『MIRAI2の動力特性、燃費の試算』のクチコミ掲示板

[M45fun]

図1. 全開加速特性	図2.　WLTCモード電流特性

MIRAI2には乗ったことありませんが、FCVはバッテリEVよりは実用的と感じるので、その動力特性、燃費をシミュレーションしてみました。

単純DCモータモデル 134kW、水素搭載量5.6kg、電源電圧650Vとし、結構真面目に数値解析しています。

図1は、全開加速特性、図2にWLTC燃費計算結果を示します。EVとしては控えめな 134kWというパワーにより、EVとしてはマイルドな加速ですが、それでも一般の内燃機関車よりは俊敏です。まあ実用車としては十分な動力特性でしょう。

WLTC(Japan)モードでの航続距離計算値は 834kmとなり、公称値 850kmにかなり近いです。ただしこれは、燃料電池効率65%とした結果であり、一般には40-50%と言われているので、ちょっと現実とは乖離がありそうです。多くのユーザが公称値ほどは走らないと言われているのに合致します。

それでも実使用で500km以上走ることは可能と思われ、BEVよりは使いやすいと思います。

上記計算の詳細は下記にあります。ご興味ある方はどうぞ。(Kindle版とペーパーバック版あり)
「新版 電気自動車の動力学とモータ設計」
https://www.amazon.co.jp/dp/B08Y86RKS8

書込番号：24033490

[じろう長]

＞M45funさん

スレ主様が著者なのでしょうか。
FCVに対応した市販シミュレーションソフトがあるかどうかは知りませんが、無かったので計算を
してみましたと云うことですか。

最近は一般的にGT-SUITEが使われていると理解していますが、FCVにも対応しているかの様な
説明にも受け取れます。その辺の情報を持ち合わせておられるなら教えて頂きたいと思います。

書込番号：24033575

[M45fun]

＞じろう長さん

GT-SUITE等の市販シミュレーションソフトは一切使用していません。すべて私のオリジナルです。
EVの解析に使用したソフトを応用してFCVに転用しています。
やや専門的になりますが、以下概要を示します。非常に単純化したモデルです。

- モータは一般DCモータモデル（磁界弱め制御は考慮せず）
- モータの電圧方程式と車両の運動方程式を連立して解く
- 外力は、空気抵抗のみ（タイヤ摩擦などは考慮せず）
- 回生制動の回生率として、90%と仮定
- 微分方程式の数値解法は、Matlab/Simulink
- FCVでの計算　水素のエネルギ119MJ/kg =33.2kWh/kg としてバッテリ容量に換算
　この換算でMIRAI2バッテリ容量120kWh相当となり、一般のBEVよりはるかに大容量

かなり単純化したモデルですが、多くの市販BEVの航続距離等は公称値との差 5%以内で一致しているので、結構確かなモデルかと思います。
FCVでの確かさはよく分かりません。効率65%ということはやや乖離があるかも。

詳細につきましては、上記参考文献をご覧下さい。

書込番号：24033646

[じろう長]

＞M45funさん

質問ばかりで恐縮です。

外力は空気抵抗のみとありますが、一般的な走行抵抗二次式の定数項も無視されている
のでしょうか。運動方程式には慣性抵抗も扱う必要がある訳ですが、こちらは当然として記載
されなかったのですか。

加速性能で一番重要なものとして発進時の加速力の扱い方が挙げられます。FCV車ですと
単にタイヤのグリップ力に依存すると考えられますが、それはどの様に扱われていますか。

文献で確認できるのかも知れませんが、それらの事が分からないと次に進めません。

書込番号：24033908

[M45fun]

図3.　発進加速度

＞じろう長さん

> 一般的な走行抵抗二次式の定数項も無視されているのでしょうか。

空気抵抗は速度の2乗に比例するので、2次項になります。一般には、ころがり抵抗、摩擦抵抗などは1次項になると思われますが、こちらは考慮していません。
EVの場合、エンジン内部摩擦などが少ないので、相対的に空気抵抗の比率が大きいと思います。

> 運動方程式には慣性抵抗も扱う必要がある訳ですが

運動方程式は慣性抵抗の式ともいえ、もちろん慣性抵抗も含まれています。
当然含まれているので、あえて外力という表現をしなかっただけです。

> 加速性能で一番重要なものとして発進時の加速力の扱い方

タイヤのグリップは、計算には入っていません。参考までに、図3に発進加速度特性（図1の全開加速時）を示します。発進加速度は0.4G強であり、この程度であればグリップは問題ないと思います。TaycanなどスポーツEVでは、1Gを超えるレベルとなり、この程度になるとタイヤのグリップまで考慮する必要があるでしょう。

