電動汽車滑行法與查表法試驗對比分析

龔春忠，何浩，張永

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電動汽車滑行法與查表法試驗對比分析

龔春忠，何浩，張永

（浙江清華長三角研究院新能源汽車研發(fā)中心，浙江 嘉興 314000）

電動汽車的續(xù)駛里程與能量消耗率是衡量電動汽車成熟水平的關(guān)鍵指標(biāo)?！禛B/T 18386-2017 電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗》中規(guī)定了電動汽車可以選擇滑行法與查表法中的任意一種進行續(xù)駛里程與能量消耗率的測試。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)。文章提出一種簡便的對比方法，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數(shù)據(jù)時，采用查表法如何做近似分析的建議。

電動汽車；能量消耗率；續(xù)駛里程；滑行法；查表法

前言

目前，電動汽車行業(yè)在政策支持與技術(shù)創(chuàng)新的雙重推動力作用下發(fā)展迅速[1]。普遍認(rèn)為，制約電動汽車普及最關(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)電動汽車新技術(shù)的發(fā)展，國家標(biāo)準(zhǔn)委員會推出了《GB/T 18386-2017 電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗》標(biāo)準(zhǔn)，在2005版標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上做了大量的修訂，目的是使測試結(jié)果更可信，大家在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則下相競爭[3,4]。如何利用該標(biāo)準(zhǔn)更好地開發(fā)汽車動力系統(tǒng)，是每個主機廠關(guān)鍵的工作方向。

研究底盤測功機阻力系數(shù)的設(shè)定，并對比滑行法與查表法，在傳統(tǒng)燃油車中已有很多研究成果。文獻[5]比較了摩托車的查表法與滑行法的阻力差異。文獻[6]則重點研究查表法與滑行法在底盤測功機上的設(shè)定參數(shù)對汽車排放數(shù)值的影響。目前，新能源汽車的續(xù)駛里程測試，通常使用滑行法。而在競品分析、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獲取結(jié)果，并做合理分析，適當(dāng)修正試驗結(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

在底盤測功機上設(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量方法（中國第五階段）》[7]中均有規(guī)定。其目的是確定測功機設(shè)定系數(shù)?；蟹梢皂槑y定汽車機械傳動系統(tǒng)阻力。但查表法未有該方面的規(guī)定。

1.1 滑行法

規(guī)定汽車試驗的道路條件，空氣溫度、壓力、風(fēng)速條件，車輛試驗前預(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)動來源，使汽車在空氣阻力與車輪滾動阻力、自身機械傳動系統(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?；羞^程的阻力方程描述如式（1）所示。

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

在測功機上使用滑行法的道路阻力系數(shù)時，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SAE J2264執(zhí)行，測功機有專項滑行功能，以測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功機設(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)量查表確定測功機設(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)量慣量對應(yīng)的道路阻力系數(shù)，如表1所示。

使用查表法時，B=0N/(km/h)，對應(yīng)于公式（1）。但在使用查表法時，不再需要進行SAEJ2264的滑行試驗，表1中查得的數(shù)值即為測功機阻力設(shè)定值，此時測功機會默認(rèn)車輛機械損失為0，測功機設(shè)定阻力與汽車道路阻力相等。

表1 摘錄部分查表法測功機道路阻力設(shè)定系數(shù)

2 電動汽車動力系統(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汽車和燃油車，本文針對純電動汽車進行分析。研究查表法與滑行法的區(qū)別，需要先對電動汽車的整車結(jié)構(gòu)進行分析。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環(huán)節(jié)上。

2.1 純電動汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

純電動汽車動力系統(tǒng)是一個鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，主要的部件有：充電樁、車載充電機、電池、電機控制器及電機、減速器及傳動軸、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、電機端、輪邊的能耗。

其中，充電樁經(jīng)過車載充電機到電池的能量是單向的，電池到電機、傳動系統(tǒng)的能量是雙向的。最后一個環(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“√”符號表示該端能耗包含對應(yīng)的子系統(tǒng)損耗

