重型電動(dòng)汽車能耗測(cè)試阻力選取方法研究

禚爰紅， 尚 勇， 劉 劍， 陳 瑩， 劉一鳴

(1.重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司 國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心， 重 慶 401122； 2.南京金龍客車制造有限公司，南京 211215)

隨著新能源汽車的快速發(fā)展，電動(dòng)汽車的能耗水平也被關(guān)注。用于評(píng)價(jià)重型電動(dòng)汽車能耗水平的GB/T 18386—2017[1]正式發(fā)布(以下稱新標(biāo)準(zhǔn))，代替了GB/T 18386—2005[2]版老標(biāo)準(zhǔn)。老標(biāo)準(zhǔn)中，續(xù)駛里程及能耗試驗(yàn)是在道路上進(jìn)行的，車輛行駛阻力與實(shí)際情況基本相符，但是新標(biāo)準(zhǔn)中取消了道路試驗(yàn)法，改在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用底盤測(cè)功機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，因此，底盤測(cè)功機(jī)阻力設(shè)定時(shí)所選用的阻力系數(shù)成為影響能耗測(cè)試結(jié)果的重要因素。

1 底盤測(cè)功機(jī)阻力設(shè)定方法

重型電動(dòng)汽車在道路上運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力源需要克服的全部阻力稱為目標(biāo)阻力。底盤測(cè)功機(jī)最基本的功能是模擬出與車輛道路運(yùn)行相同的行駛阻力[3]，即讓車輛動(dòng)力源克服相同的目標(biāo)阻力。通常情況下，車輛目標(biāo)阻力與車速之間采用二次關(guān)系式來表達(dá)：

Ft=At+BtV+CtV2

(1)

式中:Ft為目標(biāo)阻力；V為車速；At、Bt、Ct為目標(biāo)阻力系數(shù)。

車輛在底盤測(cè)功機(jī)上運(yùn)行相對(duì)于道路上運(yùn)行的狀態(tài)發(fā)生了變化，但有些阻力依然存在，如車輛傳動(dòng)系摩擦阻力；而有些阻力卻不存在了，如空氣阻力，需要底盤測(cè)功機(jī)額外提供補(bǔ)充。稱那些依然存在的阻力為固有阻力For，不需要單獨(dú)設(shè)定；而不存在的、需要底盤測(cè)功機(jī)額外提供的阻力為設(shè)定阻力Fs[4]，對(duì)應(yīng)的阻力系數(shù)分別為As、Bs、Cs。它們之間的關(guān)系是Ft=For+Fs，其中，F(xiàn)s=As+BsV+CsV2，如圖1所示。

圖1 目標(biāo)阻力、固有阻力和設(shè)定阻力曲線

因此，在底盤測(cè)功機(jī)上進(jìn)行阻力設(shè)定，需要先獲取試驗(yàn)車輛的目標(biāo)阻力系數(shù)，即式(1)中的At、Bt、Ct。

2 目標(biāo)阻力獲取及能耗測(cè)試對(duì)比

2.1 道路滑行試驗(yàn)法獲取目標(biāo)阻力

獲取車輛目標(biāo)阻力系數(shù)最基本的方法是道路滑行試驗(yàn)法。GB/T 27840—2011的附錄C中給出了道路滑行的具體方法[6]。首先，車輛配載到試驗(yàn)質(zhì)量，然后在試驗(yàn)場(chǎng)上進(jìn)行滑行試驗(yàn)，對(duì)于電動(dòng)汽車，滑行試驗(yàn)前需要暫時(shí)屏蔽制動(dòng)回饋功能，以免制動(dòng)能量回收功能導(dǎo)致動(dòng)力源承受額外的阻力。

車輛在道路滑行減速的過程中，實(shí)時(shí)采集車速和時(shí)間，再根據(jù)式(2)得到車輛目標(biāo)阻力與車速之間的關(guān)系式。

Ft=M×2△V/3.6t

(2)

式中：Ft為目標(biāo)阻力；M為當(dāng)量慣量；△V是每個(gè)車速段上下限與車速V的偏差，如果以10 km/h為步長(zhǎng)，則△V為5 km/h；t為n次試驗(yàn)汽車從V+△V滑行減速到V-△V耗用的平均時(shí)間。

之后以10 km/h為步長(zhǎng)，選取車速點(diǎn)作為橫坐標(biāo)，以對(duì)應(yīng)的目標(biāo)阻力為縱坐標(biāo)，繪制散點(diǎn)圖，再進(jìn)行二次擬合，即得到了目標(biāo)阻力系數(shù)At、Bt、Ct。

