基于中國(guó)工況電動(dòng)車經(jīng)濟(jì)性測(cè)試的研究

馬艷飛 楊凡 黃勇 陳石人 王星

（威馬汽車科技集團(tuán)有限公司，成都 610000）

主題詞：中國(guó)工況 經(jīng)濟(jì)性測(cè)試 縮短法 能耗

CLTC-P China Light-duty vehicle Test Cycle for Passenger car

NEDC New European Driving Cycle

CATC China Automotive Test Cycle

WLTP Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures

UDC Urban Driving Cycle

EUDC Extra Urban Driving Cycle

BER Battery Electric Range

REESS Rechargeable Energy Storage System

GIS Geographic Information System

1 前言

根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2019年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量分別達(dá)到了124.2萬(wàn)輛和120.6萬(wàn)輛，其中純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量分別為102萬(wàn)輛和97.2萬(wàn)輛。2020年中國(guó)新能源汽車產(chǎn)量為136.6萬(wàn)輛，銷量為136.7萬(wàn)輛。2021年，新能源汽車產(chǎn)銷分別完成354.5萬(wàn)輛和352.1萬(wàn)輛，同比均增長(zhǎng)1.6倍，其中純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷分別完成294.2萬(wàn)輛和291.6萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)1.7倍和1.6倍，市場(chǎng)份額分別為83.0%、82.8%，純電動(dòng)汽車占據(jù)了新能源汽車市場(chǎng)絕對(duì)的主導(dǎo)地位。在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的引導(dǎo)下，純電動(dòng)汽車市場(chǎng)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展壯大。而續(xù)駛里程作為純電動(dòng)汽車最為關(guān)鍵的指標(biāo)，如何科學(xué)評(píng)價(jià)顯得尤為重要。與傳統(tǒng)燃油車不同，受限于充電時(shí)間長(zhǎng)和充電設(shè)施不完善等因素，存在特有的里程焦慮問(wèn)題，續(xù)駛里程是消費(fèi)者進(jìn)行車型選購(gòu)時(shí)最關(guān)注的指標(biāo)之一。

本文針對(duì)GBT 18386.1—2021《電動(dòng)汽車能量消耗量和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法第1部分：輕型汽車》中經(jīng)濟(jì)性縮短法的測(cè)試進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，目的在于闡述該方法和常規(guī)法的差異，同時(shí)以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例對(duì)比經(jīng)濟(jì)性結(jié)果的偏差，為整車經(jīng)濟(jì)性開發(fā)目標(biāo)的設(shè)定提供合理的依據(jù)。

2 中國(guó)工況介紹

中國(guó)輕型汽車行駛工況（CLTC-P）是中國(guó)汽車測(cè)試循環(huán)（CATC）中乘用車部分，是基于41座城市、3 832輛車，累積32 780 000 km、20億條GIS交通低頻動(dòng)態(tài)大數(shù)據(jù)定義的標(biāo)準(zhǔn)工況。CLTC-P更真實(shí)反映了具有中國(guó)特色的工況要求，包括更為合理的平均車速和最高車速定義、更為寬泛的駕駛工況、更為合理的停車模式比例，以及更為豐富的動(dòng)態(tài)加減速工況。

NEDC工況是研發(fā)人員非常熟悉的測(cè)試工況，隨著新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，CLTC-P工況很快被測(cè)試工程師采用，這里對(duì)2個(gè)工況的詳細(xì)參數(shù)不一一列舉，主要針對(duì)2個(gè)工況的差異性進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

表1 NEDC和CLTC-P參數(shù)對(duì)比

通過(guò)參數(shù)對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)，其中CLTC-P最大速度只有114 km/h，這與目前高速法規(guī)要求和交通GIS收集的大數(shù)據(jù)較匹配，加減速比例也較NEDC工況明顯增多，整體工況更為動(dòng)態(tài)。電動(dòng)車的續(xù)駛里程和工況的平均車速緊密相關(guān)，諸多試驗(yàn)驗(yàn)證，120 km/h的等速能耗高于60 km/h等速能耗，高于40 km/h等速能耗。CLTC-P平均車速低于NEDC平均車速，低于WLTP平均車速，因此CLTC-P續(xù)駛里程結(jié)果最優(yōu)。