電動汽車各端能耗是研究各子系統(tǒng)能耗的測試接口。在測試整車?yán)m(xù)駛里程時，可以從電網(wǎng)的電表中讀取電網(wǎng)端能耗數(shù)據(jù)，通過底盤測功機獲取輪邊及電機端的能耗數(shù)據(jù)。而電池端、電機端則需要布置相應(yīng)的傳感器獲取。在整車測試階段，電池端能耗通過BMS上傳VCU的電壓電流數(shù)據(jù)積分獲取，電機端能耗通過讀取CAN總線電機轉(zhuǎn)速扭力信號獲取。但要注意，這種方式僅作為數(shù)據(jù)分析的參考，數(shù)據(jù)精度通常不具備計量精度級別?？梢酝ㄟ^動力系統(tǒng)臺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械傳動系統(tǒng)的損耗。查表法對車輪損耗做了細(xì)微修正。

3 快速對比兩種方法能耗

查表法與滑行法的使用目的，都是獲取電動汽車能耗數(shù)據(jù)。最直接的對比方法是同一輛車，分別用兩種方法做試驗，獲取續(xù)駛里程和能耗對比結(jié)果。但是續(xù)駛里程與能耗試驗耗費時間周期長，一個續(xù)駛里程與能量消耗率試驗需要消耗3天時間，兩次試驗就需要6天時間。本文將使用道路模擬模式的滑行法進行分析，并完成了一組實際測試是能量消耗率與續(xù)駛里程的試驗。試驗設(shè)計與試驗結(jié)果分析如下。

3.1 試驗設(shè)計

本試驗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：在鹽城試驗場做滑行試驗，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：在底盤測功機上執(zhí)行滑行試驗，參考標(biāo)準(zhǔn)SAEJ 2264，獲取車輛測功機設(shè)定系數(shù)A2，B2，C2

步驟3：在底盤測功機上執(zhí)行道路阻力模擬模式，測功機設(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)量查表獲取測功機設(shè)定系數(shù)A1’，B1’，C1’

步驟2：在底盤測功機上執(zhí)行道路阻力模擬模式，將查表結(jié)果填入測功機設(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：以上試驗中，車輛的配重、胎壓、傳動系統(tǒng)潤滑油等，均依照標(biāo)準(zhǔn)為同一狀態(tài)。

3.2 試驗結(jié)果分析

執(zhí)行上述試驗，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，查表法優(yōu)于滑行法，在車速高于60km/h時，滑行法優(yōu)于查表法。使用仿真計算方式，獲取電網(wǎng)端能量消耗。測功機設(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)果對比如表3所示。

圖2 查表法與滑行法t-v曲線對比

圖3 查表法與滑行法v-F曲線對比

表3 查表法與滑行法各參數(shù)對比

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

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)是測功機設(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)對應(yīng)于不同的子系統(tǒng)損耗部分，因此在測功機上使用時要分別分析。兩種方法測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)駛里程試驗中道路阻力系數(shù)的加載方法。對于造型偏向流線型設(shè)計的轎車或其他車型，使用滑行法具備明顯的優(yōu)勢；如果造型優(yōu)先設(shè)計，例如各類SUV車型，風(fēng)阻系數(shù)較大時，使用查表法與滑行法接近，需要進一步分析哪種方法更優(yōu)。本文提供的底盤測功機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)勢的方法。在樣車測試或道路阻力滑行試驗數(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.國內(nèi)外新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新政策梳理與評價[J]. 科學(xué)管理研究,2013,31(01):66-70.

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

[3] 顏麗.電動汽車發(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,電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法[S].

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

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

[7] GB/T18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）[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，初級工程師，新能源汽車動力性經(jīng)濟性測試；何浩，浙江合眾新能源汽車有限公司，學(xué)士學(xué)位，中級工程師，新能源汽車動力性經(jīng)濟性測試；張永，浙江合眾新能源汽車有限公司，學(xué)士學(xué)位，中級工程師，新能源汽車整車試制與試驗。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.001