新能源商用車?yán)m(xù)航能力分析

潘濤 石勝文 丁子揚(yáng) 黃施瀅 李千帆

摘要：新能源商用車作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要運(yùn)輸工具，其續(xù)航能力受眾多因素影響，是目前汽車行業(yè)重點(diǎn)的研究方向。針對(duì)幾款新能源輕卡的續(xù)航能力進(jìn)行風(fēng)阻、能量回收、附件功耗、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率以及駕駛模式的分析，得出結(jié)果以上因素均會(huì)影響續(xù)航能力，并提出在原貨箱的基礎(chǔ)上優(yōu)化導(dǎo)流罩、采用光板、增加側(cè)裙板、匹配離地高度低于3 000 mm的貨箱或正確使用EBP駕駛模式等來(lái)提升續(xù)航能力。

關(guān)鍵詞：新能源商用車；續(xù)航能力；能量回收

中圖分類號(hào)：U469? 收稿日期：2023-10-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.02.007

1 前言

隨著汽車技術(shù)的成熟和環(huán)境污染、能源緊缺問(wèn)題的出現(xiàn)，新能源汽車已成為未來(lái)汽車的發(fā)展方向。我國(guó)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》等政策的頒布，推動(dòng)了新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，加快了建設(shè)汽車強(qiáng)國(guó)的步伐。根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2022年新能源汽車產(chǎn)銷分別完成705.8萬(wàn)輛和688.7萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)96.9%和93.4%。其中新能源乘用車產(chǎn)銷分別完成671.6萬(wàn)輛和654.9萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)97.77%和94.26%；新能源商用車產(chǎn)銷分別完成34.2萬(wàn)輛和33.8萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)81.84%和78.89%?？梢?jiàn)，新能源商用車作為與經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密聯(lián)系的交通運(yùn)輸工具，具有廣闊的發(fā)展前景[1]。

我國(guó)新能源汽車生產(chǎn)和發(fā)展起步較晚，在研發(fā)、生產(chǎn)和使用過(guò)程中，續(xù)航里程短、充電設(shè)施建設(shè)不完善、充電時(shí)間長(zhǎng)、價(jià)格高等瓶頸問(wèn)題還需突破[2]。其中，續(xù)航能力問(wèn)題尤為突出。由于行駛工況、電池性能等多種原因，導(dǎo)致實(shí)際續(xù)航里程無(wú)法達(dá)到理論續(xù)航里程，極大限制了汽車出行的距離。影響續(xù)航里程的因素主要有汽車設(shè)計(jì)導(dǎo)致的阻力（車身重量、迎風(fēng)面積、輪胎滾動(dòng)、空氣阻力、地面坡度、車輛加速度等）[3-5]、電池性能[6]、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率[3]、能量回收[6]、附件配置能耗[7]、行駛工況[8]等，新能源商用車還應(yīng)考慮到駕駛模式。

因此，針對(duì)幾款新能源輕卡的續(xù)航能力進(jìn)行風(fēng)阻、能量回收、附件功耗、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率以及駕駛模式的分析，確定產(chǎn)生續(xù)航里程差異較大的原因，并提出可行性建議。

2 實(shí)際工況模擬電耗測(cè)試

選取3款配置參數(shù)相近、車況穩(wěn)定的新能源輕卡作為測(cè)試車輛。測(cè)試車輛參數(shù)如表1所示。

2.1 測(cè)試一

對(duì)車型A與車型B的續(xù)航能力進(jìn)行測(cè)試。其中86%的行駛工況為高速工況。由表2可知，車型A的續(xù)航里程在150 km左右，車型B里程在140 km左右，相差10 km左右；車型B的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率較車型A低約1.5%。

2.2 測(cè)試二

針對(duì)車型B與車型C的續(xù)航能力進(jìn)行測(cè)試。其中81%的行駛工況為高速工況。由表3可知車型B的續(xù)航里程在140 km左右，車型C的續(xù)航里程在170 km左右，相差30 km左右。

