基于滑行阻力积分计算法的某纯电动客车性能仿真分析

宋光辉，崔俊博，李 楠，宋 杨

（浙江吉利新能源商用车有限公司 商用车研究院，杭州 311228）

基于滑行阻力积分计算法的某纯电动客车性能仿真分析

宋光辉，崔俊博，李 楠，宋 杨

（浙江吉利新能源商用车有限公司 商用车研究院，杭州 311228）

在某国产纯电动客车滑行试验数据的基础上，运用积分法拟合出该纯电动客车的滑行阻力。将计算出的滑行阻力系数用于整车续航里程、耗电量和能量消耗率的仿真分析，并与试验结果对比，表明该方法可行。

纯电动客车；滑行阻力；积分计算法；性能仿真

车辆滑行阻力是整车仿真分析中重要的输入参数之一。现阶段一般采用道路试验获取滑行速度-时间曲线，然后用加速度法推导出整车的滑行阻力曲线[1]。但在车辆预研过程中会经常变更设计指标，如整车关键零部件、负载等参数，而频繁改动样车进行道路试验获取滑行阻力则会大大增加研发阶段的时间周期和成本[2]。

根据汽车行驶时的受力情况，当车辆外形和轮胎参数基本保持不变时，在相同试验条件下空气阻力系数和滚动阻力系数也基本保持不变[3]，即只需要通过样车进行一次滑行试验，后续车型即使变更部分设计指标，只要车辆外形和轮胎参数不变，其行驶阻力便可以从该次试验得到空气阻力系数和滚动阻力系数推导出来。但传统的加速度法只能计算出对应试验载荷下的整车行驶阻力，不能得到相应的阻力系数[4]。本文通过积分法拟合出某国产纯电动客车在半载和满载情况下各阻力系数，在整车仿真软件中搭建该车型的整车模型后输入此阻力系数，针对不同行驶工况进行仿真计算，将结果和试验值对比，验证该方法的合理性[5]。

1 滑行阻力的计算模型

汽车在滑行时受到的阻力主要由滚动阻力、空气阻力和坡度阻力组成。在滑行试验中，车辆在同一道路情况下往返行驶，考虑到坡度角较小，可忽略坡道阻力的影响[6]。

1.1 滚动阻力

根据汽车理论分析，滚动阻力可近似为整车重力与滚动阻力系数的乘积，滚动阻力系数是车轮在一定条件下滚动时所需推力和车轮所受负荷的比值。研究表明，车轮的负荷、轮胎的结构、胎压和材质都对滚动阻力系数有直接影响。当轮胎胎压较高，如货车客车等重载车辆，其滚动阻力系数通常为车速的线性函数。本文中将滚动阻力的计算模型表示为车速的一次多项式：

式中：v为汽车行驶速度，m/s；a0、a1为待定系数；m 为整车质量，kg；g 为重力加速度，取值9.8 m/s2。

1.2 空气阻力

目前大量的风洞试验表明车辆的空气阻力与速度的平方成正比关系，通常用下式表示：

式中：CD为待定系数；A为车辆迎风面积，m2;ρ为空气密度，N·s2·m-4。

1.3 滑行运动方程

滑行试验时，车辆在滚动阻力和空气阻力的共同作用下从初速度逐渐降至为零，将上述的滚动阻力和空气阻力分别带入式（1），为 F阻=（a0+a1v）mg+ρACDv2/2，并改写为微分方程形式：

式中：δ为汽车质量换算系数，一般轿车取1.05，货车取1.06。

设滑行开始的初速度为v初，到任意速度v末的时间为t，对式（4）两边积分变化得出：

通过积分的方法得到以上速度和时间的函数关系，该方程中有B0、B1、B23个未知数，选取一次滑行试验数据中的三组不同的数据组成方程组，即可解出B0、B1、B2的值。将求解的值分别带入式（5）、式（6）和式（7），求出各待定系数的解。

2 滑行试验结果的方法分析

按照GB/T12534-1990《汽车道路试验方法通则》[7]和GB/T 12536-1990《汽车滑行试验方法》[8]对某纯电动城市客车分别进行半载和满载条件下的滑行试验，整车有关参数为：满载质量16 500 kg，半载质量13 900 kg，主减速比6.17，主减效率0.96，轮胎型号275/70R22.5，迎风面积5.01 m2。滑行车速从55 km/h开始，每降低1 km/h采集一次数据，取往返各4次试验的平均值，做出试验车辆滑行试验曲线如图1所示。

图1 试验滑行曲线

在试验数据中分别取 55～45 km/h，35～25 km/h，15～5 km/h 3 组 v-t值，按上述式（9）求出 B0、B1、B2的值，如表1所示。

表1 拟合参数值

根据表1中的数据分别求出滚动阻力系数和空气阻力的待定系数，如表2所示。

表2 各阻力待定系数

目前在滑行阻力试验中广泛应用加速度法来估计滑行阻力的大小。在滑行试验时，试验车以一指定车速v+△v，滑行至 v-△v，如果△v较小时（一般△v＜5 km/h），可以近似认为这一段滑行过程是匀减速运动，则有：

