基于用戶視角的純電動城市客車性能測試評價(jià)

葉 磊，張國振，李 成，姚 波，張 濤

(1．重慶車輛檢測研究院有限公司，重慶 401122;2．工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心，北京 100846;3．交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029)

在新能源客車推廣應(yīng)用以及產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展的同時(shí)，也出現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量和性能良莠不齊等問題［1－2］。為使廣大新能源公交運(yùn)營企業(yè)深入了解純電動城市客車的技術(shù)現(xiàn)狀，推動純電動車輛技術(shù)進(jìn)步，提升城市客車使用效率和推廣應(yīng)用效果，為公交行業(yè)推薦更符合公交需求的優(yōu)秀純電動城市公交產(chǎn)品，需要行業(yè)第三方機(jī)構(gòu)站在用戶的視角，聚焦用戶關(guān)心的技術(shù)性能，從專業(yè)角度對純電動城市客車的能耗水平、續(xù)駛里程、動力性能及車內(nèi)噪聲等性能指標(biāo)進(jìn)行綜合測評。

1 純電動城市客車測試方案設(shè)計(jì)

考慮到當(dāng)前純電動城市客車的技術(shù)水平以及推廣應(yīng)用情況，選取車長為10～12 m段的車輛作為本次測評對象，并對參與測評的車輛進(jìn)行以下幾方面的特殊規(guī)定:a)工信部《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》內(nèi)車型;b)車載動力電池為慢充類型;c)車長大于11 m的車型須為一級踏步車，小于11 m可為一級或二級踏步車。

1.1 工況確定

目前，國內(nèi)關(guān)于純電動汽車的能耗和續(xù)駛里程的測試都是基于某種特定的工況，且對車輛的測試條件也有一定的要求。其中，關(guān)于純電動城市客車的續(xù)駛里程和能量消耗量測試主要基于國家標(biāo)準(zhǔn)［3］中的等速法進(jìn)行。然而，純電動城市客車在實(shí)際運(yùn)行中的工況是極其復(fù)雜的，尤其在我國北方大部分城市，車輛在冬天運(yùn)行過程中還要開啟空調(diào)暖風(fēng)來維持車內(nèi)的溫度，據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，寒冷季節(jié)空調(diào)耗電量最高可占整車總電耗的30%以上［4－5］。因此，為了能夠更好體現(xiàn)實(shí)際公交運(yùn)營狀況，此次評價(jià)賽確定的工況包括最高車速、最大加速度、最大減速度以及怠速等特征參數(shù)，較為真實(shí)地模擬車輛在實(shí)際運(yùn)營過程中的停車起步、加速、穩(wěn)速、滑行減速和制動減速停車等簡易工況特征，其循環(huán)工況曲線及特征參數(shù)見圖1和表1。另外，對于測試的環(huán)境條件、加載條件、車速以及空調(diào)等都有明確規(guī)定，如統(tǒng)一按照3 t加載，在真實(shí)道路(環(huán)境溫度約10℃)上進(jìn)行，以及全程空調(diào)處于制熱模式，且需保持車內(nèi)溫度達(dá)到21℃等約束條件，以此工況運(yùn)行評價(jià)其綜合能耗。

圖1 一個(gè)完整的循環(huán)工況

表1 工況特征統(tǒng)計(jì)

1.2 測評方法

公交運(yùn)營企業(yè)在選型購車時(shí)，首先關(guān)心的是車輛的續(xù)駛里程，該指標(biāo)直接決定了車輛投放的運(yùn)營線路的長短;其次，會考慮車輛運(yùn)營后的能耗水平，這直接決定了車輛的運(yùn)營成本;另外，部分公交企業(yè)也會擔(dān)心車輛的動力性，希望電動車能夠保證基本的爬坡和加速能力;最后，為了保證駕乘人員能有一個(gè)相對舒適的乘車環(huán)境，其相對安靜的車內(nèi)環(huán)境也是需要考慮的因素。當(dāng)然，購車成本也是非常重要的影響因素。綜合考慮，采用非破壞性的測試方法，將選取能耗、續(xù)駛里程、動力性能和車內(nèi)噪聲4個(gè)方面的5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測試評價(jià)，其具體項(xiàng)目及測試方法如下:

1)百公里耗電量。SOC 100%狀態(tài)下出發(fā)，行駛約55 km，再次充電至SOC 100%，記錄充電量，計(jì)算百公里耗電量。

2)續(xù)駛里程。根據(jù)行駛約55 km的用電量和動力電池實(shí)際最大可用電量，推算實(shí)際續(xù)駛里程。

3)爬坡時(shí)間。在一定坡度的坡道底部起步并通過該坡道，記錄車輛從起步爬至坡頂?shù)臅r(shí)間。

4)加速時(shí)間。在平直路面上車輛原地起步，記錄車輛從起步至車速達(dá)到50 km/h的時(shí)間。

5)車內(nèi)噪聲。車輛以50 km/h的速度勻速行駛，測量駕駛員耳旁和車內(nèi)后橋上方的噪聲。

2 測試結(jié)果分析

在交通運(yùn)輸部運(yùn)輸服務(wù)司的指導(dǎo)下，由交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院、中國公路學(xué)會客車分會、中國道路運(yùn)輸協(xié)會城市客運(yùn)分會、國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和亞洲開發(fā)銀行等5家機(jī)構(gòu)共同主辦，于2018年11月28日至12月1日在重慶機(jī)動車強(qiáng)檢試驗(yàn)場進(jìn)行全國新能源公交車性能評價(jià)賽。測試前對參賽車輛進(jìn)行了參數(shù)核查，保證各項(xiàng)參數(shù)與產(chǎn)品公告一致，其中，要求車長和質(zhì)量參數(shù)相對該車型的《公告》申報(bào)值分別在1%和3%以內(nèi)，所有車輛均按照3 t進(jìn)行配載，包含沙袋、測試人員、駕駛員、測試設(shè)備及其他輔助物品，按照前述的測試方法依次進(jìn)行測試。

受篇幅限制，本文僅選取車長為10～11 m段的10輛車的測試數(shù)據(jù)，僅對能耗和續(xù)駛里程兩項(xiàng)測試結(jié)果進(jìn)行分析。另外，國家工信部發(fā)布的《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》(以下簡稱《推薦目錄》)中所明示的各個(gè)純電動城市客車產(chǎn)品的續(xù)駛里程以及Ekg(噸百公里能耗)指標(biāo)是基于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18386—2017中的等速法進(jìn)行測試［3］。鑒于此，筆者將本次評價(jià)賽所測得的數(shù)據(jù)和該車型在《推薦目錄》中的續(xù)駛里程和能耗結(jié)果［6］進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表2。

表2 不同測試工況下的續(xù)駛里程和能耗對比

標(biāo)準(zhǔn)［3］工況中的能量消耗量依據(jù)《推薦目錄》中車型的最大總質(zhì)量、整備質(zhì)量和Ekg值進(jìn)行換算。

由表2數(shù)據(jù)可以看出，本次評價(jià)賽樣車的電耗差異比較大，其平均值為87.91 kW·h/100 km，比《推薦目錄》公示的平均能耗高約34.58 kW·h/100 km，這是由于在標(biāo)準(zhǔn)［3］測試中采用等速法測試，加之空調(diào)全程處于關(guān)閉狀態(tài)。因此，相對于本次評價(jià)賽工況，標(biāo)準(zhǔn)［3］工況的能耗水平明顯低很多，而續(xù)駛里程則要高很多。另外，圖2所示為評價(jià)賽實(shí)測值與《推薦目錄》中的能耗和續(xù)駛里程公示值的比值，可以看出，各車型的能耗實(shí)測值均大于公示值，兩者之比在1.0～2.0之間，平均為1.6，車型間也存在很大差異。以上結(jié)果說明，由于測試條件的不同，不能完全依賴《推薦目錄》［6］中公示的能耗值進(jìn)行簡單的折算來推測車輛的實(shí)際能耗水平。