3 影響續(xù)航能力分析

3.1 風(fēng)阻分析

車型C的貨箱體高出導(dǎo)流罩頂部250 mm，車型A貨箱體高出導(dǎo)流罩頂部350 mm，車型B的貨箱體高出導(dǎo)流罩頂部400 mm。圖1和圖2為三款新能源輕卡貨箱體正視圖和側(cè)視圖，車型從左至右分別為車型C、車型A和車型B。從汽車外形明顯看出車型B貨箱體高出導(dǎo)流罩頂部部分較多。從圖中可看出車型A和車型B無(wú)側(cè)裙板，貨箱為瓦楞板結(jié)構(gòu)；車型C帶有側(cè)裙板，貨箱為光板結(jié)構(gòu)，且貨箱與駕駛室距離小。

對(duì)整車不同箱體風(fēng)阻系數(shù)進(jìn)行仿真，三款車型將分別匹配不同結(jié)構(gòu)的貨箱，如圖3所示。仿真結(jié)果如表4所示，70 km/h情況下，序號(hào)1、序號(hào)2對(duì)比，貨箱增加瓦楞結(jié)構(gòu)比光板結(jié)構(gòu)整車阻力增大約7.7%；序號(hào)3與序號(hào)2方案對(duì)比，車型B有瓦楞貨箱比車型A整車阻力增大約36.6%；序號(hào)2、序號(hào)4與序號(hào)5方案對(duì)比，車型A、車型B無(wú)瓦楞貨箱比車型C整車阻力增大較為明顯，分別增加21.6%及56.6%。

如圖4所示，序號(hào)1、序號(hào)2方案駕駛室與貨箱間阻力曲線上升明顯，說(shuō)明車頭與貨箱的匹配度較差，具體在于導(dǎo)流罩與貨箱高度嚴(yán)重不匹配；序號(hào)3、序號(hào)4方案阻力發(fā)展曲線基本相當(dāng)，無(wú)明顯差異。

如圖5所示，序號(hào)3、序號(hào)4方案貨箱前端正壓較明顯，是阻力系數(shù)較大的主要原因；序號(hào)1、序號(hào)5方案貨箱前端正壓面積明顯比序號(hào)3、序號(hào)4方案小，但正壓仍比較明顯，主要原因是導(dǎo)流罩寬度仍不夠，序號(hào)1比序號(hào)5方案正壓面積略大。

如圖6所示，序號(hào)3、序號(hào)4方案流過(guò)頂導(dǎo)流罩沖擊貨箱前端較為明顯，與整車壓力云圖及阻力發(fā)展曲線圖相對(duì)應(yīng)；序號(hào)1、序號(hào)5較序號(hào)3、序號(hào)4方案氣流導(dǎo)向改善明顯，但仍有一定的優(yōu)化空間（貼體流動(dòng)狀態(tài)最優(yōu)）。

總體而言，車型B迎風(fēng)面積大，貨箱高，整體風(fēng)阻大，高速工況風(fēng)阻明顯大于車型C，是造成續(xù)航里程短的主要原因之一。

3.2 能量回收和附件配置能耗分析

由表5可以看出，車型A和車型B在能量回收上總體與車型C相差不大。高速工況下的能量回收較少。車型A和車型B在空調(diào)等附件配置能耗上比車型C大。如按3 h的行駛時(shí)間計(jì)算，預(yù)計(jì)將造成2～3 km續(xù)航里程的損失。

3.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率分析

對(duì)三款車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率分析，等速工況下三款車的電機(jī)工作效率如表6所示。車型C電機(jī)工作效率與車型A相當(dāng)，車型B電機(jī)工作效率相對(duì)于車型C、車型A分別差1%、2%左右。由圖7、圖8、圖9的工況散點(diǎn)圖對(duì)比得知，時(shí)速80 km/h以上的高速工況下，車型B驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率相對(duì)于車型A直驅(qū)低2%左右，預(yù)計(jì)造成3 km續(xù)航損失。

