電動車の航続距離を左右する運転の秘訣
電気自動車（EV）の普及が加速する中、自動車メーカーはバッテリーの大容量化やモーターの高効率化に注力している。しかし、航続距離に最も大きな影響を与える要因は、実は車両の性能ではなく、運転者の「運転スタイル」にあることが、最新の研究で明らかになった。中国自動車工学会誌（Chinese Journal of Automotive Engineering）に掲載された研究によると、アクセルとブレーキの操作、つまり「加速度のばらつき」が、EVのエネルギー消費に最も決定的な影響を与えるという。この研究は、広州汽車集団（GAC）自動車研究所の王穎迪（おう えいてい）氏と清華大学の李慶鋒（り けいほう）、王師（おう し）、劉偉（りゅう い）、王博遠（おう はくえん）、肖建華（しょう けんか）氏らの共同研究によるものである。
この発見は、EVの航続距離が「高速走行で短くなる」という一般的な認識を覆すものだ。研究チームは、ある市販のEV SUVの実際の走行データを分析し、相関分析と次元削減分析（SIR法）を行った。その結果、平均速度や高速走行の割合よりも、「加速度の標準偏差（δa）」という指標がエネルギー消費との相関が最も強いことが判明した。つまり、運転がスムーズで、急加速や急ブレーキを繰り返さないことが、最も効率的な走行につながるのだ。
この事実は、多くのEVドライバーが抱える「航続不安（Range Anxiety）」の解決策を示している。航続距離を延ばすために、必ずしも大容量のバッテリーを搭載する必要はない。既存の技術を最大限に活かすには、運転者の意識と行動を変えることが、より現実的で持続可能なアプローチである。この研究は、運転の「質」が、車両の「量」に勝る重要性を持つことを示している。
研究チームは、この仮説を検証するために、Matlab/Simulinkを用いた1次元の車両シミュレーションモデルを構築した。このモデルは、車両制御ユニット（VCU）、インテリジェントパワーユニット（IPU）、バッテリーマネジメントシステム（BMS）を詳細に再現し、実際の走行データと比較して高い精度（誤差平均4%）を確認している。この信頼性の高いモデルを用いて、3つの典型的な走行シーンにおけるエネルギー消費のメカニズムを深く掘り下げた。
1. 定速走行：時間とエネルギーの「トライアド」
多くのドライバーは、高速道路でできるだけ速く走りたいと考える。しかし、この研究は、最適な走行速度は「速さ」ではなく、「バランス」にあると指摘する。シミュレーションでは、ある速度で一定の距離を走る場合、エネルギー消費は30km/h付近で最小値を取る。これは、低速域ではモーターの効率が悪く、高速域では空気抵抗が急激に増大するためである。
しかし、ドライバーにとって「時間」も重要な要素だ。そこで研究チームは、「エネルギー消費」と「走行時間」の両方を考慮した「時間-エネルギーのトレードオフ」を分析した。対数グラフで見ると、走行速度と時間・エネルギーの変化率の関係が明確になる。この分析によると、約70～80km/hの速度域では、速度を上げることで得られる「時間の短縮」のメリットが、「エネルギー消費の増加」のデメリットを上回る。つまり、この速度帯で走行することは、時間とエネルギーの両面で最も効率的なのだ。
一方、80km/hを超えると、空気抵抗の影響が圧倒的になり、速度を上げるごとにエネルギー消費が急激に増加する。この領域では、時間の短縮よりもエネルギーの浪費が大きくなるため、意図的に速度を落とすことが賢明である。高速道路を走行する際の最適なアドバイスは、「80km/h前後で巡航し、必要以上にスピードを出さない」ことだ。これにより、航続距離を最大限に引き出しつつ、実用的な走行時間を確保できる。
2. 加減速走行：都市部での「スムーズ運転」の重要性
都市部の混雑した道路では、定速走行は難しい。頻繁な発進・停止や、前車との車間距離の調整が求められる。このシーンこそが、エネルギー消費に最も大きな影響を与える「加減速走行」である。研究のシミュレーション結果は衝撃的だ。平均速度20km/hの渋滞中、急加速・急ブレーキを繰り返す「激しい運転」を行うと、エネルギー消費は同じ速度で一定に走る場合に比べて237%も増加する。
