插電式混合動力汽車綜合性能評價體系構建

郝冬 陳光 張妍懿 王曉兵 王仁廣

（中國汽車技術研究中心）

插電式混合動力電動汽車（PHEV）具有內燃機和電機2個動力源，兼顧了內燃機汽車和純電動汽車（EV）的技術特點，被廣泛認為是汽車產業由傳統內燃機汽車向EV發展的重要過渡車型。PHEV的技術特點決定了它同時具有內燃機汽車的油耗和排放以及EV的電耗和充電性能等屬性。因此，相比于單一動力源的汽車，PHEV的性能指標更加繁雜，對其進行綜合性評價的難度也就更大。目前有關PHEV綜合性能評價的研究還不多見。文獻[1]通過對比PHEV在實際道路上和試驗室中的能耗試驗結果，探討了更能反映PHEV道路實際能耗的綜合評價方法；文獻[2]對比研究了國內外針對PHEV能耗和排放性能的試驗方法和標準，從試驗循環、測試程序及結果計算等幾個方面對PHEV能耗和排放評價面臨的關鍵問題進行了討論并提出了制定完善標準體系的建議；文獻[3]在綜合考慮動力性、續駛里程及經濟性指標的基礎上，提出了EV的評價方法。上述研究均集中于PHEV或EV的某些單項性能指標的測試及評價，但研究機構、整車企業及消費者往往需要一套綜合客觀的評價體系對PHEV進行性能評價，以便了解不同車型的整體性能水平。文章在國內外標準體系基礎上，建立了一套基于客觀測試參數的PHEV綜合性能評價體系。

1 PHEV評價指標指標權重評分函數的構建分析

文章構建的PHEV評價體系包括評價指標、指標權重及各指標評分函數3個部分。為保證評價體系的科學性，評價指標的參數測試方法均按照國家及國外標準執行，評價指標的評分函數均基于試驗數據分布和專家意見調研制定，評價指標的權重則應用德爾菲法經3輪專家意見收集得到；為保證評價體系的系統性，在充分了解PHEV的技術特點及消費者使用需求的基礎上，確立了涵蓋續航電耗、油耗、排放/噪聲、電磁輻射、充電性能及動力性能6大類指標的評價體系。

1.1 評價指標及評分函數

1.1.1 續航電耗

PHEV通常搭載比傳統混合動力電動汽車（HEV）更大容量的動力蓄電池，并利用外部電網對電池進行充電，電動屬性突出。在日常使用中，PHEV大多處于純電動或電量消耗的混合動力模式，實現電量消耗最大化和燃料消耗最小化的目的。為全面評價PHEV的電動屬性，評價體系采用純電動模式續駛里程和電能消耗量作為評價指標，2項指標具有關聯和相互制約的作用。一方面，EV模式續駛里程旨在引導車企開發更高EV續航能力的PHEV；另一方面，EV模式電耗指標則旨在引導整車輕量化技術和節能技術的研發。

在測評方法上，依據GB/T 19753—2013《輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》[4]規定的車輛EV模式續駛里程以及條件A下的EV模式電耗率。EV模式續駛里程及電耗指標的評分函數（Q1,1）和（Q1,2），如式（1）和式（2）所示。

式中：x1——EV模式下的續駛里程，km；

x2——EV模式下的電耗，kW·h/100 km。

1.1.2 油耗

消費者普遍關注PHEV在不能保證充電情況下的油耗表現，將油耗作為評價指標，不僅引導綠色消費，也促進節能技術提升。依據文獻[4]的要求測試條件B下的油耗值。

在測評方法上，參考GB 19578—2014《乘用車燃料消耗量限值》[5]的限值要求以及GB 27999—2014《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》[6]的目標值要求，取750 kg和2 510 kg，以及二者中間部分每個整備質量段的中點值作為基準值，分別對應文章中的該段整備質量段的限值和目標值要求。以此為依據，根據樣車整備質量進行插值，得到樣車對應的限值（c2）和目標值（c1），以c2為0分基準，以c1為100分基準，采用線性插值法進行油耗得分計算。得到常溫HEV模式油耗指

