中國工況在電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航測試中的應(yīng)用

劉 鵬，王儒梟，周博雅，李向榮

（1.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司 汽車測評(píng)管理中心，天津 300300；2.中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司，天津 300300）

在國家的大力支持下，電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展迅速，逐步得到了消費(fèi)者的認(rèn)可，銷量也在穩(wěn)步提升，但隨著保有量的不斷增加，消費(fèi)者在用車過程中發(fā)現(xiàn)的問題也越來越多。中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高也曾指出，里程焦慮、安全焦慮、成本焦慮仍然是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的重要因素，而里程焦慮主要體現(xiàn)在消費(fèi)者實(shí)際駕駛的續(xù)駛里程和企業(yè)標(biāo)稱的續(xù)駛里程差距大。行駛路況是電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的重要影響因素，汽車產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達(dá)的國家一般都會(huì)有適應(yīng)各自國情的汽車行駛工況標(biāo)準(zhǔn)，目前，在國際上占據(jù)主導(dǎo)地位的是新歐洲駕駛循環(huán)（New European Driving Cycle, NEDC）和世界輕型汽車測試規(guī)程（World Light Vehicle Test Procedure,WLTP)這兩大行駛工況。一直以來，我國的油耗、排放、續(xù)航測試使用的都是NEDC工況，但NEDC工況與我國實(shí)際道路情況差異明顯，所以測試結(jié)果會(huì)明顯好于消費(fèi)者實(shí)際駕駛結(jié)果。國內(nèi)外對(duì)電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程問題做了大量的研究，通過估計(jì)荷電狀態(tài)（State of Charge, SOC）和剩余里程，分析實(shí)際行駛里程與表顯之間的最大誤差；利用確定系數(shù)、歐式距離和平均誤差對(duì)車的高低溫及常溫續(xù)航做了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)確定系數(shù)相比于另外兩種方法能更好地評(píng)價(jià)續(xù)駛里程估計(jì)準(zhǔn)確度。

本文將更符合中國實(shí)際道路情況的中國工況作為電動(dòng)車?yán)m(xù)航測試工況，并針對(duì)高溫、低溫情況下電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程明顯衰減的問題，分別開展了高、低溫續(xù)航試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中記錄了表顯剩余里程值、車內(nèi)溫度變化情況等數(shù)據(jù)，用以評(píng)價(jià)車輛表顯里程準(zhǔn)確性與空調(diào)效果等性能。本文制定了中國工況在電動(dòng)車常溫、高溫、低溫續(xù)航測試中的試驗(yàn)方法，為電動(dòng)車?yán)m(xù)航測試提供了重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 CLTC-P與NEDC工況對(duì)比分析

NEDC主要在歐洲、澳大利亞等國家和地區(qū)使用。中國乘用車行駛工況（China Light-Duty Vehicle Test Cycle-Passenger, CLTC-P）是中國汽車技術(shù)研究中心基于國內(nèi)41座城市、3 832輛車，累積3 278萬公里所采集的中國實(shí)際道路情況，相比于其他行駛工況，CLTC-P更加貼近中國消費(fèi)者的用車場景。

CLTC-P與NEDC的循環(huán)工況對(duì)比情況如圖1所示，NEDC循環(huán)工況中，包含4個(gè)市區(qū)循環(huán)和1個(gè)郊區(qū)循環(huán)（模擬），其中市區(qū)循環(huán)的低速工況，郊區(qū)循環(huán)的高速工況，與NEDC工況相比，CLTC-P工況包含更加豐富的道路信息，包括城市工況、郊區(qū)工況和高速工況。

NEDC循環(huán)工況在持續(xù)時(shí)間、循環(huán)里程以及循環(huán)中的最高車速等內(nèi)容與中國工況均存在較大差別，具體循環(huán)工況對(duì)應(yīng)的特征數(shù)據(jù)如表1所示。