式中：a为减速度；t为该段运动的时间。

在该段滑行试验中滑行阻力可以表示为：

故只需测出在指定车速之间的滑行时间t，即可利用上式计算出各对应车速时的滑行阻力。将表2中求得的阻力待定系数带入到式（4）中计算出滑行阻力，并与式（11）的计算结果对比，如图2所示。

图2 积分法和加速度法计算滑行阻力结果对比

从结果中可以看出两种方法计算出的滑行阻力结果较为接近，式（9）可以满足滑行阻力计算的需求。

3 仿真验证

本文采用AVLCRUISE软件进行仿真计算，以该电动城市客车的整车参数为输入建立整车模型，并将通过试验推导出的阻力数据（表2）作为整车滚动阻力系数和空气阻力系数输入到软件中。

在AVLCRUISE中建立滑行试验任务，比较仿真滑行曲线和试验滑行曲线的拟合程度，如图3所示。从图中可以看出，满载情况下仿真滑行曲线与试验滑行曲线基本重合。另外，本文也对比了半载情况下的仿真滑行曲线与试验滑行曲线，两条曲线也基本重合。根据国标GB/T18386-2005《电动汽车能量消耗率和续航里程试验方法》[9]，分别建立40 km/h等速工况和城市公交工况下的仿真任务，并计算耗电量，其中城市公交工况下的计算结果如图4所示。

图3 仿真满载滑行曲线

图4 城市公交工况仿真结果

从图4中可以看出，车辆在城市公交循环工况的阻力变化符合实际情况。分别计算城市公交循环工况和40km/h等速工况下的能量消耗率，和试验值对比如表3所示。

式（9）计算出的滑行阻力和实际情况较为接近，可以满足整车仿真的精度需求。由表3可以看出，仿真得到的能量消耗率和试验值误差基本保持在5%以内。

表3 仿真值和试验值对比

4 结论

本文通过分析某纯电动客车的滑行试验数据，利用积分法推导出该试验车辆的阻力系数，并与广泛采用的加速法对比，结果表明积分法求得的滑行阻力和加速度法基本相同。将求解出的滚动阻力系数和空气阻力系数输入到仿真模型中，按照国家标准在仿真环境下模拟不同的行驶工况。研究结果表明，采用积分法推导出的车辆滑行阻力和实际阻力值较为吻合，其推导出的阻力系数可以满足仿真任务的需求。

[1]高有山，李兴虎，黄敏，等.汽车滑行阻力分析[J].汽车技术，2008（4）：27-30.

[2]董金松，许洪国，任有，等.基于道路试验的汽车滚动阻力和空气阻力系数计算方法研究[J].交通信息与安全，2009，27（1）：75-78.

[3]周荣宽，韩晓东，韩宗奇，等.基于道路试验的电动汽车滑行阻力系数分析[J].汽车技术，2015（4）：52-55.

[4]姚博炜，彭磊，乔维高，等.PLS回归方法在汽车滑行试验中的应用研究[J].汽车工程学报，2012，2（2）：152-156.

[5]朱伟伟，陈刚，等.基于滑行试验的载货汽车动力性经济性仿真与试验分析[J].汽车科技，2015（4）：20-24.

[6]刘福才，潘江华，韩宗奇，等.基于遗传算法的汽车滑行阻力系数测定方法[J].汽车工程，2003，25（6）：610-616.

[7]全国汽车标准化技术委员会.汽车道路试验方法通则：GB/T 12534-1990[S].北京：中国标准出版社，1990.

[8]全国汽车标准化技术委员会.汽车滑行试验方法：GB/T 12536-1990[S].北京：中国标准出版社，1990.

[9]全国汽车标准化技术委员会.电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法：GB/T 18386-2005[S].北京：中国标准出版社，2005.

Simulation Analysis of a Pure Electric Bus Performance Based on Sliding Resistance with Integral Calculation Method

SongGuanghui,Cui Junbo,Li Nan,SongYang
（Commercial Vehicles Research Institute,ZhejiangGeelyNewEnergyCommercial Vehicles Co.,Ltd,Hangzhou 311228,China）

This paper uses the integral method to fit out the sliding resistance of the pure electric bus based on the sliding test data of a domestic pure electric bus.Then the sliding resistance coefficient is applied to the simulation analysis ofthe drivingrange,the power consumption and the energyconsumption ratio.Bycontrastingthe simulation and the test results,it shows that the method is feasible.

pure electric bus;slidingresistance;integral calculation method;performance simulation

U467.1

A

1006-3331（2017）06-0001-03

宋光辉（1983-），男，工程师；研究方向为新能源商用车动力系统的集成化。

修改稿日期：2017-09-05