3 CLTC-P工況測(cè)試方法及結(jié)果對(duì)比

CLTC-P的經(jīng)濟(jì)性測(cè)試方法和以往常用的NEDC工況測(cè)試有著很大的區(qū)別，在國(guó)標(biāo)中更提倡使用縮短法進(jìn)行測(cè)試，所謂縮短法就是在保證結(jié)果可靠性的同時(shí)，縮短整個(gè)測(cè)試時(shí)間，提高效率。當(dāng)然除了縮短法還有常規(guī)做法，即逐一進(jìn)行循環(huán)測(cè)試。本文以測(cè)試結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)2種經(jīng)濟(jì)性測(cè)試方法進(jìn)行計(jì)算分析。

3.1 CLTC-P工況常規(guī)法測(cè)試

常規(guī)工況法經(jīng)濟(jì)性測(cè)試的方法可以參考國(guó)標(biāo)要求，本文不詳細(xì)論述。但是特別說(shuō)明，CLTC-P常規(guī)工況法和NEDC工況法在續(xù)駛里程結(jié)果計(jì)算上有著明顯的不同。NEDC工況以底盤測(cè)功機(jī)上顯示的里程為準(zhǔn)，即從開始試驗(yàn)時(shí)記錄行駛里程，直至達(dá)到NEDC工況結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，停止試驗(yàn)，此時(shí)底盤測(cè)功機(jī)上的行駛里程就是NEDC工況的經(jīng)濟(jì)性測(cè)試結(jié)果。而CLTC-P常規(guī)工況法需要記錄每個(gè)循環(huán)的車輛能耗，每個(gè)循環(huán)的行駛里程，然后根據(jù)每個(gè)循環(huán)的權(quán)重系數(shù)計(jì)算得出續(xù)駛里程,具體計(jì)算公式如式（1）。

式中，為循環(huán)續(xù)駛里程；E為常規(guī)工況法試驗(yàn)前后，的電量變化；EC為基于電量變化的循環(huán)能量消耗量。

式（1）中的E按照公式(2)～(3)計(jì)算。

式中，為常規(guī)工況法試驗(yàn)結(jié)束后，車輛所行駛的速度區(qū)間數(shù)量，包含規(guī)定的試驗(yàn)結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)未運(yùn)行完成的速度區(qū)間。

式中，為常規(guī)工況法試驗(yàn)結(jié)束后，車輛所行駛的完整試驗(yàn)循環(huán)數(shù)量，不含達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)未運(yùn)行完成的試驗(yàn)循環(huán)；為試驗(yàn)循環(huán)的序號(hào)；EC為基于電量變化的第個(gè)試驗(yàn)循環(huán)的能量消耗量；K為第個(gè)試驗(yàn)循環(huán)的權(quán)重系數(shù)，按照公式（4）計(jì)算。

從公式（4）可以看出，每個(gè)循環(huán)都需要計(jì)算相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。以實(shí)車數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，分別統(tǒng)計(jì)、計(jì)算每個(gè)循環(huán)的能耗，根據(jù)公式計(jì)算對(duì)應(yīng)的比例因子，計(jì)算加權(quán)能耗,最終計(jì)算得到常規(guī)法續(xù)駛里程結(jié)果為609.5 km，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表2。

表2 CLTC-P工況常規(guī)法實(shí)測(cè)結(jié)果

36 37 38 39 40 41 CLTCP42 ERESS S;CCP循環(huán)CLTCP1 CLTCP2 CLTCP3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 D/km 14.49 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 1.955 0 1.945 6 1.943 6 1.941 2 1.938 3 1.933 5 1.927 4 84.071 1 kW·h c個(gè)循環(huán)的能量消耗量kW·h/km ECDC,1 ECDC,2 ECDC,3 ECDC,4 ECDC,5 ECDC,6 ECDC,7 ECDC,8 ECDC,9 ECDC,10 ECDC,11 ECDC,12 ECDC,13 ECDC,14 ECDC,15 ECDC,16 ECDC,17 ECDC,17 ECDC,19 ECDC,20 ECDC,21 ECDC,22 ECDC,23 ECDC,24 ECDC,25 ECDC,26 ECDC,27 ECDC,28 K36 K37 K38 K39 K40 K41 K42 0.023 622 892 0.023 622 892 0.023 622 892 0.023 622 892 0.023 622 892 0.023 622 892 0.023 622 892加權(quán)能耗ECDC 0.005 434 138 0.003 491 563 0.003 329 469 0.003 313 262 0.003 299 511 0.003 286 250 0.003 280 684 0.003 274 300 0.003 265 132 0.003 258 584 0.003 256 128 0.003 247 616 0.003 238 121 0.003 237 466 0.003 229 608 0.003 223 060 0.003 232 391 0.003 228 134 0.003 226 170 0.003 226 825 0.003 220 768 0.003 218 967 0.003 216 184 0.003 220 440 0.003 218 639 0.003 213 892 0.003 218 148 0.003 214 711同上同上同上同上同上同上K42=(1-k1-k2)/n-2 0.138 037 00 ECDC,1=K1·E_CLTC-P1/D_CLTC-P1 ECDC,2=K2·E_CLTC-P2/D_CLTC-P2 ECDC,3=K3·E_CLTC-P3/D_CLTC-P3以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推

