基于性能帶寬理論的純電SUV經(jīng)濟性趨勢預(yù)測

張敬文 蔡杭 周恭帥 姚依明

（1.重慶金康賽力斯新能源汽車設(shè)計院有限公司,重慶 401135；2.重慶理工大學(xué),重慶 400054）

主題詞：純電動汽車 經(jīng)濟性 性能帶寬 目標設(shè)定

1 前言

在全球經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，新能源汽車也作為全球各國的核心發(fā)展戰(zhàn)略被有效應(yīng)用，其全球范圍的布局與投入正在逐漸擴大[1]。我國新能源汽車在全球市場的占有率越來越高[2]。從2017起，我國新能源汽車銷量在全球新能源汽車銷量中的占比已經(jīng)超過了46%。到2019年上半年，銷量已經(jīng)達到58.5萬臺，全球占比58.5%。預(yù)計到2025年，新能源汽車在全球乘用車銷量中的占比將達到20%，而到2040年，將達到57%[3]。

就純電動SUV而言，2017年上半年的申報數(shù)量僅為21款，而到2019年上半年的申報數(shù)量已經(jīng)激增至239款。新能源汽車市場的不斷擴大以及企業(yè)產(chǎn)品投放速度的增加加速了產(chǎn)品的迭代[4]。此外，近幾年造車新勢力崛起和國外主機廠的新能源布局，更加沖擊了國內(nèi)的新能源汽車行業(yè)，讓整個市場競爭變得更為激烈[5]。純電動汽車經(jīng)濟性指標主要評估電耗、總續(xù)航里程等，直接體現(xiàn)了車輛運行需要消耗的成本及使用限值[6]。隨著當前汽車市場的衰退以及后補貼時代的到來，企業(yè)正不斷尋求最優(yōu)的出行解決方案從而更好的滿足市場和客戶的需求[7]。對于純電動汽車，如何制定更加合理的整車經(jīng)濟性目標，指導(dǎo)企業(yè)未來車型的開發(fā)，會顯得更加重要。

2 競爭策略及帶寬理論

2.1 整車性能競爭策略

整車性能競爭策略是體現(xiàn)整車多個維度的性能在同級別競品車型中需要達到的競爭力水平。其定義了4個等級，如圖1所示。根據(jù)多個車型性能水平從差到好的正態(tài)分布，性能水平處于最好的前10%則定義為行業(yè)領(lǐng)先，性能水平處于較好的前20%則定義為行業(yè)前列，性能水平處于中間的40%則定義為具有競爭力，性能水平處于較差的后30%則定義為不具有競爭力。

圖1 整車性能競爭策略

2.2 整車性能帶寬

整車性能帶寬是整車性能競爭策略4個等級的數(shù)值體現(xiàn)，它規(guī)定了各分布區(qū)域的邊界線。其中極大型性能目標表現(xiàn)為數(shù)值越大則性能越優(yōu)，極小型性能目標表現(xiàn)為數(shù)值越小則性能越優(yōu)。假定x個競品車某項性能的數(shù)值表現(xiàn)為Px，則極大型范圍帶W+和極小型范圍帶W-可分別表示為：

式（1）和式（2）中：Pˉ為x個競品車中的性能平均值；Pmax為x個競品車中的性能最大值；Pmin為x個競品車中的性能最小值。

根據(jù)圖1的邊界劃分定義可知：

式中:U為不具有競爭力上邊界；Cb為具有競爭力下邊界；Ct為具有競爭力上邊界；Ab為行業(yè)前列下邊界；At為行業(yè)前列上邊界，L為行業(yè)領(lǐng)先下邊界。

根據(jù)圖1的邊界占比劃分定義，極大型不具有競爭力U+可表示為：

極小型不具有競爭力U-可表示為：

將（1）式代入（6）式，（2）式代入（7）式，則U+和U-可以簡化為：

如競品車性能數(shù)據(jù)量較大，常采用等區(qū)間統(tǒng)計法來評估某一區(qū)間的個數(shù)，假定某一批競品車某項性能數(shù)值共分為n個區(qū)間，起始區(qū)間的最大值為Ps,等區(qū)間跨度為R，每個區(qū)間的個數(shù)為Qi。則區(qū)間的總個數(shù)Qsum可表示為：

