廣告
基于大數(shù)據(jù)的電動乘用車主參數(shù)和主性能分析
2020-06-03 00:12:44· 來源：《基于大數(shù)據(jù)的電動乘用車主參數(shù)和主性能分析》 作者：北京長城華冠汽車研發(fā)有限公司
1 前言從2014年8月到2019年12月工信部先后發(fā)布了29批《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》，經(jīng)過幾年的電動汽車的研發(fā)與實踐，從電動汽車的策劃、設(shè)計、試制
1 前言
從2014年8月到2019年12月工信部先后發(fā)布了29批《免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄》，經(jīng)過幾年的電動汽車的研發(fā)與實踐，從電動汽車的策劃、設(shè)計、試制、試驗再到生產(chǎn)都有了長足的進(jìn)步?，F(xiàn)在以截至2019年12月的產(chǎn)品公告技術(shù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從宏觀的整體技術(shù)參數(shù)與性能方面做一下盤點，文獻(xiàn)對2014～2017年的產(chǎn)品進(jìn)行了分析與評價，文獻(xiàn)對2014～2019年產(chǎn)品的能量密度及續(xù)駛里程進(jìn)行過解析，本文作為補(bǔ)充，再從其它的維度（包括車型尺寸、質(zhì)量、電機(jī)動力和電量消耗等）進(jìn)行梳理，重點對主參數(shù)和主性能做一次全面的總結(jié)。
2 整備質(zhì)量與車輛尺寸
2.1 車輛尺寸與級別
乘用車按形體分類，按大小分級。同一級別中，又以動力功率（發(fā)動機(jī)排量）、驅(qū)動型式、手動（自動）變速器、裝備等進(jìn)行細(xì)分。圖1是轎車的分級，是基于車型尺寸的大小，也就是基于車長和車寬進(jìn)行的分級。中國車型的分級為：微型車（A00）、小型車（A0）、緊湊型車（A）、中型車（B）、大型車（C）、豪華型（D）及禮賓型（E）等；電動乘用車，除了動力源（電池代替燃油、電機(jī)代替發(fā)動機(jī)）和相應(yīng)附件及控制不同外，其它基本與傳統(tǒng)汽車相同。作為傳統(tǒng)燃油汽車的補(bǔ)充或未來的替代產(chǎn)品之一，電動乘用車各方面與傳統(tǒng)車的對比至關(guān)重要，尤其在外觀、駕駛、乘坐和操控感覺等方面更是如此。
2.2 燃油乘用車的整備質(zhì)量與廣義體積
按汽車的分級，高級別的車型，尺寸大而寬敞、乘坐舒適可靠、操控輕便平穩(wěn)、動力強(qiáng)勁有力、裝備齊全華美、甚至車體帶升降功能以提高通過性。這些總體上說都是最終以重量（質(zhì)量）增加為代價的。總之車輛越大，整備質(zhì)量也越大，圖2是以中國某年注冊的燃油乘用車為樣本，統(tǒng)計兩廂轎車、三廂轎車、SUV、MPV或小客車，按不同級別計算的平均值：包括平均廣義體積（車長×車寬×車高）和平均的整備質(zhì)量。比如A級的三廂轎車，平均廣義體積為11.92 m3，平均整備質(zhì)量是1 285 kg。
2.3 電動乘用車的整備質(zhì)量與廣義體積
用同樣的方法，統(tǒng)計電動車的外形尺寸，并與相應(yīng)的整車整備質(zhì)量關(guān)聯(lián)，得到電動乘用車的整備質(zhì)量與廣義體積的關(guān)系如圖3，從目前電動車樣本的統(tǒng)計看，其平均線是：
式中M 為整車整備質(zhì)量，V 為廣義體積。
圖3給出了平均線的0.8～1.2倍數(shù)線，其內(nèi)涵蓋了絕大多數(shù)的車型樣本值，超出范圍的車型樣本很少。與燃油車相比，同樣大小的車體，電動汽車的整備質(zhì)量大。從目前的統(tǒng)計看，小型車的整備質(zhì)量差別較大。大型車的整備質(zhì)量差別較小，可能是目前電動車樣本的最高車速較低的緣故。用2.2中所述平均廣義體積為11.92 m3的傳統(tǒng)A級車，算得電動車的平均質(zhì)量是1 464.5 kg（用V=11.92代入式（1）得出）。
2.4 不含電池的整車質(zhì)量與廣義體積
