某電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程優(yōu)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(jī)及汽車尾氣排放對(duì)環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，對(duì)電動(dòng)汽車的研究、開發(fā)及推廣應(yīng)用已成為當(dāng)今熱點(diǎn)之一。2015年和2016年我國石油進(jìn)口依存度已經(jīng)分別高達(dá)60.6%和64.4%，逼近和超過61%的紅線。而電動(dòng)汽車與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，具有不排放廢氣和可利用多種能源等優(yōu)點(diǎn)[1]。電動(dòng)汽車作為綠色環(huán)保運(yùn)輸工具，已受到汽車發(fā)達(dá)國家的廣泛重視，美、日、德及法等國都制定了相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃。我國也連續(xù)將電動(dòng)汽車研究開發(fā)和推廣使用列入“國家重大產(chǎn)業(yè)工程計(jì)劃”和“國家清潔汽車行動(dòng)計(jì)劃”，許多部門也在積極進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)[2]。2014年習(xí)近平總書記提出：“發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國走向汽車強(qiáng)國的必由之路?！苯鼛啄陣鴥?nèi)市場(chǎng)上也涌現(xiàn)出大量的電動(dòng)汽車企業(yè)。目前電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)主要是續(xù)駛里程有限、充電時(shí)間長及價(jià)格昂貴，導(dǎo)致應(yīng)用范圍受到一定限制。國內(nèi)也有對(duì)續(xù)駛里程的部分影響因素進(jìn)行分析的相關(guān)論文[3-4]。文章結(jié)合某電動(dòng)汽車項(xiàng)目的開發(fā)，對(duì)影響續(xù)駛里程的其它一些主要因素及靈敏度進(jìn)行了分析，結(jié)合實(shí)際提出了提升續(xù)駛里程可實(shí)施的優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)了續(xù)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(huán)工況（NEDC）（GB/T 18386—2005）作為考核電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的方式之一[5]。NEDC由市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)工況和市郊運(yùn)轉(zhuǎn)工況組成[6]，如圖1所示。

圖1 NEDC工況圖

市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)工況由4個(gè)城市基本循環(huán)工況組成，每個(gè)城市基本循環(huán)工況的平均車速為19 km/h，最高車速為50 km/h，有效行駛時(shí)間為195 s，理論行駛距離為1.013 km。一個(gè)市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)工況的當(dāng)量距離為4.052 km；市郊運(yùn)轉(zhuǎn)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(shí)間為400 s，理論行駛距離為6.955 km。一個(gè)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(jié)合正在開發(fā)的某電動(dòng)汽車項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)的一些主要參數(shù)建立了分析模型。對(duì)影響整車?yán)m(xù)駛里程的一些關(guān)鍵因素進(jìn)行了靈敏度分析，明確整車阻力、整車質(zhì)量、風(fēng)阻系數(shù)及制動(dòng)能量回收率4個(gè)因素的變化對(duì)續(xù)駛里程的影響。

2.1 CAE模型主要輸入?yún)?shù)

主要輸入?yún)?shù)：整車質(zhì)量為1 585.8 kg，整車阻力與車速的關(guān)系式：F=0.030 7v2+0.954v+193.4，輪胎型號(hào)：205/55 R16，電機(jī)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(dòng)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(zhì)量、風(fēng)阻系數(shù)及制動(dòng)能量回收率4個(gè)因素對(duì)續(xù)駛里程的影響，分析結(jié)果，如圖2所示。

圖2 續(xù)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(xù)駛里程增加11.2 km；整車平均阻力降低40 N，續(xù)駛里程增加21.4 km。從圖2b中可以看出，整車質(zhì)量下降50 kg，續(xù)駛里程增加3.7 km；整車質(zhì)量下降100 kg，續(xù)駛里程增加10.8 km。從圖2c中可以看出，風(fēng)阻系數(shù)下降0.016，續(xù)駛里程增加5.7 m；風(fēng)阻系數(shù)下降0.032，續(xù)駛里程增加8.5 km。從圖2d中可以看出，制動(dòng)能量回收率提高到5%，續(xù)駛里程增加3.1 km；制動(dòng)能量回收率提高到10%，續(xù)駛里程增加9.2 km；制動(dòng)能量回收率提高到11.78%，續(xù)駛里程增加12.2 km。

