滑行法和查表法對續航里程的影響

楊凡 馬艷飛 陳石人

摘 要：目前，響應國家節能減排的國家戰略，電動汽車飛速發展，但是電池包能量密度遠低于汽油，新能源車的續航里程普遍較燃油車偏低，故續航里程是新能源開發中的一個難題。在續航里程測試過程中，道路滑行曲線是最大的影響因素。目前新能源電動汽車正在實施的標準是GB T 18386-2017《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法》，該標準使用滑行法和查表法進行測試，滑行法和查表法得到的整車阻力存在較大的差異，故對于續航里程也有較大差異。文章利用試驗的方法對比滑行和查表法的續航里程，找到兩種整車阻力續航方法的續航差異，指導整車續航里程開發。

關鍵詞：滑行曲線;查表法;滑行法;能量消耗率

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）09-182-07

The Effect Of Coast Method And Look-up Table Method On Mileage

Yang Fan， Ma Yanfei， Chen Shiren

（WM Motor Technology Group Company Limited， Sichuan Chengdu 610100）

Abstract：?At present， in response to the national strategy of energy conservation and emission reduction， electric vehicles are developing rapidly， but the energy density of battery pack is far lower than that of gasoline， and the mileage of new energy vehicles is generally lower than that of fuel vehicles， so the mileage is a difficult problem in the development of new energy. In the course of mileage test， coast curve is the most important factor. At present， the standard that new energy electric vehicles are according to《GB T 18386-2017 test method for energy consumption rate and driving range of electric vehicles》. This standard uses the coast method and the look-up table method to test. The resistance of the whole vehicle obtained by the coast method and the look-up table method is quite different， so the driving range is also quite different. The test method is used to compare the endurance mileage of taxiing and table checking method， find the difference between the two vehicle resistance methods， and guide th development of vehicle mileage.

Keywords： Coast Down Cruve; Look-up Table Method; Coast Method; Energy Consumption Rate

CLC NO.：?U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）09-182-07

前言汽車在不同環境條件的道路上行駛，根據道路行駛狀況評定汽車的技術性能是最符合實際、最可靠、最基本的評定方法。但是道路試驗受到道路條件、風速、風向和環境條件等影響，這些因素可控性差，還需要按規定條件選用和建造專門的道路，使得人力、物力消耗比較大，且不安全。底盤測功機能模擬汽車在道路上的行駛狀況，可以借助輔助設備測汽車的動力性、燃油經濟性、汽車排放污染物等，克服了道路試驗的一些缺點。底盤測功機的阻力設定對汽車的動力性、燃油經濟性、汽車排放污染物等會造成重大影響，而實際影響因素是汽車在轉鼓上行使的總阻力。本文從查表法和擬合滑行法人手，探討量慣量的變化對汽車在轉鼓上行駛的總阻力、轉鼓設定阻力的影響。

目前在中國電動汽車續航里程開發和公告過程中，存在兩種整車阻力測試方法：道路滑行法和查表法。滑行法較接近真實的整車阻力，而查表大部分企業有試驗場條件的情況都會使用道路滑行法測試整車阻力。但是GB T 18386- 2017《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法》允許滑行法和查表法進行測試續航里程。在許多研究機構在測試NEDC工況中，都允許使用查表法，在等速續航過程中推薦使用查表法。故兩種整車阻力測試方法都是合理，對比兩種阻力測試方法對于續航里程的影響具有很實際的現實意義。

1 試驗車輛

針對一款新能源汽車，車輛信息如下表1所示。車型4×2前橫置前驅、五門五座SUV，承載式車身結構、匹配單級減速器。

2?滑行曲線

2.1 查表法

通過查表法《GB 18352.5-2013 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》表C.1，基準質量為1930kg。

2.2 滑行法

2.2.1 參考標準

GB/T 12534-1990 汽車道路試驗方法通則

GB/T 12536-2017汽車滑行試驗方法

GB 18352.5-2013 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）

ETA-HTP01 2008 Implementation of SAE Standard J2263 “Road Load Measurement Using Onboard Anemometry and Coast-down Techniques

SAE J1263 Road Load Measurement And Dynamometer Simulation Using Coast-down Techniques

SAE J2263 Road Load Measurement Using Onboard Anemometry and Coast-down Techniques

2.2.2 試驗條件

2.2.2.1?環境條件

試驗大氣溫度為24.8℃;大氣壓力為95.3kPa;高于路面0.7m處的平行風速0.8m/s，陣風風速小于5m/s;相對濕度73.1%。

2.2.2.2?道路條件

路面堅硬、平直、干凈、干燥、具有良好的附著系數。測量區的坡度為0%，加速區的縱向坡度不超過4%。

為了減少路面坡度、風速、風向的影響，試驗在試驗跑道的兩個方向上進行。

2.2.2.3?車輛條件

車輛在試驗前進行必要的里程累積與例行保養;

整車道路試驗測試系統及其他必須設備的安裝不得妨礙車輛操作或改變車輛運行特征;

車上的照明、信號裝置以及輔助設備關閉，除非試驗場和車輛運行對這些裝置有要求;

