基于用户视角的纯电动城市客车性能测试评价

叶 磊，张国振，李 成，姚 波，张 涛

(1．重庆车辆检测研究院有限公司，重庆 401122;2．工业和信息化部装备工业发展中心，北京 100846;3．交通运输部科学研究院，北京 100029)

在新能源客车推广应用以及产业化快速发展的同时，也出现了产品质量和性能良莠不齐等问题［1－2］。为使广大新能源公交运营企业深入了解纯电动城市客车的技术现状，推动纯电动车辆技术进步，提升城市客车使用效率和推广应用效果，为公交行业推荐更符合公交需求的优秀纯电动城市公交产品，需要行业第三方机构站在用户的视角，聚焦用户关心的技术性能，从专业角度对纯电动城市客车的能耗水平、续驶里程、动力性能及车内噪声等性能指标进行综合测评。

1 纯电动城市客车测试方案设计

考虑到当前纯电动城市客车的技术水平以及推广应用情况，选取车长为10～12 m段的车辆作为本次测评对象，并对参与测评的车辆进行以下几方面的特殊规定:a)工信部《新能源汽车推广应用推荐车型目录》内车型;b)车载动力电池为慢充类型;c)车长大于11 m的车型须为一级踏步车，小于11 m可为一级或二级踏步车。

1.1 工况确定

目前，国内关于纯电动汽车的能耗和续驶里程的测试都是基于某种特定的工况，且对车辆的测试条件也有一定的要求。其中，关于纯电动城市客车的续驶里程和能量消耗量测试主要基于国家标准［3］中的等速法进行。然而，纯电动城市客车在实际运行中的工况是极其复杂的，尤其在我国北方大部分城市，车辆在冬天运行过程中还要开启空调暖风来维持车内的温度，据行业经验，寒冷季节空调耗电量最高可占整车总电耗的30%以上［4－5］。因此，为了能够更好体现实际公交运营状况，此次评价赛确定的工况包括最高车速、最大加速度、最大减速度以及怠速等特征参数，较为真实地模拟车辆在实际运营过程中的停车起步、加速、稳速、滑行减速和制动减速停车等简易工况特征，其循环工况曲线及特征参数见图1和表1。另外，对于测试的环境条件、加载条件、车速以及空调等都有明确规定，如统一按照3 t加载，在真实道路(环境温度约10℃)上进行，以及全程空调处于制热模式，且需保持车内温度达到21℃等约束条件，以此工况运行评价其综合能耗。

图1 一个完整的循环工况

表1 工况特征统计

1.2 测评方法

公交运营企业在选型购车时，首先关心的是车辆的续驶里程，该指标直接决定了车辆投放的运营线路的长短;其次，会考虑车辆运营后的能耗水平，这直接决定了车辆的运营成本;另外，部分公交企业也会担心车辆的动力性，希望电动车能够保证基本的爬坡和加速能力;最后，为了保证驾乘人员能有一个相对舒适的乘车环境，其相对安静的车内环境也是需要考虑的因素。当然，购车成本也是非常重要的影响因素。综合考虑，采用非破坏性的测试方法，将选取能耗、续驶里程、动力性能和车内噪声4个方面的5个指标进行测试评价，其具体项目及测试方法如下:

1)百公里耗电量。SOC 100%状态下出发，行驶约55 km，再次充电至SOC 100%，记录充电量，计算百公里耗电量。

2)续驶里程。根据行驶约55 km的用电量和动力电池实际最大可用电量，推算实际续驶里程。

3)爬坡时间。在一定坡度的坡道底部起步并通过该坡道，记录车辆从起步爬至坡顶的时间。

4)加速时间。在平直路面上车辆原地起步，记录车辆从起步至车速达到50 km/h的时间。

5)车内噪声。车辆以50 km/h的速度匀速行驶，测量驾驶员耳旁和车内后桥上方的噪声。

2 测试结果分析

在交通运输部运输服务司的指导下，由交通运输部科学研究院、中国公路学会客车分会、中国道路运输协会城市客运分会、国家客车质量监督检验中心和亚洲开发银行等5家机构共同主办，于2018年11月28日至12月1日在重庆机动车强检试验场进行全国新能源公交车性能评价赛。测试前对参赛车辆进行了参数核查，保证各项参数与产品公告一致，其中，要求车长和质量参数相对该车型的《公告》申报值分别在1%和3%以内，所有车辆均按照3 t进行配载，包含沙袋、测试人员、驾驶员、测试设备及其他辅助物品，按照前述的测试方法依次进行测试。