これ以上言うとネタバラシになってしまうので（笑）、ご興味がおありでしたら是非ご一読下さい。あまりにシンプルなモデルに驚かれると思います。
ご一読の上、ご批判いただけたらと思います。

書込番号：24034037

[じろう長]

大変申し訳ありませんが、追加で記させてください。

走行抵抗は惰行法で測定するのでガソリン車、EV車で差異は発生しないと思います。
国交省の試験とは異なりますが、こちらに類似の試験法があります。

最小二乗法の近似式を算出した際の速度ゼロの点が定数項になるだけです。（近似式
の算出法も規定されている）

http://www.fc-design.jp/fancycarol/tec/1_veh_pg.htm

又、発進加速加速度が0.4Gとは驚きです。メーカーでタイヤが空転しないトルク値で適合
していると思われますが、その値が0.4Gとは思えません。通常のガソリン車は0.7-0.8G
の加速度になります。（かつては多くの雑誌社が計測しておりました）

それらの値を用いたシミュレーションで実データと合うと云うことであれば「そうですか」と
しか言えませんが、疑問が残ります。

書込番号：24034080

[M45fun]

MIRAI2抗力

＞じろう長さん

大変参考になるデータありがとうございます。

リンク先にある実測データ例とこの計算で用いている抗力の比較概念図を添付図に示します。
ご覧の通り、ころがり抵抗は入っていません。入れるようかとも思いましたが、どの程度の値かよく分からないのと、大勢に影響なさそうなので無視しました。まあ、他の部分で辻褄が合っているだけかも知れませんが。

なお、その他若干コメントします。

>走行抵抗は惰行法で測定するのでガソリン車、EV車で差異は発生しないと思います。

確かに実測するのであれば関係ないと思いますが、計算では結構差がありそうに思います。

>発進加速加速度が0.4Gとは驚きです。

これは単に、電流リミッタを700Aと低めに設定したためです。
ただし、このモータパラメータだと、リミッタを解除しても 0.6Gくらいに見えます。
MIRAI2では、加速特性等の実測データをあまり見かけないので、パラメータチューニングが甘い可能性もあります。

書込番号：24035898

[じろう長]

＞M45funさん

>発進加速加速度が0.4G

特に訂正する必要も無いかと思っておりましたが、ネット上の測定結果が0.4Gになって
います。テスラは1Gを超える加速をする様ですが、モーターのトルク特性で発進時が
最大加速力になるはずなのに控えめに設定している理由が分かりません。

テスラはタイヤの空転率を8％程度に制御して加速しているはずです。通常のタイヤでは
1Gを超える加速度は不可能でしょう。タイヤを溶かしながら路面に吸着しながら加速する
必要があります。

燃費シミュレーションをする際に、無視できないのが回転加速抵抗です。タイヤ、ドライブ
シャフト等のモーター回転に比例して回る部位の慣性モーメント値が必須です。無論
モーターの慣性モーメントも必要です。

これらの値の情報を得るのが最大の難点になります。これらを考慮していないシミュレーション
であれば残念ながら検討に値しない文献です。触れていないだけで考慮していると云う事
であれば失礼致しました。

こちらに、国交省が公開している大型車用シミュレーションを乗用車用に改造して、それら
の検討を加えた論文があります。国交省のプログラムは確認していませんが、大昔から
使われているフォートランで書かれたソフトだと思います。

>抄録

>車両燃費シミュレーションではトランスミッション等のサブシステムをモデル化する必要がある．
>本研究は，実車での計測により車両燃費シミュレーションに必要なトランスミッション等のモデル
>を簡易に構築する手法を検討した．

>ttps://www.jstage.jst.go.jp/article/jsaeronbun/49/3/49_20184273/_article/-char/ja/

私の書いている意味が分からなかったら、上記論文を読んで下さい。これが正しいと云う
ことではなく、こうした考察が必須だと云うことです。

書込番号：24035962

[M45fun]

＞じろう長さん

誤解されているようですが、参考文献は、詳細設計、改善設計を目的としたものではなく、単純モデルにより全体系を見通しよく理解するためのものです。具体的には、モータ系の概要設計を目的にしています。もちろん多くの自動車エンジニアが 1%レベルの改良設計に努力しているのは存じており、それは重要なことです。しかし、細部だけでなく時には俯瞰して眺めることも必要ではないでしょうか。とくに、昨今のような電動化へのパラダイムチェンジの時代においては。