電動乘用車與傳統(tǒng)燃油汽車比，能源和動力系統(tǒng)是主要區(qū)別，其中電池是電動汽車比燃油汽車重的根本因素，也就是說電動汽車的廣義密度（整備質(zhì)量與廣義體積之比）比傳統(tǒng)的燃油車大，都是電池的能量密度不高引起的。當(dāng)電池的能量密度一定時，電池的能量大小取決于電池的質(zhì)量，電池的能量決定了續(xù)駛里程，但質(zhì)量的增加反過來又限制了續(xù)航能力。對于電動汽車，輕量化更顯得重要，一方面車要減重，另一方面電池也要控制重量。因此，將整車整備質(zhì)量M 分解成“不含電池的整車質(zhì)量M1”和“電池系統(tǒng)的質(zhì)量M2”兩部分，M=M1+M2，對一個確定的車型，假定M1是基本不變的，可當(dāng)作一個常數(shù)，M2是決定總電能和續(xù)航里程的關(guān)鍵因素。圖4是不含動力電池的整車質(zhì)量M1與廣義體積V 的統(tǒng)計關(guān)系，是基于現(xiàn)有的電動車產(chǎn)品樣本，其平均線為：
用V=11.92 m3代入式（2），得不含電池的整車質(zhì)量平均值是M1=1 147.2 kg。由此動力電池系統(tǒng)的平均質(zhì)量可通過式M2=M–M1 計算得到其結(jié)果，也即是M2=1 464.5–1 147.2=317.3 kg。
2.5 動力電池系統(tǒng)的質(zhì)量與廣義體積
同樣的能量密度下，動力電池越重，整車的能量越大，續(xù)航里程也越長，圖5為現(xiàn)有電動車產(chǎn)品的電池質(zhì)量(M2)與整車廣義體積V 的對應(yīng)散點圖，其平均線表示為：
圖5給出的±50 kg和±100 kg所包圍區(qū)域。若用A 級車的平均廣義體積V=11.92 m3，代入式（3）后得M2=317.1 kg，與2.4所算的結(jié)果317.3相差0.2 kg。
3 電機(jī)動力與整車整備質(zhì)量
3.1 電動機(jī)的功率與整備質(zhì)量
如同燃油汽車，若想獲得良好的動力性，必須有動力強(qiáng)勁的發(fā)動機(jī)作為支撐，電動汽車也一樣，好的動力依賴于好的電機(jī)動力輸出?；仡?019年之前的電動乘用車產(chǎn)品，統(tǒng)計研究電機(jī)總功率與整備質(zhì)量的關(guān)系（圖6）其平均線可用Pe來表達(dá)。
圖6 中以平均線為中心，上下擴(kuò)展其倍數(shù)線，（0.4～2.0或更大），本文稱之為“動力強(qiáng)勁度級別”。對應(yīng)本例中M=1 465 kg，不同級點的功率值分別是27 kW（0.4）、41 kW（0.6）、55 kW（0.8）、68 kW（1.0）、82 kW（1.2）、96 kW（1.4）、109 kW（1.6）、123 kW（1.8）、137 kW（2.0）或更高。
3.2 電機(jī)的峰值功率與峰值轉(zhuǎn)矩
在傳統(tǒng)的汽車中，發(fā)動機(jī)的最大功率和最大轉(zhuǎn)矩是最重要的性能指標(biāo)，它決定了汽車的動力性能。對于電動汽車來說，相當(dāng)于動力電機(jī)的峰值功率和峰值轉(zhuǎn)矩，從汽車公告中提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，形成車型樣本的單電機(jī)功率轉(zhuǎn)矩如圖7所示。從現(xiàn)樣本中得：單電機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩為：
主要區(qū)間為：Te=（0.8～1.2）（116.7ln(Pe)-273.3）。如果選用68 kW的電機(jī)，它的轉(zhuǎn)矩可能在（175（0.8）～263（1.2））N·m之間，平均值是219 N·m。
3.3 轉(zhuǎn)矩與整備質(zhì)量
關(guān)聯(lián)電機(jī)總的峰值轉(zhuǎn)矩與整備質(zhì)量，得到圖8，總體的關(guān)聯(lián)性可用線性關(guān)系表達(dá)。目前產(chǎn)品的平均線可表示為：