試驗車輛應保持清潔，試驗時試驗車輛窗戶必須關閉;

試驗前檢測前/后胎壓2.4Bar。

2.2.3 試驗矩陣

2.2.3.1?速度區間

試驗車輛從120km/h空檔滑行至停車，根據試驗跑道的滑行測量區長度，將試驗車輛空載的速度區間分為4段滑行。表4速度區間劃分。

2.3 車輛載荷

試驗車輛整備質量為1830kg，滑行試驗質量為1930kg（整備質量+100kg），在道路進行滑行試驗。

2.4?試驗方法

根據表4劃分的速度區間，進行空檔道路滑行試驗，同等載荷條件下正反方向各進行一次滑行，記為1組試驗，每個速度區間連續完成3組及以上有效試驗。

2.5 數據處理和篩選

以樣車125-115km/h速度區間的數據為例來說明數據處理方法以及數據接受條件校驗方法。

首先，求得每次試驗對應速度區間（125-115km/h）的滑行時間，并進行升序排列。

按照滑行時間長短將兩次試驗合并為一組，方法是滑行時間最長和最短的合并，次長和次短合并，以此類推，形成新的序列，并求取每組的平均滑行時間。

根據表6中各組平均滑行時間，選取最為接近的三組及以上數據，計算標準偏差（s）和統計準確度（p）如表6所示：

標準偏差（s）和統計準確度（p）的計算方法如下：

（1）取各組試驗的平均滑行時間Ti，計算平均值：

（2）計算標準偏差：

（3）計算統計準確度：

上述三個等式中：

t：表7給定的系數

s：標準偏差

n：試驗組數

表7統計準確度查詢表：

計算結果表明，選取的10組試驗統計準確度（p%）不超過2%，符合要求。同理，可以得到其余10個速度區間對應的試驗數據篩選及數據接受條件校驗結果。

篩選出符合要求的試驗數據后，對應每組數據都有相應的時間-車速數列，求導可得相應的車速-車輛減速度數列，車輛減速度與慣量之積，即為車輛的滑行阻力，車速和對應的滑行阻力會組成新的數列。對每個速度區間的幾組數據的滑行阻力求取均值并將四個速度區間進行連接，即形成最終連續的車速120-10km/h的滑行阻力數據。表9速度區間120-?10km/h滑行阻力數據。

2.6 滑行阻力測試結果

通過二次函數擬合得到的試驗數據，即可求得車輛空載道路滑行阻力與車速的變化關系及系數A、B、C。

車輛道路滑行阻力與車速的變化關系為：

F = 0.0394v²-0.1816v +99.267

其中：

F為車輛道路滑行阻力，單位N;

v為車速，單位km/h。

系數A、B、C分別為：

A=99.267;

B=-0.1816;

C=0.0394。

2.7?小結

試驗報告對車輛滑行阻力試驗數據的處理方法以及數據接受條件校驗方法進行了介紹，篩選出了符合要求的試驗數據。

對試驗數據進行了二次曲線擬合，得到了車輛空載道路滑行阻力與車速的變化關系式系數A、B、C分別為：A=?99.267;B=-0.1816;C=0.0394。

試驗根據《GB 18352.5-2013 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》附件CH規定方法進行修正，修正得到車輛空載道路滑行阻力與車速的變化關系式系數A、B、C分別為：A=103.72;B=-0.2160;C=0.0419。

2.8 滑行法和查表法曲線對比

對比滑行法和查表法曲線對應阻力的大小。

通過上圖對比發現滑行法曲線在低速（0-70km/h）整車阻力比查表法大。在高速（70-120km/h）滑行法阻力比查表法阻力小。故無法從滑行阻力直接預測整車續航的長短。

3 試驗結果的分析

3.1 滑行法和查表法續航對比

3.1.1 扭矩和電池包輸出功率對比

紅色信號是查表法續航試驗數據、綠色信號是道路滑行法續航試驗數據。對比城市工況和市郊工況的扭矩輸出和回收。

通過數據對比發現：

（1）城市工況（UDC）查表法續航試驗輸出的扭矩小于滑行法續航試驗輸出扭矩。

是因為在城市工況下（即車速小于60kph），滑行法的整車阻力大于查表法，滑行法車輛需要克服的阻力大于查表法;

（2）市郊工況（EUDC）查表法續航試驗輸出的扭矩大于滑行法續航試驗輸出扭矩。

是因為在城市工況下（即車速大于60kph），滑行法的整車阻力小于查表法，滑行法車輛需要克服的阻力小于查表法;

