轻量化技术对纯电动客车的节能影响分析

李桉楠， 周雯雯， 季金强， 戴世佳

(扬州亚星客车股份有限公司， 江苏 扬州 225000)

纯电动客车的节能方式有很多种，如电机系统效率提升，制动能量回收控制、热管理、车辆造型设计、低滚阻轮胎的使用、充电机充放电效率提升、整车轻量化技术、辅机控制技术等。其中轻量化技术被很多企业作为节能省电的重要手段[1-2]。特别是新能源客车补贴标准中将Ekg(单位载质量能量消耗量)作为了中央财政补贴调整系数[3]，这就需要整车在节能的同时还要关注通过轻量化技术提升载质量。但轻量化也有一定的局限性，它会在一定程度上影响整车的动静态刚度、安全强度、耐碰撞性能、振动、噪声及平顺性[4]。

1 纯电动客车轻量化现状

为了选择比较具有代表性的车型，对2019年1-5月销售的纯电动客车进行统计分析，销售最多的纯电动城市客车为8～9 m车型(以下简称A车型)，占纯电动城市客车销量的42%；销售最多的纯电动公路客车为10～11 m车型(以下简称B车型)，占纯电动公路客车销量的61%。为体现行业轻量化水平，选取其中销量排名靠前的几个厂家的相应车型进行对比。具体数据见表1。

表1 主流厂家产品整备质量 kg

2 轻量化节能效果仿真分析

传统车辆质量每减轻10%可降低6%～8%的油耗[5-7]。由于动力总成不一样，虽节能原理一致，但具体节能效果还是存在差别。通过AVL Cruise软件分别对8.1 m A车型和10.7 m B车型不同整备质量进行工况能耗仿真分析[8]。

2.1 8.1 m纯电动城市客车节能仿真分析

搭建8.1 m A车型整车模型仿真分析，整车基本参数如下：整备质量6 400～7 100 kg(见表1)；总质量12 500 kg，多数厂家所用方案；迎风面积6.28 m2；后桥速比6.143；载荷65%，载质量的65%[9]；空气阻力系数0.65；滚动阻力系数0.007 6+0.000 056V[10]，国标推荐阻力；轮胎半径452 mm；工况CCBC，中国典型城市公交循环工况；电机额定功率90 kW，电机最大功率165 kW。

其中90 kW永磁同步直驱电机的效率MAP图如图1所示。

图1 90 kW直驱电机效率MAP

整备质量初始值设置为表1中8.1 m A车型最低值6 400 kg，以Δ=100 kg往上加直至7 100 kg，计算CCBC工况下的电耗。以7 100 kg的电耗为基准质量计算轻量化节能率(节能比例/减重比例)，电耗及轻量化节能率结果见表2，相应的趋势如图2所示。

表2 8.1 m A车型电耗及节能率统计

图2 8.1 m车型趋势图

由图2可知，电耗和整备质量增加并不是线性关系，甚至出现了整备质量6 800 kg电耗比6 900 kg更高的逆反情况。产生这种现象的原因是能耗不仅与质量相关，也与工况、电机的效率MAP以及其他因素如电池内阻相关。逆反现象正是因为质量在较小增量的情况下，电机工况点效率提升的节能效果大于单纯由质量增加引起的电耗增加，所以造成了质量增加反而电耗降低。这种现象一般会出现在质量小范围变化的过程中，但从总的曲线来看，质量与能耗还是具备正相关的趋势。统计计算得到轻量化节能率平均值为0.18，远小于传统车的0.6～0.8，证明轻量化在纯电动城市客车的节能效果并没有传统车辆显著。

2.2 10.7 m纯电动公路客车节能仿真分析

搭建10.7 m B车型整车模型仿真分析，整车基本参数如下：整备质量10 200～11 970 kg，(见表1)；总质量18 000 kg，大多数厂家所用方案；迎风面积7.74 m2；后桥速比6.143；载荷3 900 kg，载客50人，每人按78 kg计算；空气阻力系数0.65；滚动阻力系数0.004 1+0.000 025 6V[10]，国标推荐子午胎阻力；轮胎半径512 mm；工况C-WTVC，调整世界瞬态车辆循环；电机额定功率100 kW,电机最大功率200 kW。

其中100 kW永磁同步电机的效率MAP图如图3所示。

图3 100 kW直驱电机效率MAP

整备质量初始值设为表1中10.7 m B车型最低值10 200 kg，以Δ=300 kg往上加直至11 970 kg，计算C-WTVC工况下整车电耗。以11 970 kg的电耗为基准质量计算轻量化节能率，电耗及轻量化节能率结果见表3, 相应的趋势如图4所示。

表3 10.7 m B车型电耗及节能率统计

图4 10.7 m车型趋势图

由图4可知，相比于纯电动城市客车，纯电动公路客车的电耗与整备质量更加趋于线性关系，没有出现整备质量增加电耗降低的情况。统计计算轻量化节能率也比较稳定，均在0.39～0.40之间，均值为0.393，大于纯电动城市客车，但还远小于传统车0.6～0.8。

3 结 论

1) 轻量化并不一定能使纯电动客车达到节能的效果，需根据整车设计参数和配置进行适当的轻量化设计，才能达到轻量化节能效果。

2) 轻量化对于纯电动客车的节能效果相比于传统车辆并不显著，在纯电动客车节能方面，应统筹考虑，从节能效果贡献度出发合理分配资源，如提升电机效率等措施，才能真正达到节能增效的效果。