為了準(zhǔn)確評(píng)估純電動(dòng)汽車(chē)在國(guó)內(nèi)工況下的經(jīng)濟(jì)性能，重點(diǎn)對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)近年來(lái)常用的多種循環(huán)工況的主要特征，以某型純電動(dòng)SUV為研究對(duì)象，并在MATLAB/Simulink仿真環(huán)境下搭建純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)仿真模型，可以仿真計(jì)算電動(dòng)汽車(chē)的工況續(xù)駛里程，對(duì)研究車(chē)型的經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行多種工況下的仿真分析，提出影響純電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性能的關(guān)鍵因素是最高車(chē)速和平均車(chē)速等，對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)具有較大的指導(dǎo)意義。

以能源供給方式為依據(jù)新能源汽車(chē)主要分為純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)以及燃料電池汽車(chē)。在電動(dòng)化、智能化、共享化和網(wǎng)聯(lián)化，以及環(huán)保要求愈發(fā)嚴(yán)格的趨勢(shì)下，電動(dòng)化是汽車(chē)未來(lái)發(fā)展的方向。

近兩年隨著技術(shù)進(jìn)步以及禁售燃油車(chē)等相關(guān)政策的推動(dòng)，純電動(dòng)更是成為各大車(chē)企研發(fā)的重點(diǎn)，新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量不斷提升。純電動(dòng)汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性能，受運(yùn)行循環(huán)工況的影響較大?，F(xiàn)有研究中，利用高級(jí)車(chē)輛仿真軟件（ADVISOR）里自帶的循環(huán)工況，對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)在歐洲ECE_EUDC工況和美國(guó)UDDS工況下進(jìn)行了動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性仿真，并對(duì)2種工況下的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

有關(guān)文獻(xiàn)研究了某電動(dòng)汽車(chē)在美國(guó)UDDS工況、日本10-15工況及歐洲ECE_EUDC工況等3種循環(huán)工況下的經(jīng)濟(jì)性能，得到了ECE_EUDC工況下續(xù)駛里程最長(zhǎng)的結(jié)論。有關(guān)文獻(xiàn)借助MATLAB/Simulink和ADVISOR仿真軟件，在歐洲ECE_EUDC工況、美國(guó)UDDS工況、日本10-50工況以及50km/h勻速工況等4種工況下仿真出純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程，分析了不同工況對(duì)續(xù)駛里程的影響。

這些研究都是采用了ADVI-SOR軟件中常用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況，具有一定的參考價(jià)值，但是對(duì)國(guó)內(nèi)純電動(dòng)汽車(chē)法規(guī)定型試驗(yàn)和實(shí)際道路性能測(cè)試并不適用?；谝陨蠁?wèn)題，文章在MAT-LAB/Simulink環(huán)境下搭建整車(chē)仿真模型，在3種適應(yīng)我國(guó)法規(guī)和實(shí)際道路情況的循環(huán)工況下，對(duì)研究車(chē)型進(jìn)行續(xù)駛里程仿真分析，得到的續(xù)駛里程仿真結(jié)果更具工程實(shí)際上的參考意義。

01 整車(chē)與關(guān)鍵動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)

研究車(chē)型依托于一款傳統(tǒng)緊湊型SUV進(jìn)行電動(dòng)化改造，其整車(chē)參數(shù)，如表1所示。



動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性是電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足的基本性能。動(dòng)力性可用以下3個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)：最高車(chē)速、加速性能和最大爬坡度。經(jīng)濟(jì)性常用續(xù)駛里程和能量消耗率來(lái)評(píng)價(jià)。研究車(chē)型的整車(chē)性能設(shè)計(jì)目標(biāo)，如表2所示。



02 循環(huán)工況對(duì)比分析

我國(guó)乘用車(chē)經(jīng)濟(jì)性能測(cè)試法規(guī)循環(huán)工況主要有3種，即NEDC工況、WLTC工況和CLTC-P工況，3種循環(huán)工況的主要特征對(duì)比，如表3所示。



