基于性能帶寬理論的純電SUV經(jīng)濟(jì)性趨勢(shì)預(yù)測(cè)

張敬文 蔡杭 周恭帥 姚依明

（1.重慶金康賽力斯新能源汽車設(shè)計(jì)院有限公司,重慶 401135；2.重慶理工大學(xué),重慶 400054）

主題詞：純電動(dòng)汽車 經(jīng)濟(jì)性 性能帶寬 目標(biāo)設(shè)定

1 前言

在全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，新能源汽車也作為全球各國(guó)的核心發(fā)展戰(zhàn)略被有效應(yīng)用，其全球范圍的布局與投入正在逐漸擴(kuò)大[1]。我國(guó)新能源汽車在全球市場(chǎng)的占有率越來(lái)越高[2]。從2017起，我國(guó)新能源汽車銷量在全球新能源汽車銷量中的占比已經(jīng)超過(guò)了46%。到2019年上半年，銷量已經(jīng)達(dá)到58.5萬(wàn)臺(tái)，全球占比58.5%。預(yù)計(jì)到2025年，新能源汽車在全球乘用車銷量中的占比將達(dá)到20%，而到2040年，將達(dá)到57%[3]。

就純電動(dòng)SUV而言，2017年上半年的申報(bào)數(shù)量?jī)H為21款，而到2019年上半年的申報(bào)數(shù)量已經(jīng)激增至239款。新能源汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大以及企業(yè)產(chǎn)品投放速度的增加加速了產(chǎn)品的迭代[4]。此外，近幾年造車新勢(shì)力崛起和國(guó)外主機(jī)廠的新能源布局，更加沖擊了國(guó)內(nèi)的新能源汽車行業(yè)，讓整個(gè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)變得更為激烈[5]。純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要評(píng)估電耗、總續(xù)航里程等，直接體現(xiàn)了車輛運(yùn)行需要消耗的成本及使用限值[6]。隨著當(dāng)前汽車市場(chǎng)的衰退以及后補(bǔ)貼時(shí)代的到來(lái)，企業(yè)正不斷尋求最優(yōu)的出行解決方案從而更好的滿足市場(chǎng)和客戶的需求[7]。對(duì)于純電動(dòng)汽車，如何制定更加合理的整車經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，指導(dǎo)企業(yè)未來(lái)車型的開(kāi)發(fā)，會(huì)顯得更加重要。

2 競(jìng)爭(zhēng)策略及帶寬理論

2.1 整車性能競(jìng)爭(zhēng)策略

整車性能競(jìng)爭(zhēng)策略是體現(xiàn)整車多個(gè)維度的性能在同級(jí)別競(jìng)品車型中需要達(dá)到的競(jìng)爭(zhēng)力水平。其定義了4個(gè)等級(jí)，如圖1所示。根據(jù)多個(gè)車型性能水平從差到好的正態(tài)分布，性能水平處于最好的前10%則定義為行業(yè)領(lǐng)先，性能水平處于較好的前20%則定義為行業(yè)前列，性能水平處于中間的40%則定義為具有競(jìng)爭(zhēng)力，性能水平處于較差的后30%則定義為不具有競(jìng)爭(zhēng)力。

圖1 整車性能競(jìng)爭(zhēng)策略

2.2 整車性能帶寬

整車性能帶寬是整車性能競(jìng)爭(zhēng)策略4個(gè)等級(jí)的數(shù)值體現(xiàn)，它規(guī)定了各分布區(qū)域的邊界線。其中極大型性能目標(biāo)表現(xiàn)為數(shù)值越大則性能越優(yōu)，極小型性能目標(biāo)表現(xiàn)為數(shù)值越小則性能越優(yōu)。假定x個(gè)競(jìng)品車某項(xiàng)性能的數(shù)值表現(xiàn)為Px，則極大型范圍帶W+和極小型范圍帶W-可分別表示為：

式（1）和式（2）中：Pˉ為x個(gè)競(jìng)品車中的性能平均值；Pmax為x個(gè)競(jìng)品車中的性能最大值；Pmin為x個(gè)競(jìng)品車中的性能最小值。

根據(jù)圖1的邊界劃分定義可知：

式中:U為不具有競(jìng)爭(zhēng)力上邊界；Cb為具有競(jìng)爭(zhēng)力下邊界；Ct為具有競(jìng)爭(zhēng)力上邊界；Ab為行業(yè)前列下邊界；At為行業(yè)前列上邊界，L為行業(yè)領(lǐng)先下邊界。

