純電動乘用車經(jīng)濟(jì)性參數(shù)靈敏度分析

付佳 盛德濤 胡中全

1.廣州菲亞特克萊斯勒汽車銷售有限公司 上海市 200000 2. 一汽凌源汽車制造有限公司 上海市 201900 3. 中諾德（常州）汽車技術(shù)有限公司 江蘇省常州市 213002

1 前言

純電動乘用車是以車載動力電池包為電源，依靠大功率驅(qū)動電機提供動力的交通工具，具有清潔無污染、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點[1]。

評價純電動乘用車能耗經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)包括續(xù)駛里程、單位里程能量消耗和單位能量消耗行駛里程等[2]。本文采用單位里程能量消耗評價純電動乘用車的經(jīng)濟(jì)性，它是指單位行駛里程消耗的動力電池包電能。

純電動乘用車經(jīng)濟(jì)性的影響參數(shù)有很多，而且各參數(shù)的影響程度即參數(shù)靈敏度也不同。用靈敏度分析進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)的選擇[3-5]，明確各參數(shù)對經(jīng)濟(jì)性的影響[6]。純電動乘用車產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計過程中，對經(jīng)濟(jì)性影響較大的參數(shù)進(jìn)行改善，從而達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的目的[7]。

2 理論定性分析

結(jié)合某車型自身的實際狀態(tài)，選定試驗載荷、滾動阻力系數(shù)兩個參數(shù)對經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行參數(shù)靈敏度分析。

2.1 數(shù)學(xué)模型建立

由于純電動乘用車行駛過程中電氣附件的功耗較低，本文不考慮電氣附件的功耗，則其單位里程能耗為：

式中：E為單位里程消耗，單位kWh；P為車輛行駛需求功率，單位kW；S為續(xù)駛里程，單位km；t為行駛時間，單位h。

勻速行駛工況下，某時間間隔t內(nèi)，以速度V勻速行駛時，純電動乘用車功率平衡方程

式中：η為整車工作效率；m為純電動乘用車試驗載荷，單位kg；g為重力加速度，單位m/s2；f為滾動阻力系數(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。

由式（1）和式（2）可得，車輛勻速行駛續(xù)航里程S時，其單位里程能耗如式（3）所示：

式中：Ed為車輛勻速行駛工況單位里程能量消耗，單位kWh/km。

勻加速行駛工況純電動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。

某勻加速工況下，車輛從車速V1加速至V2的過程中，設(shè)定加速度為a，單位里程能耗如式（5）所示：

1.2 經(jīng)濟(jì)性參數(shù)靈敏度

經(jīng)濟(jì)性參數(shù)靈敏度的定義是車輛參數(shù)變化對其經(jīng)濟(jì)性的影響程度。勻速行駛工況及勻加速行駛工況經(jīng)濟(jì)性參數(shù)歸一化靈敏度分別為

2 計算分析

2.1 勻速行駛工況靈敏度

由式（3）分別與式（6）（7）聯(lián)立可得

為對試驗載荷、滾動阻力系數(shù)、兩個參數(shù)的靈敏度有一個全面的認(rèn)識，采用賦值法對試驗載荷靈敏度進(jìn)行分析，取勻速行駛車速80km/h。基于試驗載荷的初始值分別作2%、4%、6%、8%、10%變化，得到其對應(yīng)的靈敏度的變化率，然后以各參數(shù)為橫坐標(biāo)、靈敏度為縱坐標(biāo)，繪制靈敏度函數(shù)曲線。因為試驗載荷靈敏度與滾動阻力系數(shù)靈敏度相等，故只對試驗載荷靈敏度進(jìn)行分析。

通過圖1可知，勻速工況試驗載荷靈敏度較高。

圖1 試驗載荷靈敏度函數(shù)曲線

圖2 試驗載荷靈敏度函數(shù)曲線（勻加速行駛工況）

圖3 滾動阻力系數(shù)靈敏度函數(shù)曲線（勻加速行駛工況）

2.2 勻加速行駛工況靈敏度

由式（5）進(jìn)行積分可得

由式（12）分別與式（8）（9）聯(lián)立可得

為對兩個參數(shù)的靈敏度有一個全面的認(rèn)識，采用賦值法對其靈敏度進(jìn)行分析，假定V1為 10km/h、V2為 40km/h、a為 0.50 m/s2。采用與勻速行駛工況相同的方法分別繪制兩個參量的靈敏度曲線。

由圖2、圖3可得，勻加速行駛工況滾動阻力系數(shù)靈敏度較高。

3 結(jié)論

（1）對于某微型純電動乘用車，構(gòu)建數(shù)學(xué)分析模型，確定其整車關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，選定續(xù)駛里程的主要影響參變量滾動阻力系數(shù)、試驗載荷。

（2）采用參變量歸一化分析方法，確定車輛勻速行駛工況、勻加速行駛工況的各參變量靈敏度函數(shù)。

（3）通過對車輛勻速行駛工況、勻加速行駛工況的靈敏度函數(shù)進(jìn)行計算分析，得出勻速行駛工況試驗載荷、滾動阻力系數(shù)的靈敏度相等且較敏感；勻加速行駛工況滾動阻力系數(shù)的靈敏度較高。