基于性能带宽理论的纯电SUV经济性趋势预测

张敬文 蔡杭 周恭帅 姚依明

（1.重庆金康赛力斯新能源汽车设计院有限公司,重庆 401135；2.重庆理工大学,重庆 400054）

主题词：纯电动汽车 经济性 性能带宽 目标设定

1 前言

在全球经济快速发展的背景下，新能源汽车也作为全球各国的核心发展战略被有效应用，其全球范围的布局与投入正在逐渐扩大[1]。我国新能源汽车在全球市场的占有率越来越高[2]。从2017起，我国新能源汽车销量在全球新能源汽车销量中的占比已经超过了46%。到2019年上半年，销量已经达到58.5万台，全球占比58.5%。预计到2025年，新能源汽车在全球乘用车销量中的占比将达到20%，而到2040年，将达到57%[3]。

就纯电动SUV而言，2017年上半年的申报数量仅为21款，而到2019年上半年的申报数量已经激增至239款。新能源汽车市场的不断扩大以及企业产品投放速度的增加加速了产品的迭代[4]。此外，近几年造车新势力崛起和国外主机厂的新能源布局，更加冲击了国内的新能源汽车行业，让整个市场竞争变得更为激烈[5]。纯电动汽车经济性指标主要评估电耗、总续航里程等，直接体现了车辆运行需要消耗的成本及使用限值[6]。随着当前汽车市场的衰退以及后补贴时代的到来，企业正不断寻求最优的出行解决方案从而更好的满足市场和客户的需求[7]。对于纯电动汽车，如何制定更加合理的整车经济性目标，指导企业未来车型的开发，会显得更加重要。

2 竞争策略及带宽理论

2.1 整车性能竞争策略

整车性能竞争策略是体现整车多个维度的性能在同级别竞品车型中需要达到的竞争力水平。其定义了4个等级，如图1所示。根据多个车型性能水平从差到好的正态分布，性能水平处于最好的前10%则定义为行业领先，性能水平处于较好的前20%则定义为行业前列，性能水平处于中间的40%则定义为具有竞争力，性能水平处于较差的后30%则定义为不具有竞争力。

图1 整车性能竞争策略

2.2 整车性能带宽

整车性能带宽是整车性能竞争策略4个等级的数值体现，它规定了各分布区域的边界线。其中极大型性能目标表现为数值越大则性能越优，极小型性能目标表现为数值越小则性能越优。假定x个竞品车某项性能的数值表现为Px，则极大型范围带W+和极小型范围带W-可分别表示为：

式（1）和式（2）中：Pˉ为x个竞品车中的性能平均值；Pmax为x个竞品车中的性能最大值；Pmin为x个竞品车中的性能最小值。

根据图1的边界划分定义可知：

式中:U为不具有竞争力上边界；Cb为具有竞争力下边界；Ct为具有竞争力上边界；Ab为行业前列下边界；At为行业前列上边界，L为行业领先下边界。

根据图1的边界占比划分定义，极大型不具有竞争力U+可表示为：

极小型不具有竞争力U-可表示为：

将（1）式代入（6）式，（2）式代入（7）式，则U+和U-可以简化为：

如竞品车性能数据量较大，常采用等区间统计法来评估某一区间的个数，假定某一批竞品车某项性能数值共分为n个区间，起始区间的最大值为Ps,等区间跨度为R，每个区间的个数为Qi。则区间的总个数Qsum可表示为：

第m个区间数量占总数量的比例 fm可表示为：

第m个区间累计比例 fms可表示为：

第m-1个区间累计比例f(m-1)s可表示为：

同样根据图2的边界占比划分定义并采用插值法进行计算，带宽上边界B可表示为：

此时 fms≥ fc且 f(m-1)s＜ fc。

式中：fc为带宽的计算比例常数。当B=U+时，fc=0.3；当 B=U-时，fc=0.7；当 B=时，fc=0.7；当 B=时，fc=0.3；当B=时，fc=0.9；当 B=时，fc=0.1。

将式（14）、式（15）、式（16）、式（17）代入式（18）中并简化，则B可以表示为：

对于未来某个周期T的带宽BT趋势预测，可引入修正系数k或者修正量⊿进行计算。

当趋势为指数变化时，

当趋势为线性变化时，

一般而言，对于简单罗列的少量竞品车性能数据，可直接采用式（8）～（13）进行计算。而对于区间统计类的大量竞品车性能数据，则采用式（19）进行计算更为方便，以下以纯电动SUV经济性参数进行分析。

3 纯电动SUV经济性趋势分析

3.1 续航里程

图2为工信部公布的2017年上半年至2019年上半年新能源推荐目录中纯电动SUV续航里程d的分布图。可以看出，d在数量和数值上具有随年度明显增加的趋势。2017年上半年，d主要集中在200～300 km，数量为13款车型。到2019年上半年，d主要集中在300～500 km，其中300～400 km数量为108款车型，400～500 km数量为104款车型。