3.4 駕駛模式對(duì)比

車型B配備有EBP開關(guān)，可以根據(jù)不同路況、載重量自由選擇三種電機(jī)狀態(tài)模式（E-經(jīng)濟(jì)模式，B-標(biāo)準(zhǔn)模式，P-動(dòng)力模式），使電機(jī)保持在最優(yōu)化的能耗狀態(tài)下運(yùn)行，從而達(dá)到降低能耗目的，通常E、B、P分別應(yīng)用于空載、半載、滿載工況。對(duì)車型B在高速工況下分別對(duì)B駕駛模式和P駕駛模式進(jìn)行分析。由表7可知，B模式和P模式經(jīng)濟(jì)性基本相同。

3.5 分析結(jié)果

車型B與車型A相比，車型B風(fēng)阻較大，預(yù)計(jì)造成6 km續(xù)航損失；車型B驅(qū)動(dòng)效率偏低2%，預(yù)計(jì)造成3 km續(xù)航損失。

車型B車型與車型C相比，車型B整車阻力較大，預(yù)計(jì)造成24 km續(xù)航損失；車型B驅(qū)動(dòng)效率偏低2%，預(yù)計(jì)造成3 km續(xù)航損失；車型B空調(diào)能耗較大，預(yù)計(jì)造成3 km續(xù)航損失。

4 續(xù)航能力提升建議

4.1 改進(jìn)汽車外形設(shè)計(jì)

如圖4所示，可以發(fā)現(xiàn)貨箱離地高度3 100 mm時(shí)，風(fēng)阻在貨箱前端上升明顯，故針對(duì)現(xiàn)生產(chǎn)的導(dǎo)流罩，建議匹配離地高度不高于3 000 mm的貨箱，盡量匹配標(biāo)載箱（2 100 mm×2 100 mm），否則需重新匹配導(dǎo)流罩。此外，貨箱由瓦楞板改用光板，增加側(cè)裙板，最大限度提升續(xù)航。

在不改變貨箱的前提下，優(yōu)化導(dǎo)流罩。導(dǎo)流罩優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對(duì)比如表8所示，外形對(duì)比如圖10所示。車型B導(dǎo)流罩優(yōu)化后，在載重多出0.5 t的情況下，續(xù)航里程提升10 km左右，全高速工況空載電耗下降7.2%，帶載工況電耗下降8.22%，如圖11所示。

4.2 EBP模式使用建議

高速工況下，建議使用B模式或P模式。城市工況下，載重小于5 t時(shí)，建議優(yōu)先使用E模式；載重在5 t～7 t之間，建議使用B模式；載重大于7 t時(shí)，建議使用P模式。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析三款車型可能影響續(xù)航能力的因素，結(jié)果得出：由于汽車外形設(shè)計(jì)引起的風(fēng)阻、能量回收、附件功耗、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率以及駕駛模式都會(huì)引發(fā)續(xù)航里程短的問(wèn)題。本文提出在原貨箱的基礎(chǔ)上優(yōu)化導(dǎo)流罩、采用光板、增加側(cè)裙板，或匹配離地高度低于3 000 mm的貨箱，以及正確使用EBP駕駛模式來(lái)提升整車?yán)m(xù)航能力，為新能源商用車后續(xù)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。隨著國(guó)家政策的扶持和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，新能源商用車將會(huì)更快、更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳一鳴.東風(fēng)輕型商用車河南市場(chǎng)營(yíng)銷策略優(yōu)化研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2022.

[2]李鴻，王建宏.純電動(dòng)汽車未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的探討[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（20）：155-156.

[3]王津.電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的研究分析與優(yōu)化[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2022，47（23）：12-18.

[4]孫環(huán)，蹇偉國(guó).低碳環(huán)境下電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力的提升[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（5）：34.

[5]黎偉爍.純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力提升的探討[J].中關(guān)村，2023（3）：102-103.

[6]常江雪.電動(dòng)汽車動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀及能量消耗影響因素研究[J].汽車工業(yè)研究，2021（3）：40-42.

[7]胡春紅.純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力的提高途徑[J].時(shí)代汽車，2017（12）：25+27.

[8]任曉兵，周云龍.純電動(dòng)汽車行駛里程的影響因素及提升措施[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2020，10（8）：87-88.

作者簡(jiǎn)介：

潘濤，男，1988年生，工程師，研究方向?yàn)槠囋囼?yàn)技術(shù)。