崔振陽(yáng)，范廣麗，楊 軍，劉萬(wàn)喜

（一汽奔騰轎車有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

電動(dòng)汽車由于充電時(shí)間遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)燃油車的加油時(shí)間，因此，大部分人對(duì)于續(xù)航里程的焦慮仍未消除，提升電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程不僅是為了滿足客戶的需求，也是汽車企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路[1]。而續(xù)航里程作為純電動(dòng)汽車最為關(guān)鍵的指標(biāo)，如何科學(xué)評(píng)價(jià)顯得尤為重要[2]。根據(jù)工信部的規(guī)劃，到2025年前，所有輕型新能源乘用汽車都采用中國(guó)輕型乘用車行駛工況（China Light-duty vehicle Test Cycle-passenge, CLTC-P）標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)定續(xù)航里程。

電動(dòng)汽車在研發(fā)過(guò)程中，提升續(xù)航的主要措施是電池能量密度提升和耗電量降低[3]，其中車重、滾動(dòng)阻力、空氣阻力、電驅(qū)效率主要影響車輛的耗電量，而電池放電量與電池能量密度息息相關(guān)。本文根據(jù)電動(dòng)汽車能量轉(zhuǎn)化原理進(jìn)行理論推導(dǎo)，編制Matlab仿真分析程序進(jìn)行續(xù)航里程仿真計(jì)算，再通過(guò)實(shí)車測(cè)試驗(yàn)證仿真分析準(zhǔn)確性，最后通過(guò)仿真分析方法，分析車重、滾動(dòng)阻力、空氣阻力、電驅(qū)效率、電池放電量等因素對(duì)續(xù)航里程的影響，為車企提升電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程提供理論依據(jù)。需要說(shuō)明的是，輪胎滾動(dòng)半徑也會(huì)影響續(xù)航里程，但輪胎尺寸一般與整車造型美觀性、車輛加速性及最高車速息息相關(guān)，通常輪胎尺寸在車型定義前期就確定了，不會(huì)隨意變更，因此，本文根據(jù)車輛實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程，未分析輪胎滾動(dòng)半徑對(duì)續(xù)航里程的影響。電動(dòng)汽車不同的駕駛模式即不同的滑行能量回收策略也會(huì)影響電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程，但CLTC-P實(shí)際公告試驗(yàn)測(cè)試中，車輛都會(huì)選擇最大的能量回收駕駛模式進(jìn)行試驗(yàn)以實(shí)現(xiàn)最大的續(xù)航里程，因此，本文未考慮滑行能量回收策略對(duì)續(xù)航里程的影響，所述理論及計(jì)算皆是基于CLTC-P工況及車輛最大的能量回收駕駛模式下進(jìn)行仿真分析。

1 電動(dòng)汽車能量轉(zhuǎn)化原理

電動(dòng)汽車行駛時(shí)是將動(dòng)力電池的電能通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而轉(zhuǎn)化為車輛的動(dòng)能，電動(dòng)車用減速器取代傳統(tǒng)燃油汽車的變速箱，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單級(jí)減速，沒(méi)有擋位和離合器概念，完全由電機(jī)調(diào)速，停車時(shí)，車速和電機(jī)轉(zhuǎn)速均為0，電機(jī)不消耗電能，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)除了充當(dāng)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能外，也能當(dāng)做發(fā)電機(jī)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，汽車減速時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可工作在發(fā)電模式，提供制動(dòng)扭矩的同時(shí)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，將能量回收到動(dòng)力電池中，進(jìn)行能量回收再利用。

2 仿真分析流程

電動(dòng)汽車CLTC-P續(xù)航仿真流程如圖1所示，CLTC-P單個(gè)循環(huán)工況共計(jì)1 800 s，根據(jù)微分理論，可得到1 800個(gè)與時(shí)間對(duì)應(yīng)的車速點(diǎn)。將每個(gè)點(diǎn)的車速轉(zhuǎn)換成電驅(qū)的扭矩和轉(zhuǎn)速，再根據(jù)電驅(qū)系統(tǒng)效率map及電動(dòng)汽車低壓電耗，就可以計(jì)算出電耗及續(xù)航里程。

圖1 電動(dòng)汽車CLTC-P續(xù)航仿真流程

3 Matlab仿真模型

按照前文所述理論及仿真分析流程，在Matlab中建立仿真模型，輸入相關(guān)參數(shù)即可計(jì)算出電驅(qū)效率及續(xù)航里程，部分Matlab模型如下：

4 仿真準(zhǔn)確性校驗(yàn)

