(cè)試，同時(shí)安排2名試驗(yàn)人員及2名電氣工程師全程跟蹤試驗(yàn)過程。試驗(yàn)大綱可以與第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)人員共同討論后定稿，其余工作依據(jù)GB/T 18386-2005《純電動(dòng)車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》執(zhí)行。

4.2 測(cè)試結(jié)果分析

測(cè)試過程中具體操作完全由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)人員進(jìn)行，單項(xiàng)問題進(jìn)行多次測(cè)試（關(guān)閉制動(dòng)能量回收裝置），經(jīng)過處理后的具體測(cè)試結(jié)果見表格4。

表4 NEDC工況法測(cè)試結(jié)果

通過把表4中測(cè)量結(jié)果分別與表1至表3的仿真分析結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，測(cè)向結(jié)果較仿真分析結(jié)果偏小，誤差在±1.5%以內(nèi)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真分析數(shù)據(jù)吻合性較好。

5 結(jié)論

（1）純電動(dòng)乘用車設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，在整車配置以及外造型確定的前提下，其低壓電器件能耗總功率P1、風(fēng)阻系數(shù)CD、迎風(fēng)面積A隨之確定，此時(shí)續(xù)駛里程S主要影響參變量是滾動(dòng)阻力系數(shù)f、設(shè)計(jì)載荷m、整車工作效率η。

（2）整車工作效率η對(duì)續(xù)駛里程的影響最大，設(shè)計(jì)載荷m與滾動(dòng)阻力系數(shù)f對(duì)續(xù)駛里程的影響次之。

（3）制動(dòng)能量回收裝置涉及因素較多，具體有制動(dòng)性、整車控制策略、主觀駕駛感受等，本位論述的是僅僅影響純電動(dòng)乘用車能耗經(jīng)濟(jì)性的單一因素，故本文不把其列為能耗經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化方法之一進(jìn)行論述。