基于混合動(dòng)力臺架油耗測試準(zhǔn)確性影響因素的研究

摘 "要：本文基于某整車混合動(dòng)力臺架開發(fā)項(xiàng)目，闡述了混合動(dòng)力臺架結(jié)構(gòu)組成及油耗測試方法，實(shí)現(xiàn)整車循環(huán)模擬以及對整車循環(huán)油耗的有效性進(jìn)行評價(jià)，并以此為基礎(chǔ)研究影響臺架油耗測試結(jié)果的因素。通過分析油耗準(zhǔn)確性影響因素，為后續(xù)深入挖掘混合動(dòng)力臺架能量測量方法，或修正優(yōu)化臺架油耗測試結(jié)果提供依據(jù)，并在整車標(biāo)定及能量管理策略優(yōu)化等方面具有較好的指導(dǎo)和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力臺架;油耗測試;影響因素

中圖分類號：U467.5 " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " "文章編號：1005-2550（2022）05-0015-04

Research on Influencing Factors of Fuel Consumption Test Accuracy Based on Hybrid Power Testbed

CAI Li-ping， LIU Hai-feng， XIAO Bo， WANG Zu-jiang， GONG Chun-hui

（ Jiang ling Motors Corporation Ltd. Nanchang 330000， China ）

Abstract： Based on a vehicle project of hybrid testbed development， the structure composition and fuel consumption test method of the hybrid testbed are described， simulate the vehicle cycle and evaluates the effectiveness of the vehicle cycle fuel consumption， and the factors affecting fuel consumption test results are studied on basis of this. By discussing the influencing factors of fuel consumption accuracy， it provides a basis for further excavating the energy measurement method of hybrid power testbed， or correcting and optimizing the fuel consumption test results of testbed. It has good guidance and reference in vehicle calibration and energy management strategy optimization.

Key Words： Hybrid Testbed; Fuel Consumption Test; Influence Factor

1 " "引 言

國家出臺鼓勵(lì)政策發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)整車廠相繼把混合動(dòng)力技術(shù)投入市場，取得不錯(cuò)的市場反應(yīng)，混合動(dòng)力技術(shù)已成為各主機(jī)廠競賽的主體?；旌蟿?dòng)力臺架是技術(shù)開發(fā)中的重要環(huán)節(jié)，它不受道路試驗(yàn)環(huán)境和安全等條件制約，試驗(yàn)功能豐富、可靠性好、重復(fù)性高，是服務(wù)于混合動(dòng)力技術(shù)開發(fā)必不可少的試驗(yàn)平臺。

2 nbsp; "混合動(dòng)力臺架介紹

混合動(dòng)力臺架是將主要的動(dòng)力系統(tǒng)部件（例如發(fā)動(dòng)機(jī)，混動(dòng)變速箱、HCU、TCU、電機(jī)控制器等）在實(shí)驗(yàn)室測功機(jī)環(huán)境下模擬整車的裝置，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示?；旌蟿?dòng)力臺架可用于控制策略調(diào)試標(biāo)定，工作模式切換策略研究，及道路工況模擬驗(yàn)證等功能。具有快速響應(yīng)項(xiàng)目開發(fā)，關(guān)鍵系統(tǒng)及零件可在樣車試制前得到充分驗(yàn)證的優(yōu)勢。

混合動(dòng)力試驗(yàn)臺架具備豐富的試驗(yàn)功能，可以很好的滿足混合動(dòng)力整車初期開發(fā)工作。臺架可模擬整車道路負(fù)載，具備自動(dòng)工況測試，采用電子剎車踏板和電子加速踏板，再加上試驗(yàn)條件的嚴(yán)格控制（包括水溫、油溫、室溫），可以很好地用來研究油耗策略開發(fā)。使用混合動(dòng)力臺架開展油耗測試，可以消除駕駛員人為因素差異，控制準(zhǔn)確重復(fù)性好[1]。

3 " "混合動(dòng)力臺架油耗測試設(shè)備必要功能

除了圖1中常規(guī)的臺架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成裝置外，要開展油耗測試，還要求設(shè)備系統(tǒng)具備表1功能[2]。

4 " "混合動(dòng)力臺架油耗測試方法

混合動(dòng)力臺架油耗測試，是通過臺架主控平臺控制混合動(dòng)力總成運(yùn)行測試工況，計(jì)量整個(gè)測試工況的電量及燃料消耗量。

油耗測試時(shí)，電池模擬器要求能夠完全模擬電池包，且支持動(dòng)態(tài)SOC計(jì)算（給HCU提供SOC信號）。在NEDC或WLTC循環(huán)工況油耗測試前，要開展10～120Kph串并聯(lián)等速油耗測試，用于HCU內(nèi)部先期策略優(yōu)化。