整體的數(shù)據(jù)基本分布在（0.6～2.0）倍距的范圍內(nèi)，也就是說現(xiàn)有的產(chǎn)品基本分布在Te=（0.6～2.0）（0.215 8M-81.5）之間。從動力性表現(xiàn)上說，從下到上，轉(zhuǎn)矩強(qiáng)勁度增強(qiáng)（加速時間短、反應(yīng)速度快），還是以整備質(zhì)量為1 465 kg的電動轎車為例，當(dāng)前產(chǎn)品的轉(zhuǎn)矩分布范圍是(140(0.6)～373(1.6))N·m，平均值是233 N·m。
3.4 電池能量與整備質(zhì)量
對于一個設(shè)定的車型，動力電池的能量配備如何，不一定是能量越大越好，能量越大電池質(zhì)量也越大，視用戶群體的不同，要把握一個度。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電池的能量密度逐年提高，用近兩年（2018～2019年）的樣本數(shù)據(jù)，制作的圖9表達(dá)了整車能量與整備質(zhì)量的關(guān)系，公式為：
式（7）表達(dá)整體的能量平均線與整備質(zhì)量的函數(shù)關(guān)系。其中Ee=(0.7～1.4) (52.8ln(M-337.4）也覆蓋了絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)，基本代表近2年的產(chǎn)品情況。
3.5 續(xù)駛里程與整備質(zhì)量
NEDC工況下的續(xù)駛里程與整車整備質(zhì)量的對應(yīng)關(guān)系用圖10表示，圖中的數(shù)據(jù)同樣是以近2年的產(chǎn)品為樣本，其數(shù)據(jù)特征如歸結(jié)為對數(shù)函數(shù)表達(dá)，整體的數(shù)據(jù)基本由Sn=(0.6～1.4) (242.63ln(M-142）所包絡(luò)，中心線為：
式（8）為目前的平均續(xù)駛里程線與整備質(zhì)量的函數(shù)關(guān)系。但從目前來看，電動車的續(xù)駛里程尚未達(dá)到用戶的理想預(yù)期。
4 乘用車電耗與整備質(zhì)量
4.1 乘用車電耗的法規(guī)限值
為節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境，國家于2018年12月28日發(fā)布了GB/T 36980—2018《電動汽車能量消耗率限值》，并在2019年7月1日開始實施，標(biāo)準(zhǔn)中分2個階段（1階段和2階段），其限值延用了乘用車燃油消耗量限值的表達(dá)方式，同樣是按整車整備質(zhì)量分段，將其表格轉(zhuǎn)化階梯圖，如圖11表示，將其階梯圖化為線性圖，用公式表達(dá)能量消耗率為：
電動汽車能量消耗率限值是強(qiáng)制性的，不滿足的不允許上市，對于整備質(zhì)量為1.465 t 電動車，計算得：YS1=16.6 kW·h/100 km（查表也是16.7），YS2=14.2 kW·h/100 km（查表也是14.3），也就是說，1.465 t的乘用車，現(xiàn)階段的電量消耗必須<16.7 kW·h/100 km 才可上市，到2 階段時，則須<14.3 kW·h/100 km才允許銷售。
4.2 乘用車的電能消耗與整備質(zhì)量
在汽車企業(yè)上報新能源汽車車型目錄時，車型的油耗或者電耗是必須上報的主要參數(shù)，從汽車公告數(shù)據(jù)中，搜尋電動乘用車的電耗數(shù)據(jù)，2018年～2019年的NEDC工況下電耗與整備質(zhì)量，用圖12表示。
式（11）覆蓋了所有的電耗點，平均水平線可用Y=8.16ln(M)-45.12表示。除了3個點（2019年7月1日法規(guī)發(fā)布前的車型外），都滿足電耗限值標(biāo)準(zhǔn)（第1階段）的要求，并有近一半以上同時滿足第2階段的要求。另外整備質(zhì)量小的更容易達(dá)到限值的要求，鼓勵汽車小型化。
4.3 乘用車的廣義電耗
電動汽車的電耗，在產(chǎn)品開發(fā)的定義和設(shè)計階段通常是通過計算或比對獲得，到有樣車時再通過實測來確認(rèn)，最終以產(chǎn)品的實測為準(zhǔn)。在設(shè)計、試制、試驗和改進(jìn)過程中會越來越好。在策劃階段，通常經(jīng)過市場分析、趨勢分析、法規(guī)分析、產(chǎn)品對標(biāo)及產(chǎn)品定位等方方面面來確定電耗的指標(biāo)（目標(biāo)），在規(guī)劃前期，為簡單方便，可先用廣義電耗來估算，即用電池的總能量除以續(xù)駛里程來估計電耗的量級。圖13是廣義電汽車文摘4汽車文摘耗與整備質(zhì)量的關(guān)系圖。
