纯电动乘用车经济性参数灵敏度分析

付佳　盛德涛　胡中全

摘 要：本文选取某微型纯电动乘用车为研究对象，构建数学模型并提出试验载荷、滚动阻力系数对能耗经济性影响程度的参数灵敏度计算方法，分析结果表明匀速行驶工况试验载荷及滚动阻力系数的灵敏度等同，匀加速工况滚动阻力系数灵敏度较高，为改善纯电动乘用车经济性提供设计参考。

关键词：纯电动乘用车;经济性;参数;灵敏度

1 前言

纯电动乘用车是以车载动力电池包为电源，依靠大功率驱动电机提供动力的交通工具，具有清洁无污染、能量转换效率高、结构简单等优点[1]。

评价纯电动乘用车能耗经济性的指标包括续驶里程、单位里程能量消耗和单位能量消耗行驶里程等[2]。本文采用单位里程能量消耗评价纯电动乘用车的经济性，它是指单位行驶里程消耗的动力电池包电能。

纯电动乘用车经济性的影响参数有很多，而且各参数的影响程度即参数灵敏度也不同。用灵敏度分析进行关键设计参数的选择[3-5]，明确各参数对经济性的影响[6]。纯电动乘用车产品开发设计过程中，对经济性影响较大的参数进行改善，从而达到提高经济性指标的目的[7]。

2 理论定性分析

结合某车型自身的实际状态，选定试验载荷、滚动阻力系数两个参数对经济性进行参数灵敏度分析。

2.1 数学模型建立

由于纯电动乘用车行驶过程中电气附件的功耗较低，本文不考虑电气附件的功耗，则其单位里程能耗为：

式中：E为单位里程消耗，单位kWh;P为车辆行驶需求功率，单位kW;S为续驶里程，单位km;t为行驶时间，单位h。

匀速行驶工况下，某时间间隔t内，以速度V匀速行驶时，纯电动乘用车功率平衡方程

式中：为整车工作效率;m为纯电动乘用车试验载荷，单位kg;g为重力加速度，单位m/s2;为滚动阻力系数;V为行驶车速，单位m/s;为风阻系数;A为正投影面积，单位m2。

由式（1）和式（2）可得，车辆匀速行驶续航里程S时，其单位里程能耗如式（3）所示：

式中：为车辆匀速行驶工况单位里程能量消耗，单位kWh/km。

匀加速行驶工况纯电动乘用车的功率平衡方程

式中：为旋转质量转换系数;为加速度，匀加速行驶工况下为常量。

某匀加速工况下，车辆从车速V1加速至V2的过程中，设定加速度为a，单位里程能耗如式（5）所示：

1.2 经济性参数灵敏度

经济性参数灵敏度的定义是车辆参数变化对其经济性的影响程度。匀速行驶工况及匀加速行驶工况经济性参数归一化灵敏度分别为

2 计算分析

2.1 匀速行驶工况灵敏度

由式（3）分别与式（6）（7）联立可得

为对试验载荷、滚动阻力系数、两个参数的灵敏度有一个全面的认识，采用赋值法对试验载荷灵敏度进行分析，取匀速行驶车速80km/h。基于试验载荷的初始值分别作2%、4%、6%、8%、10%变化，得到其对应的灵敏度的变化率，然后以各参数为横坐标、灵敏度为纵坐标，绘制灵敏度函数曲线。因为试验载荷灵敏度与滚动阻力系数灵敏度相等，故只对试验载荷灵敏度进行分析。

通过图1可知，匀速工况试验载荷灵敏度较高。

2.2 匀加速行驶工况灵敏度

由式（5）进行积分可得

由式（12）分别与式（8）（9）联立可得

为对两个参数的灵敏度有一个全面的认识，采用赋值法对其灵敏度进行分析，假定V1为10km/h、V2为40km/h、a为0.50 m/s2。采用与匀速行驶工况相同的方法分别绘制两个参量的灵敏度曲线。

由图2、图3可得，匀加速行驶工况滚动阻力系数灵敏度较高。

3 结论

（1）对于某微型纯电动乘用车，构建数学分析模型，确定其整车关键技术参数，选定续驶里程的主要影响参变量滚动阻力系数、试验载荷。

（2）采用参变量归一化分析方法，确定车辆匀速行驶工况、匀加速行驶工况的各参变量灵敏度函数。

（3）通过对车辆匀速行驶工况、匀加速行驶工况的灵敏度函数进行计算分析，得出匀速行驶工况试验载荷、滚动阻力系数的灵敏度相等且较敏感;匀加速行驶工况滚动阻力系数的灵敏度较高。

参考文献：

[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，2002：24-25.

[2]王震坡、甄子健.纯电动汽车能耗经济性评价方法研究[J].高技术通讯，2007，17（2）：171-174.

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[4]Yang Y P，Chuang D S. Optimal design and control of a wheel motor for electric passenger cars[J].IEEE Transactions on Magnetics，2007，43（1）：51-61.

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[6]余志生，《汽車理论》[M]，3版.北京：机械工业出版社，2000：1-29.

[7]陆建辉，黄晓丹，李以盛等。汽车有关参数对动力性、燃油经济性敏感性的研究[J].汽车工程，1990（1）：48-58.