滑行阻力对新能源汽车能量消耗量的影响分析

王春生，王坤城，孙浩

（比亚迪汽车工业有限公司，深圳 518118）

滑行阻力对新能源汽车能量消耗量的影响分析

王春生，王坤城，孙浩

（比亚迪汽车工业有限公司，深圳 518118）

文章主要介绍了滑行阻力与新能源汽车能量消耗率的关系，通过分析影响滑行阻力大小的滚动阻力系数、质量、空气阻力系数、迎风面积、传动效率等因素，提出了一些减小能量消耗率的方法。

滑行阻力；能量消耗率；滚动阻力系数；质量；空气阻力系数；迎风面积

CLC NO.:U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-157-03

引言

在国家的大力推进、引导下，当前国内新能源汽车行业飞速发展，新能源汽车技术也快速进步。然而受限于电池能量密度以及充电基础设施的布局，新能源汽车纯电里程，尤其是纯电动汽车的续驶里程还不能完全满足人们的日常需求。如何有效的减少新能源汽车的能量消耗是当前行业重要的研究方向，而汽车滑行阻力对能量消耗量的影响是极为重要的[1]。

汽车滑行阻力主要指汽车在脱离动力源，且不启用制动系统的情况下行驶所受到的阻力，主要包括来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力以及部分传动系阻力。汽车滑行阻力是进行汽车台架实验和性能仿真计算的前提条件[2]。

本文通过对某新能源汽车的实际台架试验数据，简单分析了滑行阻力与能量消耗率的关系，提出了一些减小滑行阻力，减小能量消耗率的方法。

1、滑行阻力与能量消耗率的关系

汽车在水平道路上行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力，这两种阻力是在实际行驶条件下一直存在的。此外，汽车加速行驶时还需克服加速阻力，在坡道上上坡行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力-坡度阻力。

汽车行驶时，驱动力和行驶阻力互相平衡，即汽车用于驱动消耗的能量与汽车行驶阻力消耗的能量数值相同。滑行阻力的大小对于整车能量消耗率有极为重要的影响。

2、影响滑行阻力大小的因素

滑行阻力主要由来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力以及部分传动系阻力构成。下面分别从几个组成部分，分析其对于滑行阻力功率的影响。

本文中的数值计算皆为针对某一特定新能源车型，由于影响能量消耗率的因素还有很多，具体能量消耗率数值可能不用于普遍车型。

2.1 滚动阻力

车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支撑路面的变形。轮胎和支撑面的相对刚度决定了变形的特点。当弹性轮胎在硬路面上滚动时，轮胎的变形是主要的。此时由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它作的功不能全部回收，因而产生滚动阻力。

滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷之乘积。

2.1.1 滚动阻力系数

滚动阻力系数由试验确定，它与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。当前各轮胎厂家的滚动阻力系数测量方法主要参考ISO 28580《轮胎滚动阻力测试方法》在相应台架上进行，测试速度为80km/h[3、4]。图1为同一车辆，相同载荷，相同尺寸，滚动阻力系数分别为9.3 和7.6的轮胎的道路滑行阻力的对比。

图1 不同滚动阻力系数滑行阻力对比

分别用两组曲线进行工况能量消耗率试验，工况能量消耗率相差约0.8kwh/100km。由此可见，低滚动阻力系数的轮胎能有效减小滑行阻力，降低能量消耗率。

2.1.2 质量

轮胎滚动阻力与轮胎载荷有着密切的关系。图2为同一车辆，相同轮胎，不同载荷情况下的道路滑行阻力的对比（半载与满载相差188kg）。

由以图2标可得，在94km/h之前，滑行阻力以滚动阻力为主的部分，满载的阻力高于半载。之后的高速部分，由于载质量对整车姿态造成一定影响，导致空气阻力发生变化，且随着速度的提升，空气阻力的占比不断加大，未能明显体现出质量对于滚动阻力的影响。两种不同载质量情况下，对于工况能量消耗率影响为0.23kwh/100km。减小质量能有效减小滚动阻力，降低能量消耗率。

图2 不同质量滑行阻力对比

2.2 空气阻力

空气阻力为汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力。主要与车身主体形状，表面突出物，冷却系统，车身通风等有关。