4.1 " 試驗(yàn)方法

參考GB/T 19753-2021中6.4的規(guī)定，非可外接充電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（NOVC-HEV）需要進(jìn)行電量保持模式（CS階段）試驗(yàn)，按照7.1.1.2計(jì)算試驗(yàn)燃料消耗量[3]。

4.2 " 快速結(jié)果計(jì)算

（1）

FC—百公里燃料消耗量，單位為升每百千米（L/100km）;

S—整個(gè)測試循環(huán)的總里程，單位為千米（km）。

4.3 " 結(jié)果有效性判定

判定標(biāo)準(zhǔn)C不大于0.005，則結(jié)果有效;判定標(biāo)準(zhǔn)C超過0.005，則結(jié)果無效需重新試驗(yàn)。

（2）

?EREESS —電量保持模式試驗(yàn)REESS的電能變化量，單位為瓦時(shí)（Wh）;

Efuel —電量保持模式試驗(yàn)消耗的燃料能量當(dāng)量，單位為瓦時(shí)（Wh），按下式計(jì)算：Efuel=HV×FL;

HV—燃料的熱值;汽油8.92、柴油9.85，單位為千瓦時(shí)每升（kWh/L）;

FL—整個(gè)測試循環(huán)的燃料消耗量，單位為升（L）。

5 " "臺架油耗測試準(zhǔn)確性影響因素

油耗測試是混合動(dòng)力臺架一項(xiàng)常見且重要的試驗(yàn)項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中有利于策略調(diào)整優(yōu)化。但在按照法規(guī)循環(huán)摸底油耗時(shí)，因有別于型式認(rèn)證試驗(yàn)的整車試驗(yàn)，臺架摸底的油耗往往會(huì)偏低，就需要考慮臺架油耗影響因素來修正。以下幾項(xiàng)為主要且不可忽視的影響因素[4]。

5.1 " 測功機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬精度

在整車轉(zhuǎn)鼓油耗測試時(shí)，對駕駛員和試驗(yàn)設(shè)備均提出了嚴(yán)格技術(shù)要求。臺架油耗測試由于采用電子控制而非實(shí)際駕駛員，所以對臺架駕駛模擬系統(tǒng)也要求評估達(dá)到同等的行駛技術(shù)。

通常混合動(dòng)力臺架駕駛員模型，是通過控制加速信號和制動(dòng)信號精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)車速跟蹤，一般基于前饋和分段PI閉環(huán)控制能夠精準(zhǔn)模擬駕駛員。

在臺架油耗測試前，要求對駕駛員模型進(jìn)行調(diào)試，直至滿足GB 18352中C.1.2.6.6要求：整個(gè)循環(huán)試驗(yàn)期間，速度公差不超過±2km/h，超差時(shí)間不超過1秒，速度超差情況不能多于10次。

5.2 " 系統(tǒng)加載阻力

臺架油耗測試原理和整車轉(zhuǎn)鼓相似，都是克服測功機(jī)模擬的道路阻力，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)前進(jìn)。轉(zhuǎn)鼓通常都具備阻力滑行擬合功能，混合動(dòng)力臺架所搭載的測功機(jī)，由于自身結(jié)構(gòu)所限和慣量模擬功能缺失，基本都不具備自動(dòng)滑行擬合功能。如果直接用道路滑行試驗(yàn)測試的阻力加載到測功機(jī)進(jìn)行模擬，會(huì)與實(shí)際車輛道路行駛存在很大差異[5]。

為了提高臺架油耗測試準(zhǔn)確性，可以用臺架倒拖混合動(dòng)力總成，通過擬合各速度點(diǎn)下的系統(tǒng)阻力（通常測試0～120km/h范圍，每間隔10km/h取一個(gè)點(diǎn)），計(jì)算得到臺架系統(tǒng)內(nèi)阻曲線方程。用實(shí)際道路滑行阻力方程減去臺架系統(tǒng)內(nèi)阻方程，得到的差值再加載到測功機(jī)阻力模擬系統(tǒng)中，會(huì)提高油耗測試的準(zhǔn)確性，更接近整車油耗試驗(yàn)結(jié)果。

5.3 " 低壓功耗修正

車輛運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)噴油點(diǎn)火、風(fēng)扇運(yùn)行、電子控制器等工作，都需要低壓蓄電池提供能量，而蓄電池的電量，最終是由發(fā)動(dòng)機(jī)消耗燃油帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化而來。整車試驗(yàn)時(shí)，混合動(dòng)力系統(tǒng)的低壓、高壓、燃油都按照精準(zhǔn)的控制進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化傳遞。