ご批判は批判として受け入れますが、「検討に値しない・・」はちょっと失礼ではないでしょうかね。どうも自動車を長年やられている方は自分の世界が全て　みたいな印象を受けます。失礼ながら。もう少し寛容であってもいいのでは。

自動車技術会の論文も読ませていただきました。内燃機関は大変ですね。（fortranを使っているのも驚きですが）
電動車では外乱モデルさえ決めれば、あとは一瀉千里に計算できます。もちろん、細部に入れば検討事項は山積ですが。

なお、以下若干コメントさせていただきます。

＞燃費シミュレーションをする際に、無視できないのが回転加速抵抗です
モータ単品であれば、慣性モーメントが支配的ですが、車体システムとして見ると、圧倒的に大きい2トン近い質量があるため、モータの慣性モーメントはそれほど影響しないと思います。タイヤの慣性モーメントは確かに大きいですが、これは等価質量という形で直進系の運動方程式に組み込むことが可能です。

書込番号：24037722

[BigBenz]

＞M45funさん

現在、MIRAI AdvzncedTypeを使用しております。

西湘バイパスや箱根新道を頻繁に走っていますが、割にすいている道路で任意の速度を維持しやすい道路です。

この道は何キロで走ったらもっとも燃費が良いのかなと、いつもことですが走りながら思っています。

MIRAIのエネルギー計は瞬間値表示するだけで、逆算してその時の条件でもっとも燃費の良い速度は何キロかは出してくれません。

もし、可能でしたら、1名乗車（2050�s）、勾配０度、無風、気温は20度の状態での最も燃費の良い速度を計算して頂けないでしょう

か。加えて勾配ー5度、＋5度も出して頂けら幸甚に存じます。（気温については適当でけっこうです）

よろしくお願いします。

書込番号：24396899

[M45fun]

＞BigBenzさん

なるほど、これは悩ましい課題ですし、ご要望はよく分かります。

ですが残念ながら、現在の私の解析では、外乱として空気抵抗のみを考えていますので、このモデルだと低速ほど燃費がいいことになります。

もちろん、タイヤの転がり抵抗(RRC)を考慮した解析モデルは作ってあるのですが、なぜか実測値に合いません。この理由を考えてもよく分からなかったので、結局放置されています（笑）

また、心を入れ換えて、考え直してみましょうかね。モティベーションを与えていただき、ありがとうございます。あてにせず、お待ち下さい（笑）

書込番号：24398936

[BigBenz]

＞M45funさん

早速、検討に入って頂き有難うございます。

私は車については全く知見がありませんが、興味だけは果てしなくあります。

勾配のない道路を仮定した場合の、最小燃費速度は如何に？
上り勾配や下り勾配での最小燃費速度は如何に？
重量が重い時や反対に軽いときの最小燃費速度は如何に？
など大変気になっております。

多分、FCスタック出力の効率曲線が山形になっているのではと想像しています。
単純に考えると７０％くらい出力時にピークが来ているのではと勝手に想像しています。

多少、航空機の知見はあります。
重量が重くなると最小燃費速度は速度は早くなり、軽くなれば遅くなります。
向かい風があると最小燃費速度は早くなり、追い風では遅くなります。

きっと車は航空機の場合とその変化は違うでしょうね。

もし、必要な基礎データ等が得られない場合は、適当な仮の値を当てはめて頂いても良いのでは思います。

よろしくお願いします。

書込番号：24399050

[ミヤノイ]

＞M45funさん

実際には転がり抵抗の差は大きいのでは無いでしょうか？
WLTCモードで19インチタイヤ装着車は約850km、20インチ車は約750kmという航続距離

実測では500−550kmくらいですよね｡
固いタイヤでパンパンにタイヤ圧を上げると一般車でもかなり燃費が良くなります｡
但し､MIRAIのは危険なタイヤです（19インチ）
https://www.youtube.com/watch?v=AJ8n_wP6EzM
ヤリスHVのタイヤもそうですがトヨタは数値のためにやり過ぎです｡

書込番号：24399077

[M45fun]

図1. 電費の速度依存性	図2.　走行抵抗

＞BigBenzさん

　ご所望の、電費の速度依存性を計算してみました。かなりの低燃費タイヤを想定し、転がり摩擦係数 RRC=0.005　の結果です。
図1を見ると、速度60km/h付近で最良電費　5.5 km/kWh くらいになっています。まあ、このカーブは内燃機関車でも同様と思われます。　参考までに、図2に走行抵抗を示します。