式1中：CD为空气阻力系数；A为迎风面积（m2）；ua为汽车行驶速度（km/h）。

2.2.1 空气阻力系数

图3为同一轮胎，同一载荷的车辆在同一迎风面积，不同空气阻力系数时的阻力仿真值。

图3 不同空气阻力系数滑行阻力对比

由图可得，在60km/h以上，滑行阻力以空气阻力为主的部分，空气阻力系数小的，滑行阻力小，前面低速部分主要以滚动阻力为主，空气阻力的影响未明显体现。对于工况能量消耗率影响约为0.27kwh/100km。优化造型设计，减小空气阻力系数，能有效减小滑行阻力，降低能量消耗率。离合器31切断，同步器6切断，发动机单元1和第一电动发电机41不工作，第二电动发电机42通过主减速器主动齿轮驱动车轮200。该工况主要用于匀速或城市工况等小负荷情况，同时电池具有较高的电量。该工况的优点在于第二电动发电机42直接驱动，传动链最短、参与工作的部件最少，可以达到最高的传动效率和最小的噪音。

2.2.2 迎风面积

迎风面积为汽车行驶方向的投影面积，图4为同一轮胎，同一载荷的车辆在相同空气阻力系数，不同迎风面积时的阻力仿真值。

由图可得，在60km/h以上，滑行阻力以空气阻力为主的部分，迎风面积小的，滑行阻力小，前面低速部分主要以滚动阻力为主，空气阻力的影响未明显体现。对于工况能量消耗率影响为0.19kwh/100km。优化造型设计，尽量减小迎风面积，能有效减小滑行阻力，降低能量消耗率。

图4 不同迎风面积滑行阻力对比

2.3 传动系阻力

对于传统燃油车，在测量滑行阻力时，通常采用空挡滑行的方法。此时借助离合将发动机和变速箱分离，所得滑行阻力包括变速箱、传动轴、空气阻力、滚动阻力等阻力。图5为某燃油车型在台架上断开传动轴和未断开传动轴的滑行阻力的对比。

图5 是否断开传动轴滑行阻力对比

由图可得，传动系效率对于滑行阻力大小有一定影响。台架能量消耗率试验时，需采用与道路相对应的滑行方法进行内阻滑行，如此台架试验结果才能不受影响。同时仿真计算时需注意，利用滑行参数进行计算时，不重复计入传动部分的阻力，以免仿真结果偏大。传动效率对于能量消耗率产生一定影响，效率每提高1%，能量消耗率减小0.22kwh/ 100km。控制产品精度，优化传动效率，可减小能量消耗率。

3、结论

滑行阻力对于整车能量消耗率影响直接且重大，通过本文提出方法，选用低滚动阻力轮胎，造型设计充分考虑空气流动特点，设计整车时注重轻量化问题，提高传动系统效率等，可以减小整车能量消耗量，增大新能源汽车纯电续驶里程。

[1] 陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社,2002:90～136..

[2] 余志生. 汽车理论第四版.北京:机械工业出版社.2007.

[3] Bizon N. Energy efficiency of multiport power converters used in plug-in/V2G fuel cell vehicles[J].Applied Energy, 2012,96: 431-443.

[4] 欧阳明高,李建秋,杨福源,等.汽车新型动力系统:构型、建模与控制[M].北京:清华大学出版社.2008.

The influence of the sliding resistance of new energy automobile energy consumption analysis

Wang Chuncheng, Wang Kuncheng, Sun Hao
( Byd auto industry co., LTD., Shenzhen 518118 )

This paper introduced the relationship between sliding resistance and energy consumption of new energy vehicle. Based on the analysis of the factors affecting the sliding resistance such as the roll resistance coefficient, the mass, the air drag coefficient, the frontal area and the transmission efficiency, the paper proposed some methods to reduce energy consumption.

Sliding resistance; Energy consumption; Rolling resistance coefficient; Mass; Air resistance coefficien; Frontal area

U469.7

A

1671-7988 (2017)08-157-03

王春生，男，(1981-)，本科，资深中级工程师。就职于比亚迪汽车工业有限公司。长期从事新能源汽车动力系统研究，尤其在插电式混合动力传动系统方面，积累了丰富经验。

孙浩，男，硕士研究生，就职于比亚迪汽车工业有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.053