在混動(dòng)臺架油耗測試時(shí)，需要考慮到臺架所特有的影響，出于混動(dòng)臺架安全及結(jié)構(gòu)等因素限制，高壓電池包是通過電池模擬器替代的，燃油供給系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)室油耗儀裝置負(fù)責(zé)，低壓蓄電池也被控制機(jī)柜中的低壓供電單元取代。所以，本該消耗燃油來滿足系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的低壓電量，在臺架油耗測試時(shí)，由外部的裝置單元提供，沒有計(jì)入試驗(yàn)燃油消耗中。在循環(huán)工況油耗測試時(shí)，這部分能量需要折算補(bǔ)償。

低壓功耗修正值可以按照以下方法測算。

計(jì)算得到的值（Q1與Q2的差值乘以油電轉(zhuǎn)化率）可以用于臺架油耗測試結(jié)果修正，一般混合動(dòng)力乘用車修正值為0.15L/100km～0.25L/100km。

5.4 " 冷起動(dòng)水溫功耗補(bǔ)償

與整車在轉(zhuǎn)鼓上測試不同，混合動(dòng)力臺架的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)和電機(jī)冷卻一般是由冷卻溫控裝置取代，通過溫控裝置來加熱或冷卻。臺架油耗測試時(shí)，溫控裝置通常將水溫控制在90℃。而在法規(guī)油耗測試時(shí)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)是冷機(jī)狀態(tài)，并通過自身工作加熱冷卻液。溫度對發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率影響較大，整車與臺架油耗測試初始水溫狀態(tài)存在差異，該差異的效果可以通過轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)對比，分別進(jìn)行冷機(jī)和熱機(jī)循環(huán)工況油耗測試，通常熱機(jī)油耗結(jié)果會(huì)有1%～2%的改善影響。

6 " "結(jié)束語

常見的臺架油耗測試方法，其結(jié)果一般是不能直接表述整車油耗，這取決于臺架與整車試驗(yàn)結(jié)構(gòu)和環(huán)境的區(qū)別。本文通過論述臺架油耗測試差異影響因素，有助于提高臺架油耗結(jié)果更接近整車轉(zhuǎn)鼓循環(huán)油耗測試結(jié)果，方便型式認(rèn)證試驗(yàn)摸底，評估整車油耗試驗(yàn)真實(shí)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙海霞，周長哲，等.混合動(dòng)力汽車試驗(yàn)臺架簡介[J].工程與試驗(yàn)，2013，53（2）：38-41.

[2]王好瑞，金振華，高大威，等.車用混合動(dòng)力系統(tǒng)集成與測試[J].電子測量技術(shù)，2005，32（2）：13-16.

[3]全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).輕型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量消耗量試驗(yàn)方法： GB/T19753-2021[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2021.

[4]葉曉，金振華，等.并聯(lián)混合動(dòng)力臺架測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010，31（8）：1082-1087.

[5]吳釗.新能源汽車臺架試驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)[D].北京：清華大學(xué)，2016.

蔡利平

畢業(yè)于武漢理工大學(xué)，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，任助理工程師，主要從事汽車試驗(yàn)測試方面的研究工作。

專家推薦語

龍永生

東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心

動(dòng)力總成技術(shù)總工程師 "研究員級高級工程師

基于國家提出的“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，為支撐和實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，混合動(dòng)力車型無疑是汽車行業(yè)各主機(jī)廠推出的主要技術(shù)路線之一。由于混合動(dòng)力車型較傳統(tǒng)車型增加了多種能量回收及儲存功能，以及能在多種運(yùn)行模式間的平穩(wěn)切換。因此混動(dòng)力車型能夠有效實(shí)現(xiàn)降低碳排放的關(guān)鍵技術(shù)就是對能量管理策略最優(yōu)化，如果能將能量管理策略的優(yōu)化從實(shí)車上的優(yōu)化轉(zhuǎn)移到在臺架上進(jìn)行，無疑在最佳尋優(yōu)效果、縮短開發(fā)周期以及降低成本方面帶來巨大的優(yōu)勢。

本文基于某整車混合動(dòng)力臺架開發(fā)項(xiàng)目，闡述了混合動(dòng)力臺架結(jié)構(gòu)組成及油耗測試方法，實(shí)現(xiàn)整車循環(huán)模擬以及對整車循環(huán)油耗的有效性進(jìn)行評價(jià)，并以此為基礎(chǔ)研究影響臺架油耗測試結(jié)果的因素。通過分析油耗準(zhǔn)確性影響因素，為后續(xù)深入挖掘混合動(dòng)力臺架能量測量方法，或修正優(yōu)化臺架油耗測試結(jié)果提供依據(jù)。并在整車標(biāo)定及能管理策略優(yōu)化等方面具有較好的指導(dǎo)和借鑒作用。