摘要：文章對各種商用電動汽車的性能影響因素進(jìn)行相關(guān)性研究，主要考慮的因素有：電池容量，功率，行駛距離和加速時間。通過Pearson相關(guān)建立這些因素之間的關(guān)系。該研究將有助于指導(dǎo)電動汽車制造商了解參數(shù)關(guān)系，以優(yōu)化電動汽車的性能。此外，從性能因素的售后分析中得到的結(jié)果可以用來驗(yàn)證仿真結(jié)果。

關(guān)鍵詞：電動汽車（EVs），性能因素，相關(guān)性

中圖分類號：U463.37文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-9545（2023）02-0034-（05）

DOI：10.19717/j.cnki.jjun.2023.02.007

電動汽車由一個或多個電動發(fā)動機(jī)驅(qū)動，而不是通過燃燒化石燃料來發(fā)電的內(nèi)燃機(jī)。因此，電動汽車可以取代當(dāng)前這一代汽車，以解決化石燃料消耗、全球變暖、溫室氣體排放等問題[1]。雖然電動汽車最早出現(xiàn)在19世紀(jì)中期，但由于技術(shù)的發(fā)展和對非傳統(tǒng)能源的關(guān)注，它在21世紀(jì)重新崛起。純電動汽車是配備高容量電池和電動機(jī)的全電動汽車。它沒有汽油發(fā)動機(jī)，既沒有燃料電池，也沒有油箱。它從電池中獲取所有的能量來驅(qū)動電動機(jī)和所有的車載電子設(shè)備。為這些電動汽車充電的唯一方法是通過外部電源供電。電池性能可能會由于部件的損壞和退化而急劇下降。有限的行駛距離和巨大的前期成本是制造具有成本效益的電動汽車的其他障礙。電動汽車的成敗取決于電池的性能。為了消除現(xiàn)有電池技術(shù)的缺點(diǎn)，研發(fā)人員研發(fā)了一種新型電池。世界各地的研發(fā)機(jī)構(gòu)、汽車公司和大學(xué)都在努力開發(fā)電動汽車應(yīng)用的新技術(shù)[2-3]。文章試圖對各種商用電動汽車的性能影響因素進(jìn)行相關(guān)性研究。

一般來說，任何復(fù)雜系統(tǒng)的性能，無論是機(jī)電系統(tǒng)還是其他系統(tǒng)，都受到幾個相互關(guān)聯(lián)的因素的影響，電動汽車也不例外[4]。因此，識別影響電動汽車性能的因素一直是人們關(guān)注的問題。胡悅[5]提出了一種能量管理策略，該策略基于規(guī)則的控制策略，能夠適應(yīng)駕駛員的日常駕駛特性，在線調(diào)整控制參數(shù)以提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，從而減少排放。所提出的工作并沒有過多地討論這些因素之間的相互關(guān)系。

M.Steinstraeter等[6]開展了一項(xiàng)基于電熱恢復(fù)（electrothermal recovery，ETR）的仿真研究，以增加寒冷天氣下電動汽車的行駛里程。這項(xiàng)工作的目標(biāo)是在低環(huán)境溫度下盡量減少能源消耗，從而增加車輛的行駛距離。研究結(jié)果表明，電動汽車的總能耗顯著降低。劉延偉等人[7]提出了一種適用于混合動力履帶汽車（hybrid tracked vehicle，HETV）的分級EMS，以在保持電動汽車路徑跟蹤精度的同時降低能耗。這項(xiàng)工作的結(jié)果顯示，與基于規(guī)則的辦法相比，燃油經(jīng)濟(jì)性有了顯著提高。在上述研究中，績效因素的相互依賴性沒有明確說明。包科杰等人[8]對電池材料（包括電解質(zhì)和電極）的最新進(jìn)展進(jìn)行了文獻(xiàn)分析，以解決牽引電池中的質(zhì)量傳輸和電荷轉(zhuǎn)移問題。此外，作者還討論了材料研究中的各種表征技術(shù)。郭輝[9]提出了提高電動汽車電池電極速率能力和電解質(zhì)導(dǎo)電性的關(guān)鍵策略。雖然論文從電池材料方面進(jìn)行了分析，但并未包括電動汽車的參數(shù)化研究。F Un-Noor[10]等人對電動汽車配置的數(shù)據(jù)進(jìn)行了回顧和分析，包括電池、牽引電機(jī)、充電技術(shù)、性能優(yōu)化，并提出了未來可能的發(fā)展方向。Baghdadi[1]等人對兩種不同型號的電動汽車進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室條件和道路條件下的測試。他們利用底盤測功機(jī)評估了電動汽車在不同扭矩-速度工況下的性能，并利用路況下的真實(shí)生活數(shù)據(jù)驗(yàn)證了結(jié)果。CM Chang等人[11]利用仿真方法對一輛5速變速箱和單速比變速箱的電動汽車進(jìn)行了性能對比分析。他們的研究得出結(jié)論，使用多速變速器的電動汽車比使用單一比例變速器的電動汽車具有更好的道路承載性能。上述研究對電動汽車的性能進(jìn)行了評價，但沒有過多關(guān)注影響電動汽車性能的因素之間的獨(dú)立性，而獨(dú)立性在電動汽車整個生命周期中至關(guān)重要。從以上可以看出，考慮到電動汽車上路后可能出現(xiàn)的性能提升，對電動汽車的相關(guān)因素進(jìn)行分析是必要的。在這項(xiàng)工作中，使用Pearson相關(guān)性進(jìn)行了簡單的分析，以證明這些因素是如何相互作用的，以及如何提高性能。電動汽車的一個因素或參數(shù)是指一個變量，改變所需的行為，即電動汽車的性能。文章將變量描述為因子或參數(shù)。