標的評分函數（Q2,1），如式（3）所示。

式中：c1，c2——樣車對應的目標值、限值；

x3——油耗，L/100 km。

1.1.3 排放/噪聲

PHEV在不能保證充電的情況下排放能夠反映企業減排技術，因此將常溫HEV模式排放和低溫HEV模式排放作為評價排放性能的指標。

在測評方法上，常溫HEV模式排放指標依據GB/T 19755—2005《輕型混合動力電動汽車污染物排放測量方法》[7]中的要求測試條件B下I型試驗的排放值，并乘以標準推薦的劣化系數作為試驗結果。低溫HEV模式排放指標依據文獻[7]中的要求測試條件B下VI型試驗的排放值。2個指標均以排放限值要求為60分基準，以限值的50%為100分基準確定評分函數（Q3,1），如式（4）所示，其中 l為 GB 18352.5—2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》[8]中的排放限值。

式中：x4——污染物排放值，g/km；

l——污染物排放限值，g/km。

汽車行駛時的車內噪聲主要是由發動機噪聲、胎噪、風噪及環境噪聲等組成的。過大的噪聲不僅降低乘坐舒適性，而且影響駕駛安全性，因此車內噪聲是用戶選購汽車時的一個重要考慮因素。將60 km/h時的車內噪聲和100 km/h時的車內噪聲作為評價汽車噪聲、振動、聲振粗糙度（NVH）技術水平的指標。

在測評方法上，以GB/T 18697—2002《聲學汽車車內噪聲測量方法》[9]為車內噪聲檢驗標準，按照GB/T 19753—2013《輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》[10]中的7.2.3.1條儲能裝置放電進行預處理，保持發動機運轉，分別對60，100 km/h勻速行駛時車內噪聲進行測量。60 km/h用以代表城市及市郊行駛工況，100 km/h用以代表高速公路行駛工況，2項指標的評分函數（Q3,2）和（Q3,3），如式（5）和式（6）所示。

式中：x5——車速為60 km/h時車內聲壓級，dB；

x6——車速為100 km/h時車內聲壓級，dB。

1.1.4 電磁輻射

目前，消費者越來越關注電磁輻射對人體健康的影響。傳統汽車更偏向于一個機械產品，而搭載動力電池、驅動電機、電控系統及內燃機的PHEV則是一個機械和電子高度綜合的產品，其電磁輻射強度比傳統汽車復雜很多。將人體電磁防護作為評價汽車電磁輻射大小的指標，幫助用戶更加清晰和直觀地認識和了解電磁輻射情況。

在測評方法上，依據JASO TP 13002：2013《關于汽車人體暴露的磁場檢測方法》[11]中的要求測量車輛不同位置的電磁輻射值，依據該標準中的限值要求計算最小裕量（x7）。以x7作為評價人體防護指標的對象，其評分函數（Q4,1），如式（7）所示。

式中：x7——電磁輻射值最小裕量，dB。

汽車的電磁抗擾能力表明了汽車在遇到電磁干擾時的功能穩定性。將電磁抗擾作為評價汽車抗電磁干擾能力的指標。在測評方法上，電磁抗擾檢測標準是ECE R10《Electromagnetic compatibility》[12]。汽車在轉鼓上以50 km/h勻速行駛，在20～2 000 MHz頻率范圍，依據在30，45，60 V/m電場強度下汽車各主要功能是否正常來確定得分，其評分函數（Q4,2），如式（8）所示。

式中：x8——電場強度，V/m。

汽車各主要功能正常的要求包括：1）車速波動不超過±5 km/h；2）前雨刷沒有誤動作；3）儀表指示正常，儀表背景燈正常；4）制動系統正常；5）電驅動系統控制正常；6）ABS/ESC 等電子系統正常；7）TMPS 正常；8）喇叭和報警器沒有意外激活；9）電動座椅和電動門窗無意外動作；10）安全氣囊沒有誤爆；11）照明和信號燈功能正常。

1.1.5 充電性能

PHEV的電動屬性意味著充電環節的重要性，充電性能將直接影響用戶的使用體驗和出行規律，將充電時間作為評價汽車充電性能的指標之一。在測評方法上，依據文獻[4]中測試條件B下的相關要求進行測試，考察充至滿電狀態的時間，其評分函數（Q5,1），如式（9）所示。