29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 CLTCP42 BER 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 14.43 BER=EREESS;CCP/ECDC ECDC,29 ECDC,30 ECDC,31 ECDC,32 ECDC,33 ECDC,34 ECDC,35 ECDC,36 ECDC,37 ECDC,38 ECDC,39 ECDC,40 ECDC,41 ECDC,42 0.003 216 020 0.003 214 711 0.003 213 237 0.003 214 547 0.003 210 945 0.003 204 724 0.003 203 742 0.003 200 468 0.003 185 080 0.003 181 805 0.003 177 876 0.003 173 129 0.003 165 271 0.003 155 285以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推以此類推ECDC,42=K42·E_CLTC-P42/D_CLTC-P42 609.5 km

3.2 CLTC-P工況縮短法測(cè)試

縮短法測(cè)試根本目的是短時(shí)間內(nèi)有效且高效地完成車輛經(jīng)濟(jì)性測(cè)試，因此測(cè)試工況和常規(guī)法截然不同（縮短法測(cè)試工況見圖1）。

圖1 縮短法速度片段構(gòu)成

圖1中和為試驗(yàn)循環(huán)段，由CLTC-P試驗(yàn)循環(huán)構(gòu)成；和為恒速段，由較高的恒定車速構(gòu)成，用以盡快放電，減少測(cè)試時(shí)間。2個(gè)恒速段的車速應(yīng)相同，恒速段的車速設(shè)置推薦為100 km/h，若選定恒速段車速，中途不得改變。試驗(yàn)循環(huán)段結(jié)束后，車輛加速至恒速段的過(guò)程需平穩(wěn)，并應(yīng)在1 min內(nèi)完成?？s短法的測(cè)試結(jié)果顯而易見是需要計(jì)算得出，具體算法見如公式（5）。

式中，為循環(huán)續(xù)駛里程；E為縮短法試驗(yàn)前后的電量變化；EC為基于電量變化的循環(huán)能量消耗量。

式（5）中，E和EC按照公式（6）～（7）計(jì)算。

式中ΔE為按照?qǐng)D2的規(guī)定計(jì)算得到的試驗(yàn)循環(huán)段所有的電量變化；ΔE為按照?qǐng)D2的規(guī)定計(jì)算得到的恒速段所有的電量變化。

ΔE為按照?qǐng)D2的規(guī)定計(jì)算得到的試驗(yàn)循環(huán)段所有REESS的電量變化。

圖2 CLTC-P工況常規(guī)法循環(huán)能耗統(tǒng)計(jì)

式中，為試驗(yàn)循環(huán)的序號(hào)，2個(gè)試驗(yàn)循環(huán)段和共計(jì)4個(gè)試驗(yàn)循環(huán)；EC為基于REESS電量變化的第個(gè)試驗(yàn)循環(huán)的能量消耗量；K為試驗(yàn)循環(huán)段的權(quán)重系數(shù)，按照公式(8)計(jì)算。

在縮短法計(jì)算中，只需要計(jì)算4個(gè)試驗(yàn)循環(huán)和2個(gè)恒速段的能耗，與常規(guī)法測(cè)試同一臺(tái)車，使用縮短法測(cè)試計(jì)算結(jié)果如表3。