1研究方法

文中比較了各種電池電動汽車的性能因素，并使用皮爾遜相關(guān)性進(jìn)行因素之間的相關(guān)性研究。皮爾遜相關(guān)性由其系數(shù)定義，它是兩個因素之間線性關(guān)聯(lián)強(qiáng)度的度量，用r表示。它不僅有助于指出兩個因素之間的相關(guān)性，而且還有助于確定這些因素之間的相關(guān)性的正確程度。Pearson相關(guān)分析假設(shè)相關(guān)因子服從正態(tài)分布，這是可取的，并具有較高的統(tǒng)計顯著性。由Pearson相關(guān)公式得到的相關(guān)系數(shù)用于確定所選因素的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系強(qiáng)度。公式返回'-T '和'T '之間的值，其中，'T表示強(qiáng)正關(guān)系，'-1'表示強(qiáng)負(fù)關(guān)系，而'0'表示沒有關(guān)系。

在進(jìn)行相關(guān)性研究之前，最好先分析所有選擇的性能因素的趨勢。為了做到這一點(diǎn)，各種電動汽車的這些因素的值被繪制在一個折線圖中。所得到的折線圖如圖2所示，演示了各種純電動汽車性能因素的變化趨勢。從圖1可以看出，所選擇的性能因素之間可能存在相關(guān)性。為了確定這一點(diǎn)，需要進(jìn)行相關(guān)分析。在該研究中，這一分析的數(shù)據(jù)提取自各種商業(yè)EV數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站[16-18]。純電動汽車各因素的數(shù)據(jù)見下表。

文章的目的不是比較不同廠商的電動汽車的性能，而是通過相關(guān)性分析來描述一個因素的變化如何影響另一個因素。為了檢驗(yàn)各因素之間是否存在相關(guān)性，將表一中的數(shù)據(jù)用折線圖繪制出來，折線圖如圖1所示。

如前所述，相關(guān)分析使用Pearson相關(guān)，使用下面給出的公式：

從表2中可以看出，“電池容量”和“續(xù)航里程”這兩個因素之間的Pearson相關(guān)系數(shù)（r）為0.88，說明這兩個因素之間存在很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。通過對電池容量與行駛里程的相關(guān)性分析，得到線性方程如圖2所示：

y = 2.719x + 43.848 （2）

式（2）中，y為電動汽車行駛范圍，x為電池容量。研究還發(fā)現(xiàn)，電動汽車的某些因素之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。相關(guān)系數(shù)r = -0.90，說明“電池容量”與“加速時間”之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。電池容量與加速時間的關(guān)系可由下式建立：

y=-0.0728x+11.016 （3）

式（3）中，y為加速時間，x為電池容量。在類似的線條中，分析了其余因素之間的相關(guān)性。由表二可以看出，各因素之間存在較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系；電池容量與距離（0.88），電池容量與功率（0.95），距離與功率（0.85），電池容量與加速時間（-0.90），距離與加速時間（-0.90），功率與加速時間（-0.91）之間存在較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這些可以通過使用表1中提取的數(shù)據(jù)得到的散點(diǎn)圖來驗(yàn)證。這些散點(diǎn)圖如圖2-圖7所示。

由圖2和圖3可知，影響因素中里程、功率（稱為依賴因子）隨電池容量線性變化（稱為獨(dú)立因子）。這意味著，電動汽車的行駛里程和功率可以通過增加電池容量來提高。由此得到的線性方程將有助于預(yù)測所需的電池容量，以達(dá)到預(yù)期的行駛距離和功率，反之亦然。

由于里程與電池容量、功率與電池容量之間存在線性關(guān)系，因此里程因子與功率因子之間也存在線性關(guān)系，如圖4所示。

需要指出的是，各因素之間存在很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系；電池容量與加速時間（見圖5）。表示電池容量的增加會線性降低加速時間，即車輛的加速速率[19]。

由圖5可以看出，高容量電池會導(dǎo)致加速率降低。這意味著汽車的重量隨著電池容量的增加而增加。一般電動汽車電池的重量可以達(dá)到其基本重量的25%。在電動汽車上使用同樣技術(shù)的額外電池確實(shí)增加了行駛里程，但增加了其總重量，降低了其動態(tài)和制動特性，以及負(fù)載大小和載客人數(shù)。重量的增加會對汽車的加速度參數(shù)產(chǎn)生顯著影響（即減小了加速時間），因此電池容量與加速時間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

還注意到范圍、功率與加速時間有很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這意味著，這些因素中的任何一個的增加都會線性地減少車輛的加速時間，因?yàn)樗鼈兣c電池容量和電池重量是線性相關(guān)的。這些展示在圖6和圖7.

由此可以得出，電池容量的因素應(yīng)保持最小，以獲得最佳的加速率。同時通過對性能因素的優(yōu)化選擇，可以提高電動汽車的性能。

2結(jié)論

文章對各種純電動汽車的性能進(jìn)行了比較分析?；谧R別出的各種純電動汽車的性能因素進(jìn)行了分析。為了確定關(guān)系，使用了前幾節(jié)中描述的基于Pearson相關(guān)性的特征選擇技術(shù)。相關(guān)結(jié)果表明，電動汽車的性能因子之間存在顯著的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)關(guān)系。該研究可以進(jìn)一步擴(kuò)展到評價電動汽車各種其他性能因素之間的相關(guān)性，如未考慮的因素：能耗、效率、速度等。

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（責(zé)任編輯羅江龍）