受篇幅限制，本文仅选取车长为10～11 m段的10辆车的测试数据，仅对能耗和续驶里程两项测试结果进行分析。另外，国家工信部发布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》(以下简称《推荐目录》)中所明示的各个纯电动城市客车产品的续驶里程以及Ekg(吨百公里能耗)指标是基于国家标准GB/T 18386—2017中的等速法进行测试［3］。鉴于此，笔者将本次评价赛所测得的数据和该车型在《推荐目录》中的续驶里程和能耗结果［6］进行对比分析，结果见表2。

表2 不同测试工况下的续驶里程和能耗对比

标准［3］工况中的能量消耗量依据《推荐目录》中车型的最大总质量、整备质量和Ekg值进行换算。

由表2数据可以看出，本次评价赛样车的电耗差异比较大，其平均值为87.91 kW·h/100 km，比《推荐目录》公示的平均能耗高约34.58 kW·h/100 km，这是由于在标准［3］测试中采用等速法测试，加之空调全程处于关闭状态。因此，相对于本次评价赛工况，标准［3］工况的能耗水平明显低很多，而续驶里程则要高很多。另外，图2所示为评价赛实测值与《推荐目录》中的能耗和续驶里程公示值的比值，可以看出，各车型的能耗实测值均大于公示值，两者之比在1.0～2.0之间，平均为1.6，车型间也存在很大差异。以上结果说明，由于测试条件的不同，不能完全依赖《推荐目录》［6］中公示的能耗值进行简单的折算来推测车辆的实际能耗水平。

图2 评价赛测试值与公示值之比

从表2还可以得到，参赛车型的推算续驶里程的平均值为258.8 km，车型间的差异较大。本次参赛的10辆样车的动力电池电量从141 kW·h到313 kW·h，平均 233 kW·h，从平均值来看，每增加1 kW·h电量可以增加1.1 km的续驶里程，其中，电耗低的车型可以做到增加1 kW·h电量增加1.32 km续驶里程，而最差的车型只能做到增加1 kW·h电量得到0.86 km的续驶里程。显然，车辆的续驶里程除了受动力电池电量影响之外，与车辆能耗水平的关系也很大。另外，从图2中也可以得到，各车型的续驶里程实测值与公示值之比在0.45～0.85之间，平均仅为0.62。

3 相关建议

为了提升纯电动城市客车的推广应用效果，车辆生产企业可以从以下几个方面提高车辆的能耗水平:

1)优化车辆动力性与能量利用率［7］。车辆的动力性和能耗指标是相互矛盾的，为了增加动力性，要求车辆具有更大的后备功率，但是后备功率增大了，必然会降低动力系统的负荷率，从而使能耗经济性变差，因而在综合评价车辆的性能时，不能只是片面地追求整车的动力性或者经济性指标，应在车辆动力性和经济性之间进行合理优化、协调和匹配。

2)合理匹配动力系统参数，优化车辆续驶里程。与城市客车实际运行状况较为接近的评价赛工况的平均速度为23 km/h，若每天运行10 h，车辆的续驶里程需求为230 km。据公交公司统计，单车日均运行里程约为170～180 km［8］，车辆续驶里程能够满足一天的实际运行后其SOC仍有20%左右剩余较为合适，则车辆续驶里程的匹配值为210～225 km可满足公交公司的实际运行需求。车辆续驶里程越大，对应动力电池总储电量(kW·h)越高、动力电池总成质量越大、车辆整备质量越大，越不利于车辆轻量化和安全运行。因此，续驶里程可根据实际运营的公交线路的长度和运营次数，满足一天的实际运行即可，不鼓励过大的续驶里程值。

3)降低整车阻力提高整车经济性［9－10］。开展轻量化、低滚阻、低风阻技术研究，降低整车的行驶阻力，研发先进高效的动力系统新构型、低能耗的电机及控制器，提高动力系统效率，研究低能耗的电空调、电转向、电动空压机等电附件及其高效智能控制技术，降低附件的能耗，研究整车智能化的综合能量控制技术，智能控制方面，从能耗管理数字化开展，最终基于工况识别、道路状态、车辆状态和智能高度的最优能量管理。