4.4 綜合電耗與廣義電耗比
綜合電耗和續(xù)駛里程是在特定試驗條件下測出的，和汽車的燃油消耗量一樣，目前都是用“NEDC工況”，未來將要統(tǒng)一成“WLTC工況”，但無論哪一個工況，同一類車型的相互比較，可比性強(qiáng)，但與千差萬別的道路駕駛相比也一定是有出入的?？偨Y(jié)一下廣義電耗與綜合電耗的差別，有利于前期的正確評估。從圖14知，綜合電耗與廣義電耗較為接近：
在前期簡單估算時，可用廣義電耗代之進(jìn)行先期的計算和評估。
5 動力性能與整備質(zhì)量
5.1 比功率與最高車速
汽車的速度越高需要的功率越大、能耗也越高。在汽車產(chǎn)品中，有動力型和經(jīng)濟(jì)型之分，經(jīng)濟(jì)型汽車最高車速不高，但節(jié)能、適合于市內(nèi)代步。不論是燃油車還是電動車，汽車的最高車速都與比功率(功率與質(zhì)量之比)強(qiáng)相關(guān)，目前電動乘用車的比功率與最高車速如圖15所示，圖中標(biāo)出了部分外國品牌代表車型在圖中的位置。
5.2 最高車速與整備質(zhì)量
用近年電動乘用車的最高車速與對應(yīng)的整備質(zhì)量形成圖16（區(qū)分中國品牌與部分外國品牌），從近年的車型看，有特斯拉、蔚來、寶沃、捷豹為代表的高動力型（最高車速大），但最高車速在(100～170) km/h的節(jié)能適用型產(chǎn)品占絕對的多數(shù)。在產(chǎn)品的規(guī)劃中，根據(jù)用戶不同的需求，開發(fā)出不同的產(chǎn)品，而不一定是一味追求“高車速”的設(shè)計，畢竟高速度以高耗能為代價，與節(jié)能減排不符。
5.3 功效與整備質(zhì)量
功效是在文獻(xiàn)提出來的，可用來評價車輛內(nèi)部能力的發(fā)揮程度，可通俗地理解為1 kW·h（1度電）的能量能把1 t的質(zhì)量推送的距離是多少km（公里）。圖17是用2018～2019年的電動乘用車樣本數(shù)據(jù)計算并繪制的功效圖，圖中的平均功效線表達(dá)為:
式（14）表達(dá)的是當(dāng)前的中等（平均）水平。
式（15）幾乎覆蓋了所有的點，顯然是Lw 越大越好。
6 結(jié)束語
對近6年的產(chǎn)品研發(fā)與實踐成果作一次總結(jié)，尤其是對近2年的產(chǎn)品做一下盤點（復(fù)盤），以圖的形式回顧一下電動汽車的主參數(shù)和主性能。其做法是作相關(guān)數(shù)據(jù)的散點圖并進(jìn)行趨勢線分析，以平均趨勢線為基準(zhǔn)，對相關(guān)參數(shù)與性能進(jìn)行級別的劃線（做臺階），形成基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的評價圖。在產(chǎn)品的更新與換代時，可對照原有產(chǎn)品所在的位置，確立新產(chǎn)品的目標(biāo)點，讓每一次開發(fā)都有進(jìn)步或跨躍一個新臺階。
汽車是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，針對客戶的不同需求，必須從結(jié)構(gòu)、性能、成本、美學(xué)等方面入手，綜合權(quán)衡各種細(xì)節(jié)因素，不能指望各方面全優(yōu)，需要取舍，需要綜合平衡，開發(fā)恰當(dāng)?shù)倪m銷對路的產(chǎn)品才是企業(yè)獲得競爭優(yōu)勢的根本。
廣告 編輯推薦
最新資訊
-
“汽車爬坡試驗方法”將有國家標(biāo)準(zhǔn)
2026-03-03 12:44
-
十年耐久監(jiān)管時代：電池系統(tǒng)開發(fā)策略將如何
2026-03-03 12:44
-
聯(lián)合國法規(guī)R59對機(jī)動車備用消聲系統(tǒng)的工程
2026-03-03 12:08
-
聯(lián)合國法規(guī)R58對后下部防護(hù)裝置的工程化約
2026-03-03 12:07
-
聯(lián)合國法規(guī)R57對摩托車前照燈配光性能的工
2026-03-03 12:07