图2 2017～2019上半年纯电动SUV续航里程d分布

根据图2的区间划分，并按式（19）计算d的带宽分布如图3所示。可以看出，d的带宽区间值具有随年度明显提高的趋势。其中续航里程不具竞争力上边界从2017年上半年的210 km提高至2019年上半年的353 km，续航里程具有竞争力上边界从2017年上半年的275 km提高至2019年上半年的443 km，续航里程行业前列上边界从2017年上半年的330 km提高至2019年上半年的489 km。按照线性拟合可分别计算出每半年d的修正量。其中的修正量 ΔdU=41.66 km，的修正量 ΔdC=42.71 km，的修正量ΔdA=46.38 km。

图3 2017～2019上半年纯电动SUV续航里程d带宽

3.2 电池包能量密度

图4为2017年上半年至2019年上半年工信部公布的新能源推荐目录中纯电动SUV电池包能量密度ρ的分布图。可以看出，ρ在数量和数值上具有随年度明显增加的趋势。2017年上半年，ρ主要集中在120～140 W·h/kg，数量为10款车型。到2019年上半年，ρ主要集中在140～160 W·h/kg，数量为152款车型，同时160～180 W·h/kg区间的数量已经有42款车型。

图4 2017～2019上半年纯电动SUV能量密度ρ分布

根据图4的区间划分，并按式（19）计算的ρ带宽分布如图5所示。可以看出，ρ的带宽区间值具有随年度明显提高的趋势。其中能量密度不具竞争力上边界从2017年上半年的109 W·h/kg提高至2019年上半年的144 W·h/kg，能量密度具有竞争力上边界从2017年上半年的131 W·h/kg提高至2019年上半年的157 W·h/kg，能量密度行业前列上边界从2017年上半年的140 W·h/kg提高至2019年上半年的170 W·h/kg。按照线性拟合可分别计算出每半年的ρ修正量。其中的修正量 ΔρU=8.2 W·h/kg，的修正量 ΔρC=7.1 W·h/kg，的修正量 ΔρA=8.0 W·h/kg。

图5 2017～2019上半年纯电动SUV能量密度ρ带宽

3.3 百公里电耗

图6为2017年上半年至2019年上半年工信部公布的新能源推荐目录中纯电动SUV百公里电耗E的分布图。由于电耗与整车重量相关，为了更加直观评估电耗的趋势，采用式（22）计算的比电耗e来衡量电动车的能耗水平更为科学。

式中：M为车辆的整备质量。

图6 2017～2019上半年纯电动SUV百公里电耗E分布

根据式（22）计算的2017年上半年至2019年上半年纯电动SUV e的分布图如图7所示。

图7 2017～2019上半年纯电动SUV比电耗e分布

可以看出，e在数值上具有随年度缓慢减小的趋势，且低比电耗区间的数量在不断增加。区间为0.85～1.00 kW·h/100 km/100 kg的车型数量从2017年上半年的2款车型增加到2019年上半年的52款车型。

根据图7的区间划分，并按式（19）计算的e带宽分布如图8所示。可以看出，e带宽区间值具有随年度明显减小的趋势。其中比电耗不具竞争力上边界从2017年上半年的1.03 kW·h/100 km/100 kg降低至2019年上半年的0.94 kW·h/100 km/100 kg，比电耗具有竞争力上边界从2017年上半年的0.90 kW·h/100 km/100 kg降低至2019年上半年的0.86 kW·h/100 km/100 kg，比电耗行业前列上边界从2017年上半年的0.83 kW·h/100 km/100 kg降低至2019年上半年的0.76 kW·h/100 km/100 kg。按照线性拟合可分别计算出每半年的e修正量，其中的修正量ΔeU=-0.0201 kW·h/100 km/100 kg，的修正量 ΔeC=-0.0124 kW·h/100 km/100 kg，的修正量 ΔeA=-0.0168 kW·h/100 km/100 kg。

图8 2017～2019上半年纯电动SUV比电耗e带宽

4 纯电动SUV经济性趋势预测

通过带宽进行经济性目标设定时需要结合现行和未来可能执行的法规或行业标准，如纯电动汽车在2019年的补贴标准中对E有明确要求，GB/T 36980—2018规定了电动车E第一阶段和第二阶段的限值[8]，工信部在2019年公布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》修正案的征求意见稿等[9]。通常企业在设定性能目标时，不会将目标置于U的区间，而L、A和C带宽的性能要求一般高于行业和国家标准。

根据以上分析结果，对纯电SUV在2021年上半年进行公报申报的经济性参数进行预测。基于2019年上半年的带宽分析结果，每半年取一个周期，则计算周期T=4，此时的经济性目标带宽可通过式（21）进行计算，结果如表1所示。

表1 2021上半年纯电SUV经济性参数带宽预测

5 结论

本文提出了一种整车性能竞争策略和性能带宽理论。基于该理论分析了2017至2019年上半年的纯电动车SUV申报的经济性目标趋势和带宽，同时对2021年上半年申报的经济性目标带宽进行了预测。该理论可拓展到其他极大型和极小型性能目标的带宽预测，对汽车企业设定整车性能目标具有现实的借鉴和指导意义。