一、影響能耗的關(guān)鍵

在新能源汽車的應(yīng)用中，對(duì)影響整車能耗的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)整理如下：

圖1 影響新能源汽車能耗的關(guān)鍵

對(duì)這些節(jié)點(diǎn)在能耗影響上分別進(jìn)行釋義：

1）電池系統(tǒng)效率：電池的能量密度、充放電效率、自放電率以及溫度敏感性直接影響車輛的續(xù)航能力和能源利用率。

2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率：包括電機(jī)、逆變器和減速器在內(nèi)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率至關(guān)重要，高效電機(jī)能減少電能轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損失，提高續(xù)航里程。

3）車重與設(shè)計(jì)：由于車輛行駛時(shí)需克服的滾動(dòng)阻力和空氣阻力與重量成正比，因此車輛的輕量化設(shè)計(jì)可減少能耗，同時(shí)良好的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)（如低風(fēng)阻系數(shù)Cd值）能顯著降低高速行駛時(shí)的能耗。

4）能量回收系統(tǒng)：再生制動(dòng)系統(tǒng)可以將車輛在減速或下坡時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在電池中，減少能源浪費(fèi)，提高續(xù)航能力。

5）溫控系統(tǒng)：電池和車內(nèi)環(huán)境的溫度管理直接影響電池性能和能耗，過(guò)高或過(guò)低的溫度都會(huì)降低電池效率，因此有效的熱管理系統(tǒng)對(duì)維持最佳工作溫度至關(guān)重要。

6）電子附件能耗：如空調(diào)、燈光、音響、導(dǎo)航系統(tǒng)等電子附件的能耗不容忽視，高效附件和智能能量管理策略能減少這部分能耗。

7）駕駛習(xí)慣與路況：如頻繁加速、急剎車、高速行駛等會(huì)增加能耗，同時(shí)城市擁堵路況與高速平順駕駛相比，能耗差異顯著。

8）輪胎與輪轂阻力：低滾阻輪胎和優(yōu)化的輪轂設(shè)計(jì)可以減少摩擦和空氣阻力，降低能耗。

9）整車電子電氣架構(gòu)：高效的電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)，可以減少不必要組件的能耗。

二、整車能耗計(jì)算

2.1.能耗計(jì)算關(guān)鍵因素

為實(shí)現(xiàn)整車能耗的精確計(jì)算，首先需基于車輛的物理模型建立能耗計(jì)算模型，這個(gè)模型會(huì)考慮電池、電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、車輛動(dòng)態(tài)特性、空氣阻力、滾動(dòng)阻力、溫控系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)等因素，并將相關(guān)子系統(tǒng)的如電池容量、電機(jī)效率曲線、車重、風(fēng)阻系數(shù)、滾動(dòng)阻力系數(shù)等相關(guān)參數(shù)包含在內(nèi)。

接著通過(guò)車輛上的傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)，軟件算法基于采集到的數(shù)據(jù)完成整車能耗的實(shí)時(shí)計(jì)算，該計(jì)算能耗主要包括動(dòng)態(tài)能耗、靜態(tài)能耗、能量回收和溫度補(bǔ)償四個(gè)方面。其中，動(dòng)態(tài)能耗是根據(jù)車輛的即時(shí)速度、加速度、行駛阻力以計(jì)算車輛的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)能耗。靜態(tài)能耗是考慮停車時(shí)的能耗，如溫控系統(tǒng)、電子附件等的能耗。能量回收需根據(jù)制動(dòng)情況計(jì)算再生制動(dòng)回收的能量，并在總能耗中予以扣除。溫度補(bǔ)償是根據(jù)電池溫度調(diào)整電池的可用能量和能耗效率。

除此核心部分外，為了達(dá)到盡可能準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)能耗計(jì)算，通常還需考慮以下方面：

1）環(huán)境影響：外部環(huán)境因素如海拔、風(fēng)速、坡度、道路條件也會(huì)影響能耗，需要通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)調(diào)整計(jì)算模型。

2）駕駛模式：車輛的駕駛模式會(huì)改變電機(jī)輸出功率和效率，進(jìn)而影響能耗，需要根據(jù)模式調(diào)整能耗算法。

3）負(fù)載情況：車輛載重、乘客、貨物的重量影響能耗，在計(jì)算策略中需將其考慮在內(nèi)。

4）系統(tǒng)效率變化：電機(jī)、電池等系統(tǒng)效率會(huì)隨時(shí)間和使用頻次出現(xiàn)老化，因此需定期校準(zhǔn)，確保計(jì)算的準(zhǔn)確性。

5）實(shí)時(shí)校正：算法需根據(jù)實(shí)際行駛數(shù)據(jù)反饋校正預(yù)測(cè)模型，以動(dòng)態(tài)優(yōu)化能耗計(jì)算精度。