采用道路滑行試驗(yàn)的方法獲得目標(biāo)阻力系數(shù)，一定要在平坦、干燥的試驗(yàn)場(chǎng)路面進(jìn)行，還要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，盡量選擇在天氣晴朗、無風(fēng)無雨的條件下開展試驗(yàn)。試驗(yàn)車輛經(jīng)歷多次滑行，求取平均結(jié)果，并且需要對(duì)環(huán)境溫度、大氣壓力等環(huán)境條件進(jìn)行修正，過程相對(duì)復(fù)雜，但是以這種方式獲取目標(biāo)阻力系數(shù)，能夠體現(xiàn)出整車在行駛阻力優(yōu)化方面的先進(jìn)技術(shù)，比如輪胎滾阻的優(yōu)化，車身空氣動(dòng)力學(xué)方面的優(yōu)化[7]，傳動(dòng)系摩擦阻力的優(yōu)化等。技術(shù)越先進(jìn)，得到的行駛目標(biāo)阻力系數(shù)越小，在接下來的能耗試驗(yàn)中，也會(huì)起到積極的正面作用。

2.2 推薦阻力法獲取目標(biāo)阻力

GB/T 18386—2017[1]中針對(duì)重型電動(dòng)汽車目標(biāo)行駛阻力給出了推薦阻力系數(shù)，可以查汽車試驗(yàn)質(zhì)量表獲得。推薦阻力系數(shù)是參考了一定量的道路滑行試驗(yàn)法得到的阻力系數(shù)而獲取的平均結(jié)果[8]，采用推薦阻力系數(shù)雖然方便快捷，但是由于行駛阻力對(duì)重型電動(dòng)汽車能耗測(cè)試有直接的影響，因此，采用這種來源于部分車輛的平均阻力系數(shù)，應(yīng)用于某一特定車輛的能耗測(cè)試就不合適了。

汽車在進(jìn)行能耗方面的優(yōu)化時(shí)，大體上有2個(gè)方向：一是盡量提高動(dòng)力源的工作效率[9]；二是盡量降低動(dòng)力源需要克服的阻力。如果采用推薦系數(shù)作為車輛目標(biāo)阻力，將導(dǎo)致車輛在降低行駛阻力方面做出的優(yōu)化方案全部失效。因?yàn)槟繕?biāo)阻力一旦確定，底盤測(cè)功機(jī)就會(huì)以目標(biāo)阻力系數(shù)對(duì)應(yīng)的阻力值為最終目標(biāo)來確定額外提供的設(shè)定阻力，因此整車通過各種優(yōu)化方案降低的行駛阻力，最終都會(huì)被底盤測(cè)功機(jī)設(shè)定阻力補(bǔ)償回來[10]。采用推薦目標(biāo)阻力系數(shù)，意味著對(duì)于相同試驗(yàn)質(zhì)量的車輛，其動(dòng)力源需要克服的阻力均相同，在此種情況下測(cè)得的能耗水平差異，僅僅是動(dòng)力源的工作效率差異[11]。

2.3 能耗測(cè)試結(jié)果比對(duì)

某重型電動(dòng)客車在進(jìn)行能耗測(cè)試前，分別采用道路滑行法和推薦阻力法獲取了2組目標(biāo)阻力系數(shù)，對(duì)應(yīng)的目標(biāo)阻力曲線差異如圖2所示。

圖2 滑行目標(biāo)阻力與推薦目標(biāo)阻力比對(duì)

為了能夠更直觀地體現(xiàn)出不同目標(biāo)阻力導(dǎo)致的能耗差異，該重型電動(dòng)客車采用40 km/h等速法[12]進(jìn)行能耗測(cè)試。分別采用滑行阻力和推薦阻力對(duì)該車輛進(jìn)行40 km/h等速能耗測(cè)試，得到實(shí)測(cè)結(jié)果差異見表1。

表1 能耗差異

能夠看出，由于該車輛采用滑行試驗(yàn)得到的行駛阻力在40 km/h處低于推薦阻力，受其影響，得到的能耗測(cè)試結(jié)果自然優(yōu)于推薦阻力。由此可見，參考部分車輛的滑行阻力系數(shù)得出的推薦阻力系數(shù)，僅僅能夠代表同一質(zhì)量段下試驗(yàn)車輛的平均行駛阻力，而忽略了某一特定車輛在行駛阻力優(yōu)化方面的先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用于重型電動(dòng)汽車能耗測(cè)試并不合適。

3 結(jié)束語

采用推薦阻力方便快捷，但是會(huì)導(dǎo)致整車在行駛阻力優(yōu)化上的技術(shù)失效，不能夠準(zhǔn)確測(cè)量車輛的真實(shí)能耗水平。而采用滑行阻力，能夠體現(xiàn)出整車在行駛阻力優(yōu)化上的先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用于重型電動(dòng)汽車能耗測(cè)試更為合適。