NEDC工況，即新歐洲駕駛循環(huán)工況，也被稱(chēng)為ECE_EUDC工況。NEDC工況是歐洲續(xù)航測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況，主要在歐洲、中國(guó)、澳大利亞使用。NEDC循環(huán)工況包含4個(gè)市區(qū)循環(huán)和1個(gè)郊區(qū)循環(huán)，總時(shí)長(zhǎng)為1180s，總里程為11.007km，最高車(chē)速為120km/h。我國(guó)燃油乘用車(chē)國(guó)V（含）以前的排放和2020年5月以前的純電動(dòng)乘用車(chē)?yán)m(xù)駛里程測(cè)試都采用此工況，目前燃油乘用車(chē)的油耗測(cè)試仍采用此循環(huán)工況。

WLTC工況，即全球輕型車(chē)統(tǒng)一測(cè)試循環(huán)工況。是由聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)牽頭，歐洲、美國(guó)、日本等國(guó)眾多專(zhuān)家聯(lián)合研究，于2015年正式編纂而成的。該工況已陸續(xù)在歐盟、印度、韓國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家得到廣泛的應(yīng)用。WLTC循環(huán)工況由低速段、中速段、高速段、超高速段4部分組成，工況總共持續(xù)1800s，累計(jì)行駛里程為23.3km，最高車(chē)速提升至131.3km/h。工況要求的最高速度、平均速度、最大加減速度以及加減速度頻率，相比NEDC工況都有了較大提升，嚴(yán)格程度也有較大提升。我國(guó)燃油乘用車(chē)國(guó)VI排放和今后的油耗測(cè)試將采用此循環(huán)工況。

CLTC-P工況，即中國(guó)乘用車(chē)行駛工況，是中國(guó)輕型汽車(chē)行駛工況中的乘用車(chē)適用部分。無(wú)論是NEDC工況還是WLTC工況，都與我國(guó)實(shí)際道路工況相差較大，考慮到適合中國(guó)境內(nèi)的能耗和排放標(biāo)準(zhǔn)的缺失，中國(guó)工信部下達(dá)了項(xiàng)目需求，由中汽研牽頭、組織行業(yè)專(zhuān)家展開(kāi)了為期3年的中國(guó)工況調(diào)研開(kāi)發(fā)，并于2019年10月25日發(fā)布了正式標(biāo)準(zhǔn)：《中國(guó)汽車(chē)行駛工況第1部分：輕型汽車(chē)》（GB/T38146.1—2019）。CLTC-P循環(huán)工況包括低速（1部）、中速（2部）和高速（3部）3個(gè)速度區(qū)間，工況時(shí)長(zhǎng)共計(jì)1800s，累計(jì)里程為14.48km，最高車(chē)速為114km/h。CLTC-P循環(huán)工況在2020年5月1日以后將作為我國(guó)純電動(dòng)乘用車(chē)?yán)m(xù)駛里程與能量消耗率測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況，替代原來(lái)的NEDC工況。

03 建模與仿真分析

目前，ADVISOR是全球汽車(chē)行業(yè)使用最為廣泛的電動(dòng)汽車(chē)仿真軟件之一。憑借其獨(dú)特的仿真模型以及模塊化的特點(diǎn)，贏得了國(guó)內(nèi)外汽車(chē)研究廠商、實(shí)驗(yàn)室以及大學(xué)的喜愛(ài)。但是ADVISOR自2002年被AVL公司收購(gòu)后沒(méi)有再推出正式的更新版本，其內(nèi)部的模型參數(shù)大都是近二十年前的數(shù)據(jù)，循環(huán)工況也是很早之前的一些主流工況，與當(dāng)前我國(guó)乘用車(chē)行業(yè)采用的循環(huán)工況相差較大。

整車(chē)仿真模型的搭建

為了驗(yàn)證純電動(dòng)汽車(chē)在NEDC工況、WLTC工況和CLTC-P工況等我國(guó)乘用車(chē)行業(yè)常用工況下的經(jīng)濟(jì)性能、避免ADVISOR等汽車(chē)專(zhuān)業(yè)仿真軟件自帶工況不適用的缺點(diǎn)，本研究在MATLAB/Simulink環(huán)境下重新搭建了一整套電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)仿真模型，其頂層模型結(jié)構(gòu)，如圖1所示。


該仿真模型全部采用Simulink模塊搭建，主要包括駕駛員模塊、控制器模塊、電池模塊、附件模塊、電機(jī)模塊、主減模塊、整車(chē)模塊，以及時(shí)鐘模塊等。其仿真控制文件與數(shù)據(jù)文件全部采用MATLAB腳本文件格式，運(yùn)行模式文件包含了Power動(dòng)力模式、爬坡模式，以及NEDC工況、WLTC工況、CLTC-P工況、60km/h勻速工況等循環(huán)模式。

