Open Journal of Transportation Technologies 交通技术, 2019, 8(6), 403-416
Published Online November 2019 in Hans. /journal/ojtt
/10.12677/ojtt.2019.86049
Effect of Actual Road Conditions on the
Energy Consumption of Electric
Vehicles
Zhicheng Sun1,2, Guang Chen1, Tianlu Dai1, Kai Zhu1, Kexun He1, Su Li2*
1CATARC Automotive Test Center (Tianjin) Co., Ltd., Tianjin
2Hebei University of Technology, Tianjin
Received: Nov. 1st, 2019; accepted: Nov. 13th, 2019; published: Nov. 20th, 2019
Abstract
In order to study the factors affecting the power consumption of electric vehicles in the actual road, three typical routes were selected in Tianjin, namely urban congestion, suburban smooth and suburban high speed, and several road tests were carried out. Then, based on a certain elec-tric vehicle, AVL Cruise was used to establish the dynamic model of the whole vehicle system to research the influence of road condition on energy consumption of electric vehicle based on si-mulation of three kinds of road condition. The results show that the speed and acceleration dis-tribution of the three kinds of road conditions are different, and the energy consumption was the highest on highway condition, the urban congestion is the second most, and the suburban smooth is the least, which indicates that the speed and acceleration in the road conditions is one of the main factors affecting the energy consumption of electric vehicles.
Keywords
Electric Vehicle, Road Test, Condition Characteristics, Energy Consumption
孙志诚1,2，陈光1，戴天禄1，朱凯1，贺可勋1，黎苏2*
1中汽研汽车检验中心(天津)有限公司，天津
2河北工业大学，天津
收稿日期：2019年11月1日；录用日期：2019年11月13日；发布日期：2019年11月20日
*通讯作者。
孙志诚 等
摘 要
为了研究实际道路中影响电动汽车电耗的因素，在天津市选取了三条典型路线，分别是市区拥堵、郊区畅通和郊区高速，进行了若干次道路试验。然后以某款电动汽车为原型，运用AVL Cruise 建立了整车系统动力学模型，并以此对三种工况下电动汽车的能耗进行了仿真试验，研究了道路工况特征对整车能耗的影响。结果表明三种路况下的速度、加速度分布差异较大，而且电动汽车在郊区高速路况下能耗最大，城市拥堵路况次之，郊区畅通路况下能耗最小，说明道路工况中的速度、加速度分布是影响电动汽车能耗的主要因素之一。
关键词
电动汽车，道路试验，工况特征，能耗
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1. 引言
近年来，中国电动汽车市场蓬勃发展，电动汽车的续航里程越来越大，但是据调研显示电动汽车的续航里程是消费者重点关注但是满意度较低的指标之一[1] [2]。