圖2是NEDC /CLTC-P在加速、減速、勻速和停車四種駕駛模式下的分布情況。由此可知，CLTC-P較NEDC，加、減速比例明顯上升，這反映了中國工況的嚴(yán)苛性的提高；同時(shí)，CLTC-P較NEDC，停車比例加大，為23.33%，這與國內(nèi)城市頻繁的紅綠燈停車工況保持一致。

2 研究方法與環(huán)境要求

電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程測試一般是在底盤測功機(jī)上進(jìn)行，首先應(yīng)該在實(shí)際道路上測得車輛的阻力參數(shù)，然后根據(jù)道路阻力參數(shù)設(shè)定轉(zhuǎn)轂阻力，通過轉(zhuǎn)轂阻力復(fù)現(xiàn)后，才能正式開始續(xù)航試驗(yàn)。

2.1 道路滑行阻力參數(shù)測量

本文中電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航測試采用的是中國工況，故其道路滑行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)將按照GB 18352.6—2016進(jìn)行，由于中國工況的最高速度114 km/h，所以在道路滑行試驗(yàn)中，初速度最低值應(yīng)大于114 km/h，在滑行的同時(shí)應(yīng)記錄實(shí)時(shí)車速與時(shí)間等參數(shù)。

車輛的道路滑行阻力會(huì)受到試驗(yàn)道路情況、環(huán)境氣象條件等因素的影響。試驗(yàn)道路應(yīng)該選取水平、干燥并且有一定長度的水平路面，坡度應(yīng)該控制在千分之一以內(nèi)，且應(yīng)盡量選取無風(fēng)的天氣下開展試驗(yàn)。

2.2 續(xù)航試驗(yàn)

續(xù)航試驗(yàn)分為常溫、高溫以及低溫續(xù)航和能耗試驗(yàn)（能耗試驗(yàn)僅在常溫條件下進(jìn)行），測試工況用CLTC-P工況替代原來的NEDC工況。試驗(yàn)過程中選用最節(jié)能的模式開展相關(guān)試驗(yàn)，但要求在此模式下車速能跟上CLTC-P工況曲線，如果車輛在此條件下不能很好地跟隨曲線，則需更換其他模式。續(xù)航場景如圖3所示。

2.2.1 常溫續(xù)駛里程及能耗試驗(yàn)方法

常溫續(xù)駛里程試驗(yàn)前，在（25±5）℃的常溫環(huán)境中浸車12～15小時(shí)，使用CLTC-P工況，在（25±5）℃室溫下開展常溫續(xù)航試驗(yàn)。

常溫續(xù)航試驗(yàn)結(jié)束后，在環(huán)境溫度為（25±5）℃下，動(dòng)力蓄電池充電按照符合模式2或者模式3要求的充電方式，使動(dòng)力蓄電池達(dá)到完全充電狀態(tài)（模式2或模式3的要求見GB/T20234.1—2015）。通過測試所得的續(xù)駛里程和完全充電的總電量可得電動(dòng)汽車的百公里電耗值。

2.2.2 高溫續(xù)航試驗(yàn)方法

高溫試驗(yàn)前，車輛應(yīng)該在（25±5）℃的常溫環(huán)境中浸車12～15小時(shí)，隨后在（35±3）℃的溫度條件下浸車0.5～1.0小時(shí)，高溫環(huán)境浸車期間光照強(qiáng)度保持為（850±45）W/m。完成浸車后，開啟空調(diào)制冷，使用CLTC-P工況，在高溫且有光照條件下開展高溫續(xù)航試驗(yàn)。

2.2.3 低溫續(xù)航試驗(yàn)方法

低溫試驗(yàn)前，車輛應(yīng)該在（?7±3）℃的溫度條件下浸車12～15小時(shí)。完成浸車后，開啟空調(diào)制熱，使用CLTC-P工況，在低溫條件下開展低溫續(xù)航試驗(yàn)。