經(jīng)濟(jì)性能仿真分析

將整車(chē)相關(guān)參數(shù)及零部件參數(shù)輸入仿真模型，運(yùn)行模式設(shè)置在循環(huán)工況模式，分別選擇NEDC工況、WLTC工況、CLTC-P工況，并設(shè)置好相應(yīng)的加載質(zhì)量，對(duì)研究車(chē)型（純電動(dòng)SUV）的續(xù)駛里程等經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行仿真分析，仿真時(shí)的車(chē)速跟隨曲線情況，如圖2所示。




顯然上面各圖中當(dāng)前仿真車(chē)速與工況車(chē)速2條曲線都基本重合，表明研究車(chē)型動(dòng)力性符合跟隨NEDC工況、WLTC工況、CLTC-P工況的要求，也初步驗(yàn)證了在MATLAB/Simulink環(huán)境下搭建的純電動(dòng)仿真模型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述3種循環(huán)工況的續(xù)駛里程仿真分析。

研究車(chē)型在3種循環(huán)工況下的總續(xù)駛里程與SOC值的變化情況，如圖3所示。圖3顯示，研究車(chē)型在NEDC工況、WLTC工況、CLTC-P工況等3種循環(huán)工況下SOC值同樣從滿(mǎn)電狀態(tài)運(yùn)行到最低放電狀態(tài)時(shí)，總續(xù)駛里程各不相同，總運(yùn)行時(shí)間也各不相同。




仿真結(jié)果分析

通過(guò)仿真分析，研究車(chē)型在NEDC工況、WLTC工況、CLTC-P工況等3種循環(huán)工況下的總續(xù)駛里程和能量消耗率等經(jīng)濟(jì)性能結(jié)果，如表4所示。



根據(jù)上述仿真結(jié)果分析可知，同一車(chē)型在不同循環(huán)工況下的經(jīng)濟(jì)性能差異明顯。本研究車(chē)型在NEDC循環(huán)工況下的總續(xù)駛里程可達(dá)484km，而在WLTC循環(huán)工況下的總續(xù)駛里程僅為398km，續(xù)駛里程降低了約17.8%。在CLTC-P循環(huán)工況下的總續(xù)駛里程卻能達(dá)到509km，相比NEDC工況續(xù)駛里程提高了約5.2%。

這3種循環(huán)工況中，最高車(chē)速與平均車(chē)速恰好是WLTC工況高于NEDC工況，高于CLTC-P工況，由此可見(jiàn)，最高車(chē)速與平均車(chē)速是影響純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程等經(jīng)濟(jì)性能的主要因素。此外，在進(jìn)行純電動(dòng)汽車(chē)項(xiàng)目性能定義時(shí)，應(yīng)考慮所采用的測(cè)試循環(huán)工況。如本研究中，若采用CLTC-P工況，車(chē)型續(xù)駛里程可達(dá)到500km以上，而采用其他2種工況，其續(xù)駛里程就不能達(dá)成該目標(biāo)值。

04 結(jié) 論

純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程等經(jīng)濟(jì)性能受運(yùn)行循環(huán)工況的影響明顯，文章主要對(duì)比分析了NEDC工況、WLTC工況、CLTC-P工況等3種國(guó)內(nèi)常用循環(huán)工況的各項(xiàng)特征和參數(shù)，又以某型純電動(dòng)SUV為研究對(duì)象，在MATLAB/Simulink環(huán)境下搭建了適應(yīng)國(guó)內(nèi)常用循環(huán)工況的整車(chē)仿真模型，對(duì)研究車(chē)型進(jìn)行了基于上述3種循環(huán)工況的經(jīng)濟(jì)性能仿真分析。

通過(guò)對(duì)比分析3種工況下的續(xù)駛里程仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了循環(huán)工況中影響純電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性能的主要因素，并提出了純電動(dòng)汽車(chē)項(xiàng)目性能定義時(shí)應(yīng)提前考慮循環(huán)工況的問(wèn)題，為車(chē)型開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)和參考。 

作者：夏靖武 陳 林 王 凱 鄭輝鵬
公眾號(hào)編輯：胖 佶
來(lái)源：《汽車(chē)工程師》