根據(jù)圖1的邊界占比劃分定義，極大型不具有競(jìng)爭(zhēng)力U+可表示為：

極小型不具有競(jìng)爭(zhēng)力U-可表示為：

將（1）式代入（6）式，（2）式代入（7）式，則U+和U-可以簡(jiǎn)化為：

如競(jìng)品車性能數(shù)據(jù)量較大，常采用等區(qū)間統(tǒng)計(jì)法來(lái)評(píng)估某一區(qū)間的個(gè)數(shù)，假定某一批競(jìng)品車某項(xiàng)性能數(shù)值共分為n個(gè)區(qū)間，起始區(qū)間的最大值為Ps,等區(qū)間跨度為R，每個(gè)區(qū)間的個(gè)數(shù)為Qi。則區(qū)間的總個(gè)數(shù)Qsum可表示為：

第m個(gè)區(qū)間數(shù)量占總數(shù)量的比例 fm可表示為：

第m個(gè)區(qū)間累計(jì)比例 fms可表示為：

第m-1個(gè)區(qū)間累計(jì)比例f(m-1)s可表示為：

同樣根據(jù)圖2的邊界占比劃分定義并采用插值法進(jìn)行計(jì)算，帶寬上邊界B可表示為：

此時(shí) fms≥ fc且 f(m-1)s＜ fc。

式中：fc為帶寬的計(jì)算比例常數(shù)。當(dāng)B=U+時(shí)，fc=0.3；當(dāng) B=U-時(shí)，fc=0.7；當(dāng) B=時(shí)，fc=0.7；當(dāng) B=時(shí)，fc=0.3；當(dāng)B=時(shí)，fc=0.9；當(dāng) B=時(shí)，fc=0.1。

將式（14）、式（15）、式（16）、式（17）代入式（18）中并簡(jiǎn)化，則B可以表示為：

對(duì)于未來(lái)某個(gè)周期T的帶寬BT趨勢(shì)預(yù)測(cè)，可引入修正系數(shù)k或者修正量⊿進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)趨勢(shì)為指數(shù)變化時(shí)，

當(dāng)趨勢(shì)為線性變化時(shí)，

一般而言，對(duì)于簡(jiǎn)單羅列的少量競(jìng)品車性能數(shù)據(jù)，可直接采用式（8）～（13）進(jìn)行計(jì)算。而對(duì)于區(qū)間統(tǒng)計(jì)類的大量競(jìng)品車性能數(shù)據(jù)，則采用式（19）進(jìn)行計(jì)算更為方便，以下以純電動(dòng)SUV經(jīng)濟(jì)性參數(shù)進(jìn)行分析。

3 純電動(dòng)SUV經(jīng)濟(jì)性趨勢(shì)分析

3.1 續(xù)航里程

圖2為工信部公布的2017年上半年至2019年上半年新能源推薦目錄中純電動(dòng)SUV續(xù)航里程d的分布圖。可以看出，d在數(shù)量和數(shù)值上具有隨年度明顯增加的趨勢(shì)。2017年上半年，d主要集中在200～300 km，數(shù)量為13款車型。到2019年上半年，d主要集中在300～500 km，其中300～400 km數(shù)量為108款車型，400～500 km數(shù)量為104款車型。

圖2 2017～2019上半年純電動(dòng)SUV續(xù)航里程d分布

根據(jù)圖2的區(qū)間劃分，并按式（19）計(jì)算d的帶寬分布如圖3所示。可以看出，d的帶寬區(qū)間值具有隨年度明顯提高的趨勢(shì)。其中續(xù)航里程不具競(jìng)爭(zhēng)力上邊界從2017年上半年的210 km提高至2019年上半年的353 km，續(xù)航里程具有競(jìng)爭(zhēng)力上邊界從2017年上半年的275 km提高至2019年上半年的443 km，續(xù)航里程行業(yè)前列上邊界從2017年上半年的330 km提高至2019年上半年的489 km。按照線性擬合可分別計(jì)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。

圖3 2017～2019上半年純電動(dòng)SUV續(xù)航里程d帶寬

3.2 電池包能量密度

圖4為2017年上半年至2019年上半年工信部公布的新能源推薦目錄中純電動(dòng)SUV電池包能量密度ρ的分布圖?？梢钥闯觯言跀?shù)量和數(shù)值上具有隨年度明顯增加的趨勢(shì)。2017年上半年，ρ主要集中在120～140 W·h/kg，數(shù)量為10款車型。到2019年上半年，ρ主要集中在140～160 W·h/kg，數(shù)量為152款車型，同時(shí)160～180 W·h/kg區(qū)間的數(shù)量已經(jīng)有42款車型。