常溫、高溫、低溫續(xù)航試驗(yàn)的具體環(huán)境要求以及車輛、空調(diào)設(shè)置情況如表2所示。

2.2.4 續(xù)航測試截止條件

車輛實(shí)際速度和測試循環(huán)規(guī)定的速度之間的允許公差：公差上限，+2.0 km/h，時(shí)間在±1.0 s之內(nèi)；公差下限，?2.0 km/h，時(shí)間在±1.0 s之內(nèi)，如圖3所示。

不能滿足本公差要求時(shí)，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，擋位保持在原行駛擋位，使車輛滑行至最低穩(wěn)定車速或5 km/h，再踩下制動(dòng)踏板進(jìn)行停車。

3 測試車輛信息

本文所選取了5款市場主流的電動(dòng)汽車作為研究對(duì)象，其中轎車4款，SUV1款，車輛售價(jià)從10萬元至20萬元不等，具體如圖4所示。

5款車型整備質(zhì)量從1 625 kg到1 742 kg不等，驅(qū)動(dòng)形式主要分為兩驅(qū)、前驅(qū)后隨以及四驅(qū)三種形式。其中，兩驅(qū)指僅兩前輪為主動(dòng)輪；前驅(qū)后隨指車輛前輪驅(qū)動(dòng)，后輪以相同速度旋轉(zhuǎn)，但不提供動(dòng)力；四驅(qū)指車輛的前后輪均提供動(dòng)力。車輛的主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 道路滑行（風(fēng)阻、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等）

空氣阻力、滾動(dòng)阻力和傳動(dòng)系統(tǒng)阻力是車輛道路滑行阻力的主要組成部分，一般認(rèn)為車輛的道路滑行阻力與車速成二次函數(shù)關(guān)系，故采用最小二乘法對(duì)試驗(yàn)過程中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可得到該試驗(yàn)車輛的道路滑行阻力系數(shù)，本文所研究的五款車型道路滑行試驗(yàn)結(jié)果如表4和圖5所示。

通過道路滑行阻力曲線，可以發(fā)現(xiàn)3號(hào)SUV車型在低速條件下其阻力與其余四輛轎車相差不大，但隨著速度不斷提升，SUV車型的阻力增長幅度大于其余4款轎車。所以在低速段影響車輛滑行阻力的主要是車的滾動(dòng)阻力，主要和車的整備質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量有關(guān)。隨著速度的升高，風(fēng)阻的影響逐漸加大，迎風(fēng)面積越大，風(fēng)阻越大。

4.2 續(xù)航與電耗測試

按照續(xù)航測試方法進(jìn)行的常溫續(xù)駛里程測試與各車型NEDC工況常溫續(xù)駛里程結(jié)果對(duì)比，如圖6所示。

綜合結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，CLTC-P工況測試結(jié)果與NEDC工況測試結(jié)果較為接近，五輛車的偏差均在5 km以內(nèi)，換算成百分比如表5所示。

通過表格，可以看出，5款車型中2號(hào)車型偏差最大為1%，而其他四款車型偏差均保持在1%以內(nèi)，1號(hào)車型的結(jié)果偏差僅有0.2%。由此可見，對(duì)于純電動(dòng)汽車而言，CLTC-P與NEDC工況對(duì)其能量消耗率影響較小。

純電動(dòng)汽車的電耗與燃油車的油耗相對(duì)應(yīng)，直接決定著消費(fèi)者的用車經(jīng)濟(jì)性，也是衡量一輛電動(dòng)車的重要指標(biāo)，5輛車在中國工況下的常溫電耗水平，其結(jié)果如圖7所示。

