某電動汽車續駛里程優化分析

馬文明 龔來智 苗東 雷永國 盧生林

（奇瑞汽車股份有限公司）

隨著石油資源危機及汽車尾氣排放對環境污染的日趨嚴重，對電動汽車的研究、開發及推廣應用已成為當今熱點之一。2015年和2016年我國石油進口依存度已經分別高達60.6%和64.4%，逼近和超過61%的紅線。而電動汽車與內燃機汽車相比，具有不排放廢氣和可利用多種能源等優點[1]。電動汽車作為綠色環保運輸工具，已受到汽車發達國家的廣泛重視，美、日、德及法等國都制定了相應的發展計劃。我國也連續將電動汽車研究開發和推廣使用列入“國家重大產業工程計劃”和“國家清潔汽車行動計劃”，許多部門也在積極進行技術攻關[2]。2014年習近平總書記提出：“發展新能源汽車是我國從汽車大國走向汽車強國的必由之路。”近幾年國內市場上也涌現出大量的電動汽車企業。目前電動汽車的缺點主要是續駛里程有限、充電時間長及價格昂貴，導致應用范圍受到一定限制。國內也有對續駛里程的部分影響因素進行分析的相關論文[3-4]。文章結合某電動汽車項目的開發，對影響續駛里程的其它一些主要因素及靈敏度進行了分析，結合實際提出了提升續駛里程可實施的優化方案，實現了續駛里程的提升。

1 NEDC工況法介紹

目前國家推薦采用新歐洲汽車行駛循環工況（NEDC）（GB/T 18386—2005）作為考核電動汽車續駛里程的方式之一[5]。NEDC由市區運轉工況和市郊運轉工況組成[6]，如圖1所示。

圖1 NEDC工況圖

市區運轉工況由4個城市基本循環工況組成，每個城市基本循環工況的平均車速為19 km/h，最高車速為50 km/h，有效行駛時間為195 s，理論行駛距離為1.013 km。一個市區運轉工況的當量距離為4.052 km；市郊運轉工況的平均車速為62.6 km/h，最高車速為120 km/h，有效行駛時間為400 s，理論行駛距離為6.955 km。一個NEDC工況理論行駛距離為11.007 km，平均車速為33.6 km/h。

2 影響因素靈敏度分析

利用CAE軟件，結合正在開發的某電動汽車項目工程設計的一些主要參數建立了分析模型。對影響整車續駛里程的一些關鍵因素進行了靈敏度分析，明確整車阻力、整車質量、風阻系數及制動能量回收率4個因素的變化對續駛里程的影響。

2.1 CAE模型主要輸入參數

主要輸入參數：整車質量為1 585.8 kg，整車阻力與車速的關系式：F=0.030 7v2+0.954v+193.4，輪胎型號：205/55 R16，電機額定功率為46 kW，峰值功率為90 kW，額定扭矩110 N·m，峰值扭矩為276 N·m，電池容量為39.4 kW·h，減速器速比為9.11，制動能量回收率為11.78%。

2.2 靈敏度分析

分別分析整車阻力、整車質量、風阻系數及制動能量回收率4個因素對續駛里程的影響，分析結果，如圖2所示。

圖2 續駛里程影響因素靈敏度分析曲線圖

從圖2a中可以看出，整車平均阻力降低20 N，續駛里程增加11.2 km；整車平均阻力降低40 N，續駛里程增加21.4 km。從圖2b中可以看出，整車質量下降50 kg，續駛里程增加3.7 km；整車質量下降100 kg，續駛里程增加10.8 km。從圖2c中可以看出，風阻系數下降0.016，續駛里程增加5.7 m；風阻系數下降0.032，續駛里程增加8.5 km。從圖2d中可以看出，制動能量回收率提高到5%，續駛里程增加3.1 km；制動能量回收率提高到10%，續駛里程增加9.2 km；制動能量回收率提高到11.78%，續駛里程增加12.2 km。

3 實車優化及試驗驗證

在實物開發驗證階段，試驗樣車實施了降低整車機械阻力、減輕整車質量、減小風阻系數及提高制動能量回收率的相關方案，并在某公司四驅轉轂試驗室開展此試驗樣車NEDC工況下的續駛里程測試，實測結果顯示：續駛里程達到264.2 km，有效地提升了整車續駛里程。

3.1 實施方案

1）整車機械阻力優化方案：采用滾阻系數為8.0‰的輪胎，前后輪制動器增加制動回位彈簧，控制制動器啟動力矩，使整車平均阻力降低約15.5 N，續駛里程理論提升約8.7 km。

2）減輕整車質量方案：車身鈑金結構優化，焊點優化，新材料運用，樣車實車質量約為1 545.0 kg，與CAE分析輸入1 585.8 kg相比，質量減輕40.8 kg，使續駛里程理論提升約3.0 km。

3）風阻系數優化方案：增加上進氣格柵封堵、前端模塊導風板、后保下護板及輪胎阻風板，如圖3所示；整車風阻系數由0.318降低至0.304，使續駛里程理論提升約5.0 km。

圖3 風阻系數部分優化方案示意圖

4）制動能量回收率優化：通過VCU軟件標定優化，兼顧駕駛性要求，在經濟性駕駛模式下制定高中低3種制動能量回收率擋位，如圖4所示。實車驗證高擋位制動能量回收率為14.2%，續駛里程理論提升約15.2 km。

圖4 經濟性駕駛模式下制動能量回收標定策略圖

3.2 實車驗證結果

在某公司四驅轉轂試驗室開展該電動汽車NEDC工況下的續駛里程測試。主要試驗設備：奧地利AVL公司的底盤測功機，RPL1220/12C23M17/APM150。圖5示出實測NEDC工況下續駛里程的過程數據，電流為正值時，代表能量回收過程，電流為負值時，代表能量輸出放電過程。

圖5 NEDC工況法續駛里程測試過程數據曲線圖

試驗樣車實施了降低整車機械阻力、減輕整車質量、減小風阻系數及提高制動能量回收等優化方案后，實測NEDC工況下續駛里程為253.7 km，此時實測制動能量回收率為8.7%。兼顧駕駛性要求，對實車進行進一步標定優化，實測續駛里程最終提升至264.2 km，制動能量回收率達到了14.2%。

4 結論

1）文章明確了整車阻力、整車質量、整車風阻系數及制動能量回收率4種因素對NEDC工況下續駛里程及其靈敏度的影響，為后續項目開發和方案選擇提供了參考；2）再生制動能量回收將成為后續電動汽車開發研究的重點，通過低成本、高效益的軟件優化策略即可達到續駛里程的提升；3）今后將進一步研究環境溫度對續駛里程的影響、高低溫環境下續駛里程的衰減情況及提升方案。