　ちなみに、この時のWLTC航続距離は、497 kmと計算され、皆さんの実航続距離には近そうですが、メーカ公表値からはずいぶん乖離しています。

　個人的には、転がり摩擦が過大評価されてしまっているようにも感じます。RRCの計測方法はJIS D4234に規定されていますが、どうも温度条件などがあいまいなので、結構測定誤差などもあるのでは。

書込番号：24400390

[BigBenz]

＞M45funさん

早速の試算して頂き有難うございます。

これはFCスタックの出力効率は一定という仮定でよろしいでしょうか。

もし、FCスタックの出力特性が何らかの変化をする場合は、そのグラフの変化を加味してFuelEfficienｃｙ/Velocityを読み取っていくということでよろしいでしょうか。

近々、近傍にほぼ勾配ゼロで一定速度で10�qくらい走れる道路がありますので、いくつかの一定速度で繰り返し走ってみて速度/燃費のデータを集めてみたいと思っています。データが整理出来たらご報告したいと思います。

書込番号：24400764

[M45fun]

＞BigBenzさん

燃料電池の効率は、55%一定として計算しています。
実際の効率曲線がどういう形なのか、私には一切情報がありませんし、まあ、そこまでの詳細設計を目的とした解析でもありませんので。
また、FCVでは、バッファー用のリチウムイオン電池を搭載していると思われ，短期的な効率変動は無視できるような気もします。

まあ、MIRAIに乗ったことがない人が、このような解析をするのもおこがましい限りですが。（笑）

車載電費メータでおそらく 電費（km/kWh） が表示されると思いますので、その値を教えていただけたら有難いです。

書込番号：24400825

[M45fun]

というより、バッファ電池搭載を前提としたら、スタックは効率最良条件で動作させているのではないでしょうか。普通はそう設計すると思いますが。

書込番号：24400839

[BigBenz]

＞M45funさん

速報です。

近所の信号の無い直線道路（１�qほど）で、データ取りのテストをしてみました。

３０，４０，５０，６０Km/hを各々２回づつ走りました。
加速が終わったらACCをセットして直ちに履歴を削除してリセットします。
１ｋｍ走ったところで�q/ｋｇを読み取ってから減速します。
加速減速の影響は入っていないと思います。
結果は、
30km/h:152�q/�s
40km/h:148�q/�s
50km/h：136�q/�s
60km/h：130�q/�s

データ数が少ないので確定的なことは全く言うことは出来ませんが、速度が高くなると燃費が悪くなるように見えます。

ギネス記録のは200km/kgという値はどうしたら」出るのでしょう？

書込番号：24402748

[M45fun]

＞BigBenzさん

速攻でのデータ採取ありがとうございます！
計算もあおられてしまいますね（笑）

ひとまず中間結果を示しますので、ご覧下さい。（中間結果ですので後日修正もありえます）　これをみると、超低摩擦タイヤを使っていると思われます。ミヤノイさんの言われる通りです。

一般の低燃費タイヤは RRC 0.007くらいと言われていますが、ここでは、実験値はRRC 0,004の結果に近いです。
また、驚くのは、30 km/hが最良なことで、この傾向は計算値とは違います。
どうも、転がり摩擦をRRCというパラメータだけで表現するのは無理がありそうです。実際は、もう少し非線形な現象ではないでしょうかね。

それにしても、この低速での実測値はすごいです。トヨタは何か小細工をしているかも。このように、EV系では内燃機関に比べ、転がり摩擦の影響は非常に大きいです。内燃機関では、燃費の 5%くらいがタイヤの影響と言われますが、EV系の低速では 20% くらい変わります。まあトヨタでなくとも低摩擦タイヤを使いたくなります(笑）

なお、専門的になりますが、使用したパラメータは以下です。
- 水素の高位発熱量　141.8　MJ/kg
- スタックの熱効率　0.55
この辺のパラメータを変えれば、どのような結果にもなります。ひょっとして、効率がもっと高い可能性もあります。

以上、計算方法の詳細などは下記をご参照下さい。ただし、RRCの計算は入っていません。
https://www.amazon.co.jp/dp/B0981QXJY5

書込番号：24403597

[M45fun]

すみません、上記文献は英語版です。
日本語版はこちらです。
https://www.amazon.co.jp/dp/B08Y86RKS8

書込番号：24403600