以某A級(jí)電動(dòng)車型為例，驗(yàn)證仿真分析準(zhǔn)確性。

實(shí)測(cè)車重m=1 800 kg，車輪滾動(dòng)半徑R=0.324 m，電池可用電量Q=50 kW·h，滾動(dòng)阻力系數(shù)f=0.007 5；風(fēng)阻系數(shù)CD=0.317，汽車迎風(fēng)面積A=2.624 m2，將各參數(shù)輸入到仿真模型中，得出仿真結(jié)果，將仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，如表1所示。

表1 仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)值對(duì)比

可以看出，仿真值與實(shí)測(cè)值偏差較小，仿真精度較高，因此，可以通過(guò)本文所述仿真計(jì)算方法分析各因素對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的影響。

5 各因素對(duì)續(xù)航里程影響

通過(guò)Matlab仿真計(jì)算，分析車重、滾動(dòng)阻力、空氣阻力、電驅(qū)效率及電池放電量對(duì)續(xù)航里程的影響。

5.1 車重對(duì)續(xù)航里程的影響

隨著整備質(zhì)量的增加，續(xù)駛里程逐漸降低[4]。改變仿真模型中汽車重量m，得到續(xù)航里程S的仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 車重對(duì)續(xù)航里程影響

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，車重每變化50 kg，影響續(xù)航里程約4 km。因此，可通過(guò)選擇碳釬維復(fù)合材料、進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化、采用先進(jìn)制造技術(shù)等輕量化技術(shù)手段減輕整車總質(zhì)量，延長(zhǎng)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程[5]。

5.2 滾動(dòng)阻力對(duì)續(xù)航里程的影響

整車在行駛過(guò)程中產(chǎn)生阻力是不可避免的，切實(shí)有效地降低阻力，是一個(gè)長(zhǎng)期的工作[6]。改變仿真模型中的滾動(dòng)阻力系數(shù)f，得到續(xù)航里程S的仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 滾動(dòng)阻力對(duì)續(xù)航里程影響

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，滾動(dòng)阻力系數(shù)每變化0.5‰，影響續(xù)航里程約9 km。

5.3 空氣阻力對(duì)續(xù)航里程的影響

空氣阻力主要受風(fēng)阻系數(shù)CD和迎風(fēng)面積A影響，分別分析風(fēng)阻系數(shù)和迎風(fēng)面積對(duì)續(xù)航里程的影響。

5.3.1 風(fēng)阻系數(shù)對(duì)續(xù)航里程的影響

改變仿真模型中的風(fēng)阻系數(shù)CD，得到續(xù)航里程S的仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 風(fēng)阻系數(shù)對(duì)續(xù)航里程影響

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，風(fēng)阻系數(shù)每變化0.01，影響續(xù)航里程約4.4 km。

5.3.2 迎風(fēng)面積對(duì)續(xù)航里程的影響

改變仿真模型中的迎風(fēng)面積A，得到續(xù)航里程S的仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 迎風(fēng)面積對(duì)續(xù)航里程影響

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，迎風(fēng)面積每變化0.1 m2，影響續(xù)航里程約5.4 km。

5.4 電驅(qū)效率對(duì)續(xù)航里程的影響

改變仿真模型中電驅(qū)系統(tǒng)效率map，得到續(xù)航里程S的仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 電驅(qū)效率對(duì)續(xù)航里程影響

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，電驅(qū)綜合效率每變化1%，影響續(xù)航里程約8 km。

5.5 電池可用電量對(duì)續(xù)航里程的影響

改變仿真模型中的電池可用電量Q，得到續(xù)航里程S的仿真結(jié)果如圖7所示。

圖7 電池可用電量對(duì)續(xù)航里程影響

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，電池可用電量每變化1 kW·h，影響續(xù)航里程約8.3 km。

6 結(jié)論

本文介紹了基于Matlab的CLTC-P續(xù)航里程仿真分析方法，并根據(jù)實(shí)車數(shù)據(jù)對(duì)仿真準(zhǔn)確性進(jìn)行了校驗(yàn)。通過(guò)仿真計(jì)算，可分析出車重、滾動(dòng)阻力、空氣阻力、電驅(qū)效率及電池放電量對(duì)續(xù)航里程的影響，雖然提升續(xù)航里程的途徑很多，但每一種途徑都會(huì)帶來(lái)成本的增加，對(duì)于車企而言，可通過(guò)本文所述仿真方法及仿真結(jié)論，綜合考慮成本及可行性，最終確定提升續(xù)航里程的最優(yōu)方案。