在測(cè)試中特別需要注意的是，恒速段的里程應(yīng)依據(jù)車輛規(guī)定的能量E的百分比進(jìn)行確定。試驗(yàn)循環(huán)段之后的剩余能量應(yīng)不超過(guò)能量E的10%，即試驗(yàn)循環(huán)段之后，車輛還能放出來(lái)的能量不能超過(guò)總放電能量的10%。以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例，總放電量為80.242 5 kW·h，那么在試驗(yàn)循環(huán)段之后的恒速段放電量不得超過(guò)8.024 3 kW·h。并不是直觀看到的整車電量的10%。

3.3 CLTC-P工況兩種測(cè)試方法結(jié)果對(duì)比分析

從2次測(cè)試結(jié)果分析得到統(tǒng)計(jì)表4。

表4中縮短法放電量比常規(guī)法多0.171 4 kW·h，續(xù)駛里程多16.25 km。基于此結(jié)果，對(duì)2次試驗(yàn)中的計(jì)算循環(huán)做統(tǒng)計(jì)如圖3。

圖3 2種工況同步計(jì)算循環(huán)能耗對(duì)比

表3 CLTC-P工況縮短法實(shí)測(cè)結(jié)果計(jì)算

圖3是根據(jù)表2整理為柱狀統(tǒng)計(jì)表，可以比較直觀的看出，循環(huán)能耗隨著循環(huán)數(shù)量的累計(jì)或者說(shuō)車輛電量的降低在遞減，這里針對(duì)縮短法測(cè)試結(jié)果就有了實(shí)質(zhì)性的差異，在常規(guī)法根據(jù)公式（3）中，EC由每個(gè)循環(huán)能耗計(jì)算得來(lái)，而縮短法根據(jù)公式（7），EC由4個(gè)循環(huán)能耗計(jì)算得來(lái)。對(duì)比縮短法和常規(guī)法4個(gè)需要計(jì)算能耗的循環(huán)，得到循環(huán)能耗對(duì)比圖3。

表4 CLTC-P工況2種測(cè)試方法結(jié)果對(duì)比

圖3中3、4個(gè)循環(huán)分別使用常規(guī)法第39、40個(gè)循環(huán)能耗，和縮短法3、4個(gè)循環(huán)能耗基本一致。而根據(jù)圖2統(tǒng)計(jì)，除了41、42個(gè)循環(huán)，第39、40個(gè)循環(huán)的能耗基本是常規(guī)法中能耗最低的，也就是說(shuō)常規(guī)法其它參與計(jì)算的循環(huán)能耗除了41、42循環(huán)，其它循環(huán)的能耗都要高于當(dāng)前計(jì)算值，那么在3~38個(gè)循環(huán)的累計(jì)中，能量消耗量就會(huì)被放大，如表2和表3中的加權(quán)能耗EC所示，2者加權(quán)能耗EC相差0.003 313 401 kW·h/km，即如果同樣為600 km的經(jīng)濟(jì)性測(cè)試，縮短法所需要的電量將少1.988 0 kW·h。反之，同樣的電量，縮短法行駛的里程更多。

導(dǎo)致此結(jié)果產(chǎn)生的原因是隨著放電進(jìn)行，循環(huán)能耗越來(lái)越低，縮短法參與計(jì)算的循環(huán)能耗低于常規(guī)水平，因此續(xù)駛里程結(jié)果偏高。

對(duì)此結(jié)果進(jìn)行測(cè)試分析，選擇不同品牌的3臺(tái)車，別在高電壓和低電壓進(jìn)行能耗測(cè)試，且同時(shí)引入常用的另外2種工況NEDC和WLTP。具體測(cè)試安排如下：

（1）將車輛安裝在轉(zhuǎn)鼓上，以80 km/h的速度行駛20 min。使輪胎預(yù)熱、使傳動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到最佳的溫度。保證車輛內(nèi)阻和駕駛過(guò)程內(nèi)阻相似。

（2）擬合曲線滑出Dyno Set，Dyno Set為在底盤測(cè)功機(jī)上擬合出的和道路滑行曲線等同的曲線設(shè)置。

（3）再以80 km/h的車速等速行駛10 min，此時(shí)上報(bào)低于85%，能量回收不再受限制。

（4）分別按照WLTP、NEDC、CLTC-P各行駛1個(gè)工況，并記錄整車數(shù)據(jù)。

（5）循環(huán)結(jié)束后以等速80 km/h的車速繼續(xù)放電，放電至30%電量。

（6）分別按照CLTC-P、NEDC、WLTP各行駛1個(gè)工況記錄整車數(shù)據(jù)。

這里將85%電量視為高電壓平臺(tái)，30%電量視為低電壓平臺(tái)，根據(jù)電機(jī)輸入端電流電壓和電機(jī)輸出端的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，計(jì)算得到其中1臺(tái)車輛效率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，見表5。