（3）滑行法和查表法整車續航試驗過程中回收扭矩相差不大。

紅色信號是查表法續航試驗數據、綠色信號是道路滑行法續航試驗數據。對比城市工況和市郊工況的功率輸出和回收。

（1）城市工況（UDC）查表法續航試驗輸出的功率小于滑行法續航試驗輸出功率。

是因為在城市工況下（即車速小于60kph），滑行法的整車阻力大于查表法，滑行法車輛需要克服的功率大于查表法。

（2）市郊工況（EUDC）查表法續航試驗輸出的功率大于滑行法續航試驗輸出功率。

是因為在城市工況下（即車速大于60kph），滑行法的整車阻力小于查表法，滑行法車輛需要克服的功率小于查表法。

（3）滑行法和查表法整車續航試驗過程中回收功率相差不大。

紅色信號是查表法續航試驗數據、綠色信號是道路滑行法續航試驗數據。對比城市工況和市郊工況的正向輸出能量E。

式中：

Cur——電池包輸出電流，A

Vol——電池包電壓，V

注：abs為絕對值公式。

（1）城市工況（UDC）查表法續航試驗正向輸出能量為0.1653kWh，滑行法續航試驗正向輸出能量為0.1710kWh。每個城市工況查表法正向輸出的能量比滑行法正向輸出能量少0.0057kWh。每個NEDC循環有4個城市工況正向輸出能量少0.0057*4=0.0228kWh。

（2）市郊工況（EUDC）滑行法續航試驗正向輸出能量為1.143kWh，查表法續航試驗正向輸出能量為1.225kWh。每個市郊工況查表法正向輸出的能量比滑行法正向輸出能量多0.082kWh。

（3）每個NEDC包含4個城市工況、1個市郊工況。查表法正向輸出的能量比滑行法正向輸出能量多0.0592kWh。

紅色信號是查表法續航試驗數據、綠色信號是道路滑行法續航試驗數據。對比城市工況和市郊工況的負向回收能量Ere。

式中：

Cur——電池包輸出電流，A

Vol——電池包電壓，V

注：abs為絕對值公式。

（1）城市工況（UDC）查表法續航試驗負向回收能量為0.06315kWh，滑行法續航試驗負向回收能量為0.05889?kWh。每個城市工況查表法負向回收的能量比滑行法負向回收能量少0.00574kWh。每個NEDC循環有4個城市工況負向回收能量少0.00574*4=0.02296kWh。

（2）市郊工況（EUDC）滑行法續航試驗負向回收能量為0.2607kWh，查表法續航試驗負向回收能量為0.2424kWh。每個市郊工況查表法負向回收的能量比滑行法負向回收能量多0.0183kWh。

（3）每個NEDC包含4個城市工況、1個市郊工況。查表法正向輸出的能量比滑行法正向輸出能量少0.00466kWh。每個循環回收能量相差不大。

（4）每個NEDC循環電池包查表法輸出能量比滑行法多（0.00466+0.0592）=0.05454kWh。

滑行法續航里程346.9km，查表法續航里程339.4km?；蟹ū炔楸矸ɡ锍潭?.5km。

4?結束語

通過NEDC續航過程中的扭矩、功率、輸出能量、回收能量等信息對比，可以得出以下結論支持續航開發：

（1）在NEDC過程中低速UDC工況，查表法續航里程能耗較低。

（2）在NEDC過程中高速EUDC工況，滑行法續航里程能耗較低。

（3）在滑行法和查表法續航過程中電機回收能量相差不大。

（4）通過查表法和滑行法整車阻力，低速（0-70km/h）下查表法整車阻力小于滑行

法整車整車阻力。

（5）通過查表法和滑行法整車阻力，高速（70-120km/h）下查表法整車阻力大于滑?行法整車整車阻力。

（6）WLTC平均車速是46.5km/h、NEDC平均車速是33.6km/h、CLTC平均車速是32.87km/h。查表法特點是整車平均車速較低則能耗低于滑行法能耗。那么查表法并不適合于WLTC、CLTC、NEDC工況。90km/h等速、120km/h等速、WLTC、CLTC、NEDC在查表法續航電耗較高。60km/h等速續航使用查表法電耗較低。

參考文獻

[1] 電動汽車及關鍵零部件測評與開發技術.科學出版社，2019.

[2] 程亮，鄔建華，等.輕型車道路滑行因素試驗研究.設計研究.201808.

[3]?方燕華，魏凌云，夏靜.道路阻力滑行試驗方法對比.汽車駕駛維修.

[4]?周榮寬，韓曉東，韓立奇，等.基于道路試驗的電動車滑行阻力系數分析.新能源技術.

[5] 馬杰，周華，陸紅雨，高俊華.底盤測功機阻力設定對汽車尾氣排放的影響[J].汽車工程，2006（09）.

[6] 朱衛民.汽車排放和超聲場計量溯源的光電混合技術研究.

[7] 王偉.底盤測功機采用查表法加載對燃料消耗量的影響[J].交通節能與環保，2007（03）：23-25.

[8] 姚博煒，彭磊，喬維高，朱曉杰，李銳.PLS回歸方法在汽車滑行試驗中的應用研究[J].汽車工程學報，2012（02）：78-82.

[9] 張富興，高海洋，金約夫，王兆.重型汽車燃料消耗標準現狀分析[J]. 公路與汽運，2011（04）：28-32.

[10] 莫舒玥.底盤測功機車輛油耗試驗計算機系統的開發及研究[J]. 南寧職業技術學院學報，2014：103-106.

[11] 王曉偉，潘雙夏.電動自行車行駛阻力分析與模擬應用[J].機械，2002：113-115+117.