重型電動汽車能耗測試阻力選取方法研究

禚爰紅， 尚 勇， 劉 劍， 陳 瑩， 劉一鳴

(1.重慶車輛檢測研究院有限公司 國家客車質量監督檢驗中心， 重 慶 401122； 2.南京金龍客車制造有限公司，南京 211215)

隨著新能源汽車的快速發展，電動汽車的能耗水平也被關注。用于評價重型電動汽車能耗水平的GB/T 18386—2017[1]正式發布(以下稱新標準)，代替了GB/T 18386—2005[2]版老標準。老標準中，續駛里程及能耗試驗是在道路上進行的，車輛行駛阻力與實際情況基本相符，但是新標準中取消了道路試驗法，改在實驗室內采用底盤測功機進行試驗，因此，底盤測功機阻力設定時所選用的阻力系數成為影響能耗測試結果的重要因素。

1 底盤測功機阻力設定方法

重型電動汽車在道路上運行時，動力源需要克服的全部阻力稱為目標阻力。底盤測功機最基本的功能是模擬出與車輛道路運行相同的行駛阻力[3]，即讓車輛動力源克服相同的目標阻力。通常情況下，車輛目標阻力與車速之間采用二次關系式來表達：

Ft=At+BtV+CtV2

(1)

式中:Ft為目標阻力；V為車速；At、Bt、Ct為目標阻力系數。

車輛在底盤測功機上運行相對于道路上運行的狀態發生了變化，但有些阻力依然存在，如車輛傳動系摩擦阻力；而有些阻力卻不存在了，如空氣阻力，需要底盤測功機額外提供補充。稱那些依然存在的阻力為固有阻力For，不需要單獨設定；而不存在的、需要底盤測功機額外提供的阻力為設定阻力Fs[4]，對應的阻力系數分別為As、Bs、Cs。它們之間的關系是Ft=For+Fs，其中，Fs=As+BsV+CsV2，如圖1所示。

圖1 目標阻力、固有阻力和設定阻力曲線

因此，在底盤測功機上進行阻力設定，需要先獲取試驗車輛的目標阻力系數，即式(1)中的At、Bt、Ct。

2 目標阻力獲取及能耗測試對比

2.1 道路滑行試驗法獲取目標阻力

獲取車輛目標阻力系數最基本的方法是道路滑行試驗法。GB/T 27840—2011的附錄C中給出了道路滑行的具體方法[6]。首先，車輛配載到試驗質量，然后在試驗場上進行滑行試驗，對于電動汽車，滑行試驗前需要暫時屏蔽制動回饋功能，以免制動能量回收功能導致動力源承受額外的阻力。

車輛在道路滑行減速的過程中，實時采集車速和時間，再根據式(2)得到車輛目標阻力與車速之間的關系式。

Ft=M×2△V/3.6t

(2)

式中：Ft為目標阻力；M為當量慣量；△V是每個車速段上下限與車速V的偏差，如果以10 km/h為步長，則△V為5 km/h；t為n次試驗汽車從V+△V滑行減速到V-△V耗用的平均時間。

之后以10 km/h為步長，選取車速點作為橫坐標，以對應的目標阻力為縱坐標，繪制散點圖，再進行二次擬合，即得到了目標阻力系數At、Bt、Ct。

采用道路滑行試驗的方法獲得目標阻力系數，一定要在平坦、干燥的試驗場路面進行，還要對現場環境進行監控，盡量選擇在天氣晴朗、無風無雨的條件下開展試驗。試驗車輛經歷多次滑行，求取平均結果，并且需要對環境溫度、大氣壓力等環境條件進行修正，過程相對復雜，但是以這種方式獲取目標阻力系數，能夠體現出整車在行駛阻力優化方面的先進技術，比如輪胎滾阻的優化，車身空氣動力學方面的優化[7]，傳動系摩擦阻力的優化等。技術越先進，得到的行駛目標阻力系數越小，在接下來的能耗試驗中，也會起到積極的正面作用。

2.2 推薦阻力法獲取目標阻力

GB/T 18386—2017[1]中針對重型電動汽車目標行駛阻力給出了推薦阻力系數，可以查汽車試驗質量表獲得。推薦阻力系數是參考了一定量的道路滑行試驗法得到的阻力系數而獲取的平均結果[8]，采用推薦阻力系數雖然方便快捷，但是由于行駛阻力對重型電動汽車能耗測試有直接的影響，因此，采用這種來源于部分車輛的平均阻力系數，應用于某一特定車輛的能耗測試就不合適了。

汽車在進行能耗方面的優化時，大體上有2個方向：一是盡量提高動力源的工作效率[9]；二是盡量降低動力源需要克服的阻力。如果采用推薦系數作為車輛目標阻力，將導致車輛在降低行駛阻力方面做出的優化方案全部失效。因為目標阻力一旦確定，底盤測功機就會以目標阻力系數對應的阻力值為最終目標來確定額外提供的設定阻力，因此整車通過各種優化方案降低的行駛阻力，最終都會被底盤測功機設定阻力補償回來[10]。采用推薦目標阻力系數，意味著對于相同試驗質量的車輛，其動力源需要克服的阻力均相同，在此種情況下測得的能耗水平差異，僅僅是動力源的工作效率差異[11]。

2.3 能耗測試結果比對

某重型電動客車在進行能耗測試前，分別采用道路滑行法和推薦阻力法獲取了2組目標阻力系數，對應的目標阻力曲線差異如圖2所示。

圖2 滑行目標阻力與推薦目標阻力比對

為了能夠更直觀地體現出不同目標阻力導致的能耗差異，該重型電動客車采用40 km/h等速法[12]進行能耗測試。分別采用滑行阻力和推薦阻力對該車輛進行40 km/h等速能耗測試，得到實測結果差異見表1。

表1 能耗差異

能夠看出，由于該車輛采用滑行試驗得到的行駛阻力在40 km/h處低于推薦阻力，受其影響，得到的能耗測試結果自然優于推薦阻力。由此可見，參考部分車輛的滑行阻力系數得出的推薦阻力系數，僅僅能夠代表同一質量段下試驗車輛的平均行駛阻力，而忽略了某一特定車輛在行駛阻力優化方面的先進技術，應用于重型電動汽車能耗測試并不合適。

3 結束語

采用推薦阻力方便快捷，但是會導致整車在行駛阻力優化上的技術失效，不能夠準確測量車輛的真實能耗水平。而采用滑行阻力，能夠體現出整車在行駛阻力優化上的先進技術，應用于重型電動汽車能耗測試更為合適。