表5 高低壓平臺(tái)效率對(duì)比

試驗(yàn)結(jié)果表明，3種不同的工況，低電壓平臺(tái)的效率均高于高電壓平臺(tái)。且另外2臺(tái)車的結(jié)果也如此一致。這一結(jié)果可以解釋常規(guī)法循環(huán)能耗隨著循環(huán)數(shù)的增加而遞減的原因，因?yàn)殡S著循環(huán)數(shù)的增加，整車電壓平臺(tái)在下降，低壓平臺(tái)效率高，因此能耗低。這也就是縮短法續(xù)駛里程要高于常規(guī)法續(xù)駛里程的根本原因。因?yàn)椴煌妷浩脚_(tái)效率及能耗不同，而縮短法最重要的2個(gè)加權(quán)能耗選用的恰恰是低能耗的數(shù)值參與計(jì)算，所以整體能耗偏低，續(xù)駛里程偏多。

縮短法續(xù)駛里程偏多，會(huì)使整車公告里程偏高，本身底盤測(cè)功機(jī)的公告里程就不符合用戶實(shí)際體驗(yàn)，這一偏高結(jié)果無(wú)疑又增大了理論與實(shí)際的差異。因此建議針對(duì)電動(dòng)車公告經(jīng)濟(jì)性測(cè)試，首先對(duì)車輛高低電壓對(duì)效率的影響進(jìn)行摸底，根據(jù)循環(huán)次數(shù)和能耗關(guān)系，確定車輛縮短法與常規(guī)法的計(jì)算偏差。

另外即便CLTC-P工況采集了更為宏大的道路數(shù)據(jù)，但是作為公告工況指標(biāo)，與實(shí)際駕駛差異依然非常之大，其中最為主要的原因有以下4點(diǎn)：

（1）公告試驗(yàn)是根據(jù)國(guó)Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配重加載，這與實(shí)際使用中存在差異，車輛加載質(zhì)量決定了車輛的阻力，以滿載為例，車輛加載質(zhì)量偏大150 kg，通過(guò)阻力加速度計(jì)算，車輛滑行阻力增加5%，根據(jù)功率因數(shù)續(xù)駛里程結(jié)果影響為40~50 km。

（2）CLTC-P工況畢竟是固定工況，與實(shí)際使用駕駛習(xí)慣有很大差異，該因素雖無(wú)法量化，但是不可忽略的因素。

（3）公告里程環(huán)境溫度為常溫，該溫度下電池性能尤佳，可以充分保證放電量，實(shí)際使用中環(huán)溫難易保證。以某款三元鋰電池為例，25℃環(huán)溫下，電池理論容量80 kW·h，10℃環(huán)溫下，保持率只有96%，容量丟失3.2 kW·h；0℃環(huán)溫下，保持率只有90%，容量丟失8 kW·h。

（4）公告工況未開啟空調(diào)，在實(shí)際使用中，即使溫度再合適都會(huì)開啟空調(diào)通風(fēng)模式，炎熱、寒冷時(shí)候空調(diào)能耗甚高，這也是導(dǎo)致理論與實(shí)際差異最大的原因。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）中國(guó)工況CLTC-P縮短法和常規(guī)法測(cè)試結(jié)果相近，縮短法大大提高效率，通過(guò)實(shí)測(cè)結(jié)果可靠、可行性高，且縮短法續(xù)駛里程結(jié)果比常規(guī)法續(xù)駛里程結(jié)果多2.7%，需要根據(jù)每款車的相應(yīng)策略進(jìn)行公告前摸底。

（2）隨著新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，CLTC-P工況應(yīng)運(yùn)而生。但公告方式與實(shí)際駕駛相差甚遠(yuǎn)，建議以類似歐洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行公告，影響整車阻力的因素全部使用最差參數(shù)，并結(jié)合高低溫續(xù)駛里程結(jié)果，以權(quán)重系數(shù)加權(quán)得到續(xù)駛里程結(jié)果，這樣覆蓋面廣，內(nèi)測(cè)條件嚴(yán)格，這樣會(huì)使公告與實(shí)際情況更接近。