虽然中国已然是世界上新能源汽车的最大市场，但是当前对于电动汽车能耗研究仍有不足，大多数对电动汽车能耗的研究仍集中于试验室环境，在底盘测功机或转毂试验台，按照预定的试验工况进行测试，这种测试难以反映电动汽车在实际道路中的性能表现。刘成祺等人对某款增程式电动汽车在冬季时的能耗进行了测试，结果表明试验车辆在高速路况下电耗最高，在城市快速路况下电耗最低[3]。张恒嘉等人组建了纯电动汽车和辅助车组成的车队，对电动汽车在实际道路的客观性能表现及其评价方法进行了研究[4]。宋媛媛等人利用台架模拟的方法分析了车辆行驶参数(如速度、加速度)等对能耗的影响，探索了电动汽车行驶参数与电能消耗的关系[5]。
因此，本文以某款国产电动汽车为试验对象，根据天津市道路特点制定试验方案，测试了该车辆在实际道路中的运行状况，并对测试的能耗数据进行了统计分析，以讨论导致电动汽车在不同路况下能耗差异的原因。
2. 测试方案的设计
2.1. 试验对象
试验车辆采用的是某国产纯电动汽车，车辆基本参数如表1所示。
2.2. 测试路线
为了排除单一路况对车辆性能的影响，更加客观的评测道路条件对车辆的影响，在天津市内根据交通状况的不同，选取了三条典型路线。分别为市内拥堵、市内通畅和郊区高速。
1) 市区拥堵(后文简称R1，如图1)：拥堵路况。
孙志诚等
往返距离：57 km；平均车速：22.5 km/h。
路线特点：市中心、车多、人多、灯多、学校医院多。此路线要求必须在上下班高峰期开展路试。
Table 1. Basic performance parameters of the vehicle
表1.车辆基本性能参数
整备质量1598
外形尺寸/mm 4631 × 1789 × 1495
电动机功率/kW(N∙m) 95
电池容量kWh 41
续航里程/km 300
驱动形式前驱
Figure 1. Urban congestion R1 roadmap
图1.城市拥堵R1路线图
2) 郊区畅通(后文简称R2，如图2)：畅通工况。
往返距离：46 km；平均车速：44.6 km/h。
路线特点：路线处于郊区，比较顺畅。
3) 郊区高速(后文简称R3，如图3)：高速工况。
往返距离：52 km；平均车速：64.6 km/h。
路线特点：全程高速，车辆全程基本处于高速工况。
2.3. 试验步骤
试验员在启动车辆之后，进行路跑试验之前需要在记录车辆相关数据，确定测试路线后，开始正式试验。在路跑试验结束之后，再次记录车辆相关数据，然后用充电桩对车型进行充电，直至充满，此时记录充入电量，最后关闭车辆，至此一次路跑试验结束。试验结束后，试验数据会自动上传到云端服务器。
孙志诚 等
Figure 2. Suburban smooth R2 roadmap 图2. 郊区通畅R2路线图
Figure 3. Suburban high speed R3 roadmap 图3. 郊区高速R3路线图
2.4. 试验人员
为减小驾驶习惯对试验的影响，试验均是由一名有二十年驾龄的驾驶员完成，并尽量以相同的驾驶方式按固定路线行驶。
2.5. 基于实际道路工况的仿真分析
因为在实际道路试验中不方便布置传感器等因素，为了得到车辆电流、电压、功率等参数，本文利用CRUISE 对车辆进行了建模，对三种实际道路的工况进行仿真试验，模型包括动力电池、电动机、主减速器、轮胎、控制系统等，如图4所示。将三个工况导入模型中，然后进行计算，由计算结果可知，仿真试验计算的电耗与实际电耗的误差在5%以内，因此可以认为车辆模型是正确的，
计算结果可以反应
孙志诚等车辆真实的运行情况。
Figure 4. Simulation model of a domestic electric vehicle
图4.某国产电动汽车的仿真模型
3. 工况曲线及其特征分布
3.1. 工况曲线
图5为三个路况下的工况典型工况曲线，从图中可以看出车辆R1路况下车辆频繁加减速，平均速度较低；车辆在R2路况下车辆平均速度较高，加减速较为频繁；车辆在R3路况下平均速度最大，加减速频率最低。
3.2. 加减速分布
国产电动汽车从图6中可以看出在拥堵路况时怠速比例最高，在高速路况时匀速比例最高。在拥堵、畅通和高速路况时加速和减速比例相差不大，都在20%左右。这是因为在拥堵路况，车辆启停次数较多，导致怠速比例高，匀速比例小；在高速路况中车辆大部分时间都在高速行驶，因此怠速比例低，匀速比例高；在畅通工况中车辆启停次数相对于拥堵工况较少，因此怠速和匀速比例处于拥堵工况和高速工况之间。NEDC的匀速比例相对于中国工况高15%，这是因为NEDC时一个稳态工况，速度变化平稳，与实际生活中车辆实际使用状况相差较大，因此采用NEDC工况测得的能耗比实际能耗小[6]。CLTC工况匀速时长占总时长的22.83%，占比相对较小，更加接近实际使用工况。
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