3 實(shí)車優(yōu)化及試驗(yàn)驗(yàn)證

在實(shí)物開發(fā)驗(yàn)證階段，試驗(yàn)樣車實(shí)施了降低整車機(jī)械阻力、減輕整車質(zhì)量、減小風(fēng)阻系數(shù)及提高制動(dòng)能量回收率的相關(guān)方案，并在某公司四驅(qū)轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室開展此試驗(yàn)樣車NEDC工況下的續(xù)駛里程測(cè)試，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示：續(xù)駛里程達(dá)到264.2 km，有效地提升了整車?yán)m(xù)駛里程。

3.1 實(shí)施方案

1）整車機(jī)械阻力優(yōu)化方案：采用滾阻系數(shù)為8.0‰的輪胎，前后輪制動(dòng)器增加制動(dòng)回位彈簧，控制制動(dòng)器啟動(dòng)力矩，使整車平均阻力降低約15.5 N，續(xù)駛里程理論提升約8.7 km。

2）減輕整車質(zhì)量方案：車身鈑金結(jié)構(gòu)優(yōu)化，焊點(diǎn)優(yōu)化，新材料運(yùn)用，樣車實(shí)車質(zhì)量約為1 545.0 kg，與CAE分析輸入1 585.8 kg相比，質(zhì)量減輕40.8 kg，使續(xù)駛里程理論提升約3.0 km。

3）風(fēng)阻系數(shù)優(yōu)化方案：增加上進(jìn)氣格柵封堵、前端模塊導(dǎo)風(fēng)板、后保下護(hù)板及輪胎阻風(fēng)板，如圖3所示；整車風(fēng)阻系數(shù)由0.318降低至0.304，使續(xù)駛里程理論提升約5.0 km。

圖3 風(fēng)阻系數(shù)部分優(yōu)化方案示意圖

4）制動(dòng)能量回收率優(yōu)化：通過VCU軟件標(biāo)定優(yōu)化，兼顧駕駛性要求，在經(jīng)濟(jì)性駕駛模式下制定高中低3種制動(dòng)能量回收率擋位，如圖4所示。實(shí)車驗(yàn)證高擋位制動(dòng)能量回收率為14.2%，續(xù)駛里程理論提升約15.2 km。

圖4 經(jīng)濟(jì)性駕駛模式下制動(dòng)能量回收標(biāo)定策略圖

3.2 實(shí)車驗(yàn)證結(jié)果

在某公司四驅(qū)轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室開展該電動(dòng)汽車NEDC工況下的續(xù)駛里程測(cè)試。主要試驗(yàn)設(shè)備：奧地利AVL公司的底盤測(cè)功機(jī)，RPL1220/12C23M17/APM150。圖5示出實(shí)測(cè)NEDC工況下續(xù)駛里程的過程數(shù)據(jù)，電流為正值時(shí)，代表能量回收過程，電流為負(fù)值時(shí)，代表能量輸出放電過程。

圖5 NEDC工況法續(xù)駛里程測(cè)試過程數(shù)據(jù)曲線圖

試驗(yàn)樣車實(shí)施了降低整車機(jī)械阻力、減輕整車質(zhì)量、減小風(fēng)阻系數(shù)及提高制動(dòng)能量回收等優(yōu)化方案后，實(shí)測(cè)NEDC工況下續(xù)駛里程為253.7 km，此時(shí)實(shí)測(cè)制動(dòng)能量回收率為8.7%。兼顧駕駛性要求，對(duì)實(shí)車進(jìn)行進(jìn)一步標(biāo)定優(yōu)化，實(shí)測(cè)續(xù)駛里程最終提升至264.2 km，制動(dòng)能量回收率達(dá)到了14.2%。

4 結(jié)論

1）文章明確了整車阻力、整車質(zhì)量、整車風(fēng)阻系數(shù)及制動(dòng)能量回收率4種因素對(duì)NEDC工況下續(xù)駛里程及其靈敏度的影響，為后續(xù)項(xiàng)目開發(fā)和方案選擇提供了參考；2）再生制動(dòng)能量回收將成為后續(xù)電動(dòng)汽車開發(fā)研究的重點(diǎn)，通過低成本、高效益的軟件優(yōu)化策略即可達(dá)到續(xù)駛里程的提升；3）今后將進(jìn)一步研究環(huán)境溫度對(duì)續(xù)駛里程的影響、高低溫環(huán)境下續(xù)駛里程的衰減情況及提升方案。