その理由は、EVのエネルギー回生システムにある。加速時にはバッテリーの電気エネルギーがモーターの運動エネルギーに変換される。減速時には、その運動エネルギーを回生ブレーキで再び電気エネルギーに変換し、バッテリーに戻す。しかし、この変換プロセスにはロスが伴う。モーターやインバーター、バッテリーでの損失により、回生効率は通常80%前後で、20%程度のエネルギーは熱として失われる。
つまり、急加速して急ブレーキをかけるたびに、「エネルギーを出して、一部を回収する」というサイクルが発生し、その度にエネルギーが失われていく。この「往復の損失」が、都市部走行でエネルギーを大幅に浪費する原因なのだ。逆に、前の車の動きを予測し、ゆったりと車間距離を保ち、アクセルとブレーキを滑らかに操作すれば、この無駄なサイクルを最小限に抑えられる。
興味深いのは、高速走行時（100km/h）には、ある程度の速度変動がエネルギー消費に悪影響を与えない、あるいは逆に効率が良くなる場合があることだ。これは、高速域ではモーターが最も効率の良い回転域にあり、加速時のモーター出力の増加が、全体の効率を向上させるためである。つまり、都市部では「スムーズさ」が、高速道路では「速度の適正さ」が、それぞれのシーンでの最適な運転スタイルの鍵となる。
3. 坂道走行：慣性を活かす「賢い運転」
実際の道路には坂道がつきものだ。坂道をどう走るかによっても、エネルギー消費は大きく変わる。研究では、4%の勾配の坂道をシミュレーションし、定速で走る場合と、上り坂で速度を落とし、下り坂で速度を上げる「慣性活用走行」を比較した。
その結果、特に80km/hの高速走行時では、「慣性活用走行」が定速走行に比べて最大で17%のエネルギー消費削減が可能だった。そのメカニズムはこうだ。上り坂ではアクセルを緩め、速度を落とす。これにより、運動エネルギーが位置エネルギーに変換される。下り坂では、アクセルを踏まず、あるいは軽く踏んで、位置エネルギーを運動エネルギーに変換し、重力の力で加速する。この方法の最大の利点は、下り坂での回生ブレーキの使用を最小限に抑えられることだ。回生ブレーキはエネルギーを回収するが、その過程でロスが発生する。そのため、できるだけ自然な加速に任せ、回生ブレーキの使用を避けることで、全体の効率が向上する。
ただし、この戦略にはトレードオフがある。速度を落とすことで走行時間が延びるのだ。40km/hの低速走行時には、エネルギーの節約よりも時間のロスが大きくなるため、定速走行の方が総合的に優れている。しかし、80km/hの高速走行時には、エネルギーの節約が時間のロスを大きく上回るため、非常に効果的だ。つまり、坂道での最適な運転法は「速度に応じて変わる」ということだ。低速では安定した速度を保ち、高速では上り坂で少し減速し、下り坂で自然に加速する「慣性活用」が、最も賢い選択となる。
運転の未来：教育と技術の融合
この研究の結論は明確だ。EVの航続距離を伸ばす最良の方法は、「もっと大きなバッテリー」ではなく、「もっと賢い運転」である。加速度のばらつきを最小限に抑え、速度と時間のバランスを取る。これが、現代のEVドライバーに求められる新しいスキルだ。
この知識を広めるためには、運転教育の改革が不可欠だ。教習所での「エコドライブ」教育を強化し、新車購入時の説明にこの原則を取り入れるべきである。また、自動車メーカーの役割も大きい。ナビゲーションシステムがルート上の坂道を予測し、「上り坂では速度を落としましょう」とアドバイスするような、運転支援システムの進化が期待される。すでに一部のEVには「ワンペダルドライブ」機能があり、アクセルペダルだけで加速と減速を制御できる。これをさらに発展させ、最適な運転スタイルを導くインテリジェントなシステムが、近い将来の標準になるだろう。
王穎迪、李慶鋒、王師、劉偉、王博遠、肖建華、GAC自動車研究所、清華大学、中国自動車工学会誌、DOI: 10.3969/j.issn.2095-1469.2024.03.19