第m個區(qū)間數(shù)量占總數(shù)量的比例 fm可表示為：

第m個區(qū)間累計比例 fms可表示為：

第m-1個區(qū)間累計比例f(m-1)s可表示為：

同樣根據(jù)圖2的邊界占比劃分定義并采用插值法進行計算，帶寬上邊界B可表示為：

此時 fms≥ fc且 f(m-1)s＜ fc。

式中：fc為帶寬的計算比例常數(shù)。當B=U+時，fc=0.3；當 B=U-時，fc=0.7；當 B=時，fc=0.7；當 B=時，fc=0.3；當B=時，fc=0.9；當 B=時，fc=0.1。

將式（14）、式（15）、式（16）、式（17）代入式（18）中并簡化，則B可以表示為：

對于未來某個周期T的帶寬BT趨勢預(yù)測，可引入修正系數(shù)k或者修正量⊿進行計算。

當趨勢為指數(shù)變化時，

當趨勢為線性變化時，

一般而言，對于簡單羅列的少量競品車性能數(shù)據(jù)，可直接采用式（8）～（13）進行計算。而對于區(qū)間統(tǒng)計類的大量競品車性能數(shù)據(jù)，則采用式（19）進行計算更為方便，以下以純電動SUV經(jīng)濟性參數(shù)進行分析。

3 純電動SUV經(jīng)濟性趨勢分析

3.1 續(xù)航里程

圖2為工信部公布的2017年上半年至2019年上半年新能源推薦目錄中純電動SUV續(xù)航里程d的分布圖。可以看出，d在數(shù)量和數(shù)值上具有隨年度明顯增加的趨勢。2017年上半年，d主要集中在200～300 km，數(shù)量為13款車型。到2019年上半年，d主要集中在300～500 km，其中300～400 km數(shù)量為108款車型，400～500 km數(shù)量為104款車型。

圖2 2017～2019上半年純電動SUV續(xù)航里程d分布

根據(jù)圖2的區(qū)間劃分，并按式（19）計算d的帶寬分布如圖3所示。可以看出，d的帶寬區(qū)間值具有隨年度明顯提高的趨勢。其中續(xù)航里程不具競爭力上邊界從2017年上半年的210 km提高至2019年上半年的353 km，續(xù)航里程具有競爭力上邊界從2017年上半年的275 km提高至2019年上半年的443 km，續(xù)航里程行業(yè)前列上邊界從2017年上半年的330 km提高至2019年上半年的489 km。按照線性擬合可分別計算出每半年d的修正量。其中的修正量 ΔdU=41.66 km，的修正量 ΔdC=42.71 km，的修正量ΔdA=46.38 km。

圖3 2017～2019上半年純電動SUV續(xù)航里程d帶寬

3.2 電池包能量密度

圖4為2017年上半年至2019年上半年工信部公布的新能源推薦目錄中純電動SUV電池包能量密度ρ的分布圖。可以看出，ρ在數(shù)量和數(shù)值上具有隨年度明顯增加的趨勢。2017年上半年，ρ主要集中在120～140 W·h/kg，數(shù)量為10款車型。到2019年上半年，ρ主要集中在140～160 W·h/kg，數(shù)量為152款車型，同時160～180 W·h/kg區(qū)間的數(shù)量已經(jīng)有42款車型。

圖4 2017～2019上半年純電動SUV能量密度ρ分布

根據(jù)圖4的區(qū)間劃分，并按式（19）計算的ρ帶寬分布如圖5所示。可以看出，ρ的帶寬區(qū)間值具有隨年度明顯提高的趨勢。其中能量密度不具競爭力上邊界從2017年上半年的109 W·h/kg提高至2019年上半年的144 W·h/kg，能量密度具有競爭力上邊界從2017年上半年的131 W·h/kg提高至2019年上半年的157 W·h/kg，能量密度行業(yè)前列上邊界從2017年上半年的140 W·h/kg提高至2019年上半年的170 W·h/kg。按照線性擬合可分別計算出每半年的ρ修正量。其中的修正量 ΔρU=8.2 W·h/kg，的修正量 ΔρC=7.1 W·h/kg，的修正量 ΔρA=8.0 W·h/kg。