圖4 2017～2019上半年純電動(dòng)SUV能量密度ρ分布

根據(jù)圖4的區(qū)間劃分，并按式（19）計(jì)算的ρ帶寬分布如圖5所示。可以看出，ρ的帶寬區(qū)間值具有隨年度明顯提高的趨勢(shì)。其中能量密度不具競(jìng)爭(zhēng)力上邊界從2017年上半年的109 W·h/kg提高至2019年上半年的144 W·h/kg，能量密度具有競(jìng)爭(zhēng)力上邊界從2017年上半年的131 W·h/kg提高至2019年上半年的157 W·h/kg，能量密度行業(yè)前列上邊界從2017年上半年的140 W·h/kg提高至2019年上半年的170 W·h/kg。按照線性擬合可分別計(jì)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。

圖5 2017～2019上半年純電動(dòng)SUV能量密度ρ帶寬

3.3 百公里電耗

圖6為2017年上半年至2019年上半年工信部公布的新能源推薦目錄中純電動(dòng)SUV百公里電耗E的分布圖。由于電耗與整車重量相關(guān)，為了更加直觀評(píng)估電耗的趨勢(shì)，采用式（22）計(jì)算的比電耗e來(lái)衡量電動(dòng)車的能耗水平更為科學(xué)。

式中：M為車輛的整備質(zhì)量。

圖6 2017～2019上半年純電動(dòng)SUV百公里電耗E分布

根據(jù)式（22）計(jì)算的2017年上半年至2019年上半年純電動(dòng)SUV e的分布圖如圖7所示。

圖7 2017～2019上半年純電動(dòng)SUV比電耗e分布

可以看出，e在數(shù)值上具有隨年度緩慢減小的趨勢(shì)，且低比電耗區(qū)間的數(shù)量在不斷增加。區(qū)間為0.85～1.00 kW·h/100 km/100 kg的車型數(shù)量從2017年上半年的2款車型增加到2019年上半年的52款車型。

根據(jù)圖7的區(qū)間劃分，并按式（19）計(jì)算的e帶寬分布如圖8所示。可以看出，e帶寬區(qū)間值具有隨年度明顯減小的趨勢(shì)。其中比電耗不具競(jìng)爭(zhēng)力上邊界從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，比電耗具有競(jìng)爭(zhēng)力上邊界從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，比電耗行業(yè)前列上邊界從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。按照線性擬合可分別計(jì)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。

圖8 2017～2019上半年純電動(dòng)SUV比電耗e帶寬

4 純電動(dòng)SUV經(jīng)濟(jì)性趨勢(shì)預(yù)測(cè)

通過(guò)帶寬進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)設(shè)定時(shí)需要結(jié)合現(xiàn)行和未來(lái)可能執(zhí)行的法規(guī)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如純電動(dòng)汽車在2019年的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)E有明確要求，GB/T 36980—2018規(guī)定了電動(dòng)車E第一階段和第二階段的限值[8]，工信部在2019年公布了《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》修正案的征求意見(jiàn)稿等[9]。通常企業(yè)在設(shè)定性能目標(biāo)時(shí)，不會(huì)將目標(biāo)置于U的區(qū)間，而L、A和C帶寬的性能要求一般高于行業(yè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)以上分析結(jié)果，對(duì)純電SUV在2021年上半年進(jìn)行公報(bào)申報(bào)的經(jīng)濟(jì)性參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)?；?019年上半年的帶寬分析結(jié)果，每半年取一個(gè)周期，則計(jì)算周期T=4，此時(shí)的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)帶寬可通過(guò)式（21）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

表1 2021上半年純電SUV經(jīng)濟(jì)性參數(shù)帶寬預(yù)測(cè)

5 結(jié)論

本文提出了一種整車性能競(jìng)爭(zhēng)策略和性能帶寬理論?；谠摾碚摲治隽?017至2019年上半年的純電動(dòng)車SUV申報(bào)的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)趨勢(shì)和帶寬，同時(shí)對(duì)2021年上半年申報(bào)的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)帶寬進(jìn)行了預(yù)測(cè)。該理論可拓展到其他極大型和極小型性能目標(biāo)的帶寬預(yù)測(cè)，對(duì)汽車企業(yè)設(shè)定整車性能目標(biāo)具有現(xiàn)實(shí)的借鑒和指導(dǎo)意義。