式中：x9——汽車充滿電狀態的時間，h。

汽車在充電過程中，雷電天氣或電網波動等因素對汽車的充電功能造成干擾甚至影響正常充電，因此將充電抗擾作為評價汽車充電性能的指標之一。在測評方法上，依據文獻[12]中的要求進行測試。以遇干擾充電失效為0分基準，以遇干擾充電失效但可手動恢復為60分基準，以遇干擾充電失效但可自動恢復或者遇干擾充電正常為100分基準進行得分評定，評分函數（Q5,2），如式（10）所示。

式中：x10——充電失效及恢復情況；

y1——充電失效；

y2——充電失效但可手動恢復；

y3——充電失效可自動恢復或充電正常。

1.1.6 動力性能

將加速性能作為評價汽車動力性能的指標，依據GB/T 19752—2005《混合動力電動汽車動力性能試驗方法》[13]中的要求，測試汽車0～100 km/h加速時間，評分函數（Q6,1），如式（11）所示。

式中：x11——0～100 km/h加速時間，s。

將上述評價指標進行匯總，得到如圖1所示的PHEV綜合性能評價指標體系，共包括6個1級指標及12個2級指標。

圖1 綜合性能評價指標圖

1.2 指標權重

德爾菲法（Delphi Method）又稱專家規定程序調查法，該方法由調查者擬定調查表，按照既定程序，以函件的方式分別向專家組成員進行征詢；然后專家組成員又以函件方式提交意見。經過幾次反復征詢和反饋，專家組成員的意見逐步趨于集中，最后獲得具有很高準確率的集體判斷結果[14]。確立評價體系的指標及其評分函數后，采用德爾菲法征集了多名行業技術專家的意見，最終確定了各級評價指標的權重值，如表1所示。

表1 插電式混合動力電動汽車綜合性能評價指標權重表（總分為100分）%

1.3 評分計算方法

PHEV的評價結果包括綜合性能總分以及6項1級指標得分。綜合性能總分由各項1級指標權重與相應指標得分值乘積之和計算得出，如式（12）所示。

式中：S——PHEV綜合性能得分；

i，Si，ki——1級指標序號、得分、權重。

1級指標得分由各項2級指標權重（相對于所屬1級指標的權重）與相應指標得分值乘積之和計算得出，如式（13）所示。

式中：j，Qi,j——2級指標序號、得分；

pi,j——2級指標j相對于所屬1級指標i的權重。

2 測評結果

將建立的評價體系應用于對2款不同PHEV車型的評價，以驗證該體系的可行性及易用性。圖2示出根據前文的評分計算方法和測量數據計算得到的各項1級指標得分及綜合性能評分，從中可以比較得出2款車的各項性能指標比對情況。表2示出PHEV綜合性能評分的測試結果，如果單純看表2所列出的車型1和車型2的測試結果幾乎不可能僅通過這些數據直觀地衡量一款車型的優劣，因為一款PHEV的各項性能測試數據可能包括多個不同的量綱、數據類型或數量級，而應用文章的評價體系則可解決這一問題。首先，應用建立的評分函數，將表2的測試數據轉換為統一量綱的百分制得分，結果如表3所示；然后，根據表1和表2數據，利用式（12）和式（13）計算得到車型1和車型2的綜合性能評分分別為92.19分和81.61分。從得分結果來看，在續航電耗、油耗、排放+噪聲及動力性能方面，車型1優于車型2。

圖2 2款插電式混合動力電動汽車的綜合性能及1級指標評分結果

表2 2款插電式混合動力電動汽車綜合性能評價的測試結果

表3 2款插電式混合動力電動汽車測試指標得分結果

3 結論

采用6個1級指標、12個2級指標及17個測試指標，建立了PHEV綜合性能評價體系，并對2款車型的試驗結果進行了評價。結果表明：該方法可將多參數、多量綱及多數據類型的PHEV性能測試結果以清晰直觀的百分制形式呈現出來，有助于準確區分不同PHEV車型的綜合水平和技術特點。隨著相關標準體系的完善及PHEV的技術進步，該體系的評價指標、評分函數及指標權重等也將不斷更新，以達到引導消費和促進PHEV產業技術進步的作用。