圖2 整車能耗計(jì)算關(guān)鍵因素

最后通過(guò)儀表盤或車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)展示實(shí)時(shí)能耗、剩余里程、能耗趨勢(shì)等信息，使駕駛員能夠直觀了解車輛能耗狀況并據(jù)此調(diào)整駕駛習(xí)慣。

圖3 系統(tǒng)基本架構(gòu)

2.2.動(dòng)態(tài)能耗計(jì)算

2.2.1.過(guò)程

在新能源汽車的動(dòng)態(tài)能耗計(jì)算中，主要受到即時(shí)速度、加速度、行駛阻力（空氣阻力和滾動(dòng)阻力）的影響。這一計(jì)算過(guò)程以及涉及到的相關(guān)公式有：

1）動(dòng)力平衡方程

在車輛行駛過(guò)程中，特別是維持恒定速度或進(jìn)行加速時(shí)，所需克服的總驅(qū)動(dòng)力等于作用在車輛上的所有阻力之和，即：F驅(qū)動(dòng)力= F總阻力。

其中：F驅(qū)動(dòng)力代表車輛的動(dòng)力，即推動(dòng)車輛前進(jìn)所需的凈外力。F總阻力包括了所有阻礙車輛前進(jìn)的力，如空氣阻力、滾動(dòng)阻力、坡度阻力以及其他可能的機(jī)械損耗等。為確保車輛能夠持續(xù)加速或保持速度，驅(qū)動(dòng)力必須等于或略大于總阻力。

2）總阻力分解

總阻力主要包括空氣阻力（風(fēng)阻）和滾動(dòng)阻力，有時(shí)還包括坡度阻力和加速阻力（慣性力）。

其中，空氣阻力F空氣與車輛速度的平方成正比，同時(shí)與空氣阻力系數(shù)Cd、迎風(fēng)面積A以及空氣密度ρ相關(guān)。

計(jì)算公式為：F空氣 = 1/2*ρ*A*Cd*V2

其中，Cd是車輛外形的無(wú)量綱系數(shù)，反映了車輛正面形狀對(duì)空氣流動(dòng)的阻力程度，該數(shù)值范圍大約在0.2到0.9之間，越低表明空氣動(dòng)力學(xué)性能越好；

A是車輛正面垂直于氣流的投影面積，單位通常是平方米；

ρ是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)和20°C下大約為1.225 kg/m3，但會(huì)隨溫度和海拔高度變化；

V是車輛速度（m/s）。

滾動(dòng)阻力F滾動(dòng)與車輛質(zhì)量、輪胎與地面的接觸面積有關(guān)，同時(shí)還受路面條件影響。一般設(shè)為常數(shù)乘以車重，即：F滾動(dòng)= C滾動(dòng)*m *g。

其中，C滾動(dòng)是滾動(dòng)阻力系數(shù)，通常小于1；m是車輛質(zhì)量；g是重力加速度，常取9.81m/s2。

3）動(dòng)態(tài)能耗計(jì)算

能耗與克服這些阻力做功直接相關(guān)，即能量消耗為力乘以位移。但在動(dòng)態(tài)計(jì)算中，通?？紤]的是瞬時(shí)功率（單位時(shí)間內(nèi)做的功），即：P=F總阻力* V，又由于通常F總阻力可表示為F空氣+F滾動(dòng)，所以P=（F空氣+F滾動(dòng)）*V。

再將上面的阻力計(jì)算公式代入，便可得到具體的功率表達(dá)方式，該功率即為動(dòng)態(tài)能耗的即時(shí)值，這個(gè)計(jì)算考慮了車輛的速度變化、空氣阻力和滾動(dòng)阻力，因此是動(dòng)態(tài)能耗計(jì)算的基礎(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用中，軟件會(huì)根據(jù)車輛的傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新這些參數(shù)，再通過(guò)計(jì)算出的瞬時(shí)能耗，估算剩余續(xù)航里程、優(yōu)化能量管理策略等。

2.2.2.軟件實(shí)現(xiàn)步驟

在軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，首先通過(guò)傳感器獲取車輛的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并通過(guò)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序讀取，示意如下：

接著根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)，使用之前提到的物理模型和公式計(jì)算動(dòng)態(tài)能耗。這里以空氣阻力和滾動(dòng)阻力為示意：

然后將計(jì)算的能耗值用于監(jiān)控系統(tǒng)，如實(shí)時(shí)顯示在儀表盤或通過(guò)HMI更新能耗和續(xù)航信息，示意如下：

在主循環(huán)中持續(xù)調(diào)用這些函數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)控，示意如下：

上述為整車動(dòng)態(tài)能量計(jì)算的總過(guò)程示意，實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體的軟硬接口、傳感器類型、車輛參數(shù)以及軟件架構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。