圖5 2017～2019上半年純電動SUV能量密度ρ帶寬

3.3 百公里電耗

圖6為2017年上半年至2019年上半年工信部公布的新能源推薦目錄中純電動SUV百公里電耗E的分布圖。由于電耗與整車重量相關(guān)，為了更加直觀評估電耗的趨勢，采用式（22）計算的比電耗e來衡量電動車的能耗水平更為科學(xué)。

式中：M為車輛的整備質(zhì)量。

圖6 2017～2019上半年純電動SUV百公里電耗E分布

根據(jù)式（22）計算的2017年上半年至2019年上半年純電動SUV e的分布圖如圖7所示。

圖7 2017～2019上半年純電動SUV比電耗e分布

可以看出，e在數(shù)值上具有隨年度緩慢減小的趨勢，且低比電耗區(qū)間的數(shù)量在不斷增加。區(qū)間為0.85～1.00 kW·h/100 km/100 kg的車型數(shù)量從2017年上半年的2款車型增加到2019年上半年的52款車型。

根據(jù)圖7的區(qū)間劃分，并按式（19）計算的e帶寬分布如圖8所示。可以看出，e帶寬區(qū)間值具有隨年度明顯減小的趨勢。其中比電耗不具競爭力上邊界從2017年上半年的1.03 kW·h/100 km/100 kg降低至2019年上半年的0.94 kW·h/100 km/100 kg，比電耗具有競爭力上邊界從2017年上半年的0.90 kW·h/100 km/100 kg降低至2019年上半年的0.86 kW·h/100 km/100 kg，比電耗行業(yè)前列上邊界從2017年上半年的0.83 kW·h/100 km/100 kg降低至2019年上半年的0.76 kW·h/100 km/100 kg。按照線性擬合可分別計算出每半年的e修正量，其中的修正量ΔeU=-0.0201 kW·h/100 km/100 kg，的修正量 ΔeC=-0.0124 kW·h/100 km/100 kg，的修正量 ΔeA=-0.0168 kW·h/100 km/100 kg。

圖8 2017～2019上半年純電動SUV比電耗e帶寬

4 純電動SUV經(jīng)濟性趨勢預(yù)測

通過帶寬進行經(jīng)濟性目標設(shè)定時需要結(jié)合現(xiàn)行和未來可能執(zhí)行的法規(guī)或行業(yè)標準，如純電動汽車在2019年的補貼標準中對E有明確要求，GB/T 36980—2018規(guī)定了電動車E第一階段和第二階段的限值[8]，工信部在2019年公布了《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》修正案的征求意見稿等[9]。通常企業(yè)在設(shè)定性能目標時，不會將目標置于U的區(qū)間，而L、A和C帶寬的性能要求一般高于行業(yè)和國家標準。

根據(jù)以上分析結(jié)果，對純電SUV在2021年上半年進行公報申報的經(jīng)濟性參數(shù)進行預(yù)測。基于2019年上半年的帶寬分析結(jié)果，每半年取一個周期，則計算周期T=4，此時的經(jīng)濟性目標帶寬可通過式（21）進行計算，結(jié)果如表1所示。

表1 2021上半年純電SUV經(jīng)濟性參數(shù)帶寬預(yù)測

5 結(jié)論

本文提出了一種整車性能競爭策略和性能帶寬理論。基于該理論分析了2017至2019年上半年的純電動車SUV申報的經(jīng)濟性目標趨勢和帶寬，同時對2021年上半年申報的經(jīng)濟性目標帶寬進行了預(yù)測。該理論可拓展到其他極大型和極小型性能目標的帶寬預(yù)測，對汽車企業(yè)設(shè)定整車性能目標具有現(xiàn)實的借鑒和指導(dǎo)意義。