本文所測試的5款車型，整備質(zhì)量從1 625 kg到1 742 kg，總體差異較小，但也基本代表了目前主流的家用電動(dòng)汽車的整備質(zhì)量范圍，從測試結(jié)果來看，5款車型的百公里電耗水平也較為接近，但由于受車輛外形、企業(yè)技術(shù)水平等因素的影響，百公里電耗測試結(jié)果也存在一定的差異性，例如車型4整備質(zhì)量為1 742 kg，其百公里電耗為13.27 kWh，而另外一款車型整備質(zhì)量為1 637 kg，但其百公里電耗為14.01 kWh，高于上一車型。從總體來看，整備質(zhì)量處于1 650 kg左右的純電動(dòng)汽車，百公里電耗水平基本處于15 kWh以內(nèi)。

本文的高溫續(xù)航與低溫續(xù)航測試結(jié)果是以常溫續(xù)航結(jié)果為參照，考察車輛續(xù)駛里程的衰減情況，所測試的五款車型結(jié)果如圖8所示。

低溫續(xù)航的下降率明顯高于高溫續(xù)航下降率，即低溫續(xù)駛里程比高溫續(xù)駛里程短。五輛車的高溫續(xù)航測試結(jié)果顯示，高溫開冷風(fēng)空調(diào)時(shí)續(xù)航下降率最高為22.7%，最低為5.3%，五輛車的平均值為13.24%；低溫浸車后在低溫下開暖風(fēng)時(shí)續(xù)航下降率最高的是46.4%，最低下降率為25.8%，平均下降率為36.2%。

可見，低溫浸車后在低溫下開暖風(fēng)對(duì)于續(xù)航影響最大，高溫開冷風(fēng)空調(diào)對(duì)于續(xù)航影響相對(duì)較小。在常溫下，車型1的續(xù)航409 km，相對(duì)于車型2的續(xù)航505 km，低了23.5%，但在同樣的低溫測試條件下，車型1的續(xù)航284.88 km，相對(duì)于車型2的續(xù)航273 km，反而高了4.17%。從消費(fèi)者角度購車參考看，對(duì)于處于常年溫度較低的北方用戶，在考慮續(xù)航條件選擇車型時(shí)，可以不只參考常溫續(xù)航，而考慮購買低溫續(xù)航表現(xiàn)更有優(yōu)勢的車型1。從企業(yè)技術(shù)水平角度看，相對(duì)于其他四款，車型5在高溫、低溫和高速下的能效水平都相對(duì)比較高。

本文在研究高、低溫續(xù)航之外，還在續(xù)航測試的同時(shí)，記錄了空調(diào)的制冷、制熱效率。對(duì)于高溫續(xù)航測試，要求記錄車內(nèi)溫度第一次達(dá)到25 ℃的時(shí)間；對(duì)于低溫續(xù)航測試，要求記錄車內(nèi)溫度第一次達(dá)到20 ℃的時(shí)間，測試結(jié)果如圖9所示。

針對(duì)五款正式測評(píng)車型，高溫續(xù)航測試時(shí)車內(nèi)達(dá)到要求溫度的時(shí)間從3 min到10 min不等，低溫續(xù)航時(shí)車內(nèi)達(dá)到要求溫度的時(shí)間從3.67 min到15 min不等，各車型空調(diào)性能差異較大，部分車型所配備的空調(diào)制熱效果明顯低于制冷效果。

4.3 表顯剩余續(xù)駛里程準(zhǔn)確度

表顯剩余續(xù)駛里程準(zhǔn)確度是在試驗(yàn)過程中，每完成一個(gè)中國工況循環(huán)，記錄一次儀表顯示的剩余里程，試驗(yàn)結(jié)束后，通過計(jì)算兩組散點(diǎn)的差異程度，即表顯剩余續(xù)駛里程準(zhǔn)確度。測試結(jié)果如圖10所示，車輛在常溫條件下的里程估計(jì)可以達(dá)到0.9以上，而在高溫條件下，各個(gè)車型的剩余里程估計(jì)準(zhǔn)確度有了不同程度的降低，低溫條件下多數(shù)車輛的剩余里程估計(jì)準(zhǔn)確較低，僅一款車型尚能維持在0.9以上。