圖2 評價(jià)賽測試值與公示值之比

從表2還可以得到，參賽車型的推算續(xù)駛里程的平均值為258.8 km，車型間的差異較大。本次參賽的10輛樣車的動力電池電量從141 kW·h到313 kW·h，平均 233 kW·h，從平均值來看，每增加1 kW·h電量可以增加1.1 km的續(xù)駛里程，其中，電耗低的車型可以做到增加1 kW·h電量增加1.32 km續(xù)駛里程，而最差的車型只能做到增加1 kW·h電量得到0.86 km的續(xù)駛里程。顯然，車輛的續(xù)駛里程除了受動力電池電量影響之外，與車輛能耗水平的關(guān)系也很大。另外，從圖2中也可以得到，各車型的續(xù)駛里程實(shí)測值與公示值之比在0.45～0.85之間，平均僅為0.62。

3 相關(guān)建議

為了提升純電動城市客車的推廣應(yīng)用效果，車輛生產(chǎn)企業(yè)可以從以下幾個(gè)方面提高車輛的能耗水平:

1)優(yōu)化車輛動力性與能量利用率［7］。車輛的動力性和能耗指標(biāo)是相互矛盾的，為了增加動力性，要求車輛具有更大的后備功率，但是后備功率增大了，必然會降低動力系統(tǒng)的負(fù)荷率，從而使能耗經(jīng)濟(jì)性變差，因而在綜合評價(jià)車輛的性能時(shí)，不能只是片面地追求整車的動力性或者經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，應(yīng)在車輛動力性和經(jīng)濟(jì)性之間進(jìn)行合理優(yōu)化、協(xié)調(diào)和匹配。

2)合理匹配動力系統(tǒng)參數(shù)，優(yōu)化車輛續(xù)駛里程。與城市客車實(shí)際運(yùn)行狀況較為接近的評價(jià)賽工況的平均速度為23 km/h，若每天運(yùn)行10 h，車輛的續(xù)駛里程需求為230 km。據(jù)公交公司統(tǒng)計(jì)，單車日均運(yùn)行里程約為170～180 km［8］，車輛續(xù)駛里程能夠滿足一天的實(shí)際運(yùn)行后其SOC仍有20%左右剩余較為合適，則車輛續(xù)駛里程的匹配值為210～225 km可滿足公交公司的實(shí)際運(yùn)行需求。車輛續(xù)駛里程越大，對應(yīng)動力電池總儲電量(kW·h)越高、動力電池總成質(zhì)量越大、車輛整備質(zhì)量越大，越不利于車輛輕量化和安全運(yùn)行。因此，續(xù)駛里程可根據(jù)實(shí)際運(yùn)營的公交線路的長度和運(yùn)營次數(shù)，滿足一天的實(shí)際運(yùn)行即可，不鼓勵(lì)過大的續(xù)駛里程值。

3)降低整車阻力提高整車經(jīng)濟(jì)性［9－10］。開展輕量化、低滾阻、低風(fēng)阻技術(shù)研究，降低整車的行駛阻力，研發(fā)先進(jìn)高效的動力系統(tǒng)新構(gòu)型、低能耗的電機(jī)及控制器，提高動力系統(tǒng)效率，研究低能耗的電空調(diào)、電轉(zhuǎn)向、電動空壓機(jī)等電附件及其高效智能控制技術(shù)，降低附件的能耗，研究整車智能化的綜合能量控制技術(shù)，智能控制方面，從能耗管理數(shù)字化開展，最終基于工況識別、道路狀態(tài)、車輛狀態(tài)和智能高度的最優(yōu)能量管理。