圖11為某款EV的表顯剩余續(xù)駛里程與實(shí)際剩余續(xù)駛里程的差異情況。測試工況分別為常溫續(xù)航、高溫續(xù)航和低溫續(xù)航的測試工況。

該款車在常溫條件下剩余續(xù)駛里程估計(jì)準(zhǔn)確度較高，車輛啟動(dòng)后偏差絕對(duì)值最高，此時(shí)實(shí)際剩余續(xù)駛里程為505 km，表顯值為509 km，偏差4 km為真實(shí)值的0.8%；之后隨著里程增加，剩余里程估計(jì)值先是遠(yuǎn)離實(shí)際里程值，最后又逐漸逼近真實(shí)值，在行程三分之一處時(shí)偏差最大，估計(jì)值與真實(shí)值相差約為25 km；之后隨著SOC值的降低，估計(jì)值偏差絕對(duì)值逐步降低。

該款車在高溫條件下剩余續(xù)航里程估計(jì)準(zhǔn)確度較低，車輛啟動(dòng)后偏差絕對(duì)值最高，此時(shí)實(shí)際剩余續(xù)駛里程為433 km，表顯值為509 km，偏差76 km為真實(shí)值的17.6%；之后隨著里程增加，剩余里程估計(jì)值與真實(shí)值的絕對(duì)差異近乎持續(xù)減小，在最后一個(gè)完整循環(huán)結(jié)束時(shí)實(shí)際剩余續(xù)航為12.8 km，表顯值為0 km。

該款車在低溫條件下剩余續(xù)航里程估計(jì)準(zhǔn)確度很低，車輛啟動(dòng)后偏差絕對(duì)值最高，此時(shí)實(shí)際剩余續(xù)駛里程為271 km，表顯值為510 km，偏差239 km為真實(shí)值的88.2%；之后隨著里程增加，剩余里程估計(jì)值與真實(shí)值的絕對(duì)差異近乎持續(xù)減小，但相對(duì)偏差始終較高，在最后一個(gè)完整循環(huán)結(jié)束時(shí)，表顯剩余續(xù)航值為0 km，實(shí)際值為10 km。

通過測試結(jié)果可見，該款車無論在常溫、高溫還是低溫情況下，車輛啟動(dòng)后的表顯值均無明顯變化，都接近510 km，在行程推進(jìn)中，持續(xù)調(diào)整剩余里程估計(jì)值，但明顯在高溫和低溫下估計(jì)策略難度升高。

有車型在常溫、高溫和低溫下啟動(dòng)車輛時(shí)表顯續(xù)航并無變化，這里既有續(xù)航里程估計(jì)策略水平的原因，也同時(shí)是不同車企對(duì)于用戶心理的不同理解和認(rèn)知的體現(xiàn)。

5 結(jié)論

（1）電動(dòng)車在低速行駛的狀態(tài)下，具備較高的工作效率，同時(shí)受益于制動(dòng)能量回收功能，電動(dòng)車的CLTC-P與NDEC工況的常溫續(xù)航測試結(jié)果具有較高的一致性，偏差基本保持在1%以內(nèi)。

（2）在CLTC-P工況下，低溫環(huán)境內(nèi)，續(xù)駛里程一般只能保持常溫續(xù)駛里程的63.8%左右；相比于低溫條件，高溫續(xù)航結(jié)果較好，能保持常溫續(xù)駛里程結(jié)果的87%左右。

（3）CLTC-P工況下，常溫環(huán)境的表顯剩余里程結(jié)果較好，大多數(shù)車輛的準(zhǔn)確性能達(dá)到0.95以上；高溫環(huán)境的表顯剩余里程準(zhǔn)確性有所降低，但有半數(shù)車輛還能保持在0.9以上；低溫條件下，僅有一款車型保持在0.99，多數(shù)車輛則處于0.2以下，甚至出現(xiàn)負(fù)值，這表明電動(dòng)汽車在低溫環(huán)境下，表顯剩余里程準(zhǔn)確度普遍較低，參考性不足。