混合动力电动汽车测试方法

摘要：在满足常规车辆测试指标的前提下，混合动力汽车能更好地体现节能减排的优势。根据动力总成结构特点和　布置方式的不同，介绍了混合动力汽车（ＨＥＶ）串联式、并联式和混联式３种类型的工作原理，比较分析了混合　动力汽车４种常用的整车性能评价测试方法及试验内容。从整车和部件的角度出发，列举了混合动力汽车相关标　准中规定的性能评价测试指标。指出混合动力汽车在整车和关键零部件测试时，应先满足常规性能要求，然后对　排放和燃油经－齐Ｉ陛进行评价。　关键词：混合动力汽车；测试方法；动力总成　Ｔｅｓｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｐｒｅｍｉｓｅ　ｏｆ　ｓａｔｉｓｆｙｉｎｇ　ｎｏｒｍａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｅｓｔ　ｔａｒｇｅｔ，ｈｙｂｒｉｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ（ＨＥＶ）ｈａｓ　ａ　ｂｅｔｔｅｒ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｉｎ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｌａｙｏｕｔｓ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｉｎ，ｔｈｒｅｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ＨＥＶ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｓｅｒｉｅｓ，ｐａｒａｌｌｅｌ，ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｏｎｅｓ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｆｏｕｒ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ＨＥＶ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｔａｒｇｅｔｓ　ａｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ＨＥＶ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ　ｉｓ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＨＥＶ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓａｔｉｓｆｉｅｄ　ｆｉｒｓｔ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ＨＥＶ’Ｓ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ａｎｄ　ｋｅｙ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｉｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｗｅ　ｃａｎ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｕｅｌ　ｅｃｏｎｏｍｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｈｙｂｒｉｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ；Ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄ；Ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｉｎ　环保和节能是当今汽车工业发展的２大主题，围　１．１串联式ＨＥＶ　绕这个主题各种汽车技术不断更新发展，新能源汽车　串联式ＨＥＶ的发动机仅仅用于驱动发电机发电，　就是在这种背景下应运而生［】】。新能源汽车中的纯电　产生的电能供给电动机，由电动机提供动力满足汽车　动汽车和燃料电池汽车都是一种很理想的车型，能够　行驶要求。蓄电池（或电容）实际上起着平衡发动机　有效地解决汽车排放和能源替代问题，但因受制于续　输出功率和电动机输入功率的作用，当发电机的发电　驶里程短、成本高昂和电池技术尚未突破等障碍，其　功率大于电动机所需的输入功率时，控制器控制发电　市场化的发展进程缓慢［２－３］而混合动力汽车（ＨＥＶ）　机将额外功率向蓄电池充电；当发电机发出的功率低　虽没有前２种车型的节能减排效果明显，但却无疑是　于电动机所需的功率时，蓄电池则向电动机提供额外　一种很好的过渡选择，成为目前最具产业化和商业化　的电能，结构示意图，如图１所示。　前景的车型。文章介绍了ＨＥＶ的几种常见结构类型，　并分析了ＨＥＶ的几种常见的整车测试方法及其测试　指标。　１　混合动力电动汽车的分类　混合动力汽车的动力总成主要包括发动机、发电　机、电动机／发电机、蓄电池（电容）以及变速器等。　按动力总成配置和部件的组合方式不同，ＨＥＶ可以　分为串联式、并联式以及混联式３种类型。　…一电气连接　图Ｉ串联式ＨＥ＼’结构示意图　．．４９．．　１．２并联式Ｉ－ＩＥＶ　道路测试分为安全性测试、噪声测试、动力性测试、　并联式ＨＥＶ可由发动机和电动机共同驱动或者　能耗和排放测试（车载测试），这些测试均需要在专　各自单独驱动行驶。当电动机只是作为辅助驱动系统　用试验场地上按规定的试验方法完成。道路测试方法　时，其输出功率可以较小，主要由发动机提供需求功　比较简单、直观，试验结果可以很快地评价整车性能　率。与串联式结构相比，发动机通过机械传动机构直　的优劣，为试验样车的参数标定、控制策略优化以及　接驱动汽车，其能量的利用率相对较高，结构示意图，　新样车的开发提供可靠的试验依据，但是受温度和风　如图２所示。　速等外界干扰因素影响较大，道路测试方法的可控性　——机械连接厂　—＝＿、　…一电气连接…一由　谁培　ｌ兰　＼———　／　图２并联式ＨＥＶ结构示意图　１．３混联式ＨＥｖ　混联式ＨＥＶ综合了串联式与并联式的结构特点，　如图３所示，其发动机发出的功率一部分通过机械传　动输送给驱动轮，保持较高的能量利用率；另一部分　则驱动发电机进行发电。发电机发出的电能则由控制　策略根据汽车行驶功率的需求控制电能输送给电动机　或蓄电池，电动机产生的驱动力矩通过动力合成装置　传送给驱动轮。在汽车低速行驶时，驱动系统主要以　串联方式工作；当汽车高速稳定行驶时，则以并联工　作方式为主。这种结构能较好地实现汽车的各项性能　需求，发动机的工作不受汽车行驶状况的影响，总是　在最高效率状态下工作，实现了低排放及超低油耗的　目的，达到较好的环保和节能效果，但此类汽车的控　制技术较为复杂，控制系统设计与制造要求较高，传　动系布置也较为困难ｌ４】。　——机械连接　（蓄电池１、、　　．．．．．．．　…一电气连接　图３混联式ＨＥＶ结构示意图　２　评价测试方法　２．１道路测试法　道路测试法是基于整车的测试方法，通过在实际　道路进行实车测试来评价混合动力汽车性能的优劣。　一５０．　和重复性较差。　２．２底盘测功机测试法　底盘测功机试验也是从整车角度出发的测试方　法，它首先通过负荷设定来精确模拟汽车在实际道路　上的行驶阻力，从而实现其道路行驶阻力在底盘测功　机上的再现，这也是底盘测功机试验的关键，将直接　影响汽车的动力性和能耗排放等性能的研究［５Ｊ。在此　基础之上，参考标准试验程序进行汽车性能的测试评　价，混合动力汽车在底盘测功机上的排放试验示意图，　如图４所示。　与道路测试法相比，底盘测功机试验能够控制室　内环境等可变因素，可以精确模拟多种典型行驶状况，　试验结果重复性好，但是试验需要昂贵的试验设备，　这对处于研发阶段的企业来说成本较高。　图４混合动力汽车的底盘测功机排放试验　２．３台架测试　台架测试是把发动机、电动机／发电机、蓄电池　及变速器等总成部件按照混合动力总成布置方案安装　在发动机台架上，利用ＣＡＮ总线把台架测试控制系　统与整车多能源控制器和各总成部件ＥＣＵ连接起来，　实时测量混合动力总成的各项参数，控制动力总成的　运行状态，并借助相关测试设备（如油耗仪、排放分　析仪及电功率计等）完成动力性、燃油经济性、排放　及噪声等整车性能测试试验【６】。并联式动力总成台架　能耗排放试验示意图，如图５所示。　图５并联式混合动力总成台架　台架试验受外界自然环境的限制较少，并可以使　各零部件的布置不受整车总布置的限制。此外，台架　测试还可以利用不同总成部件的模块化设计进行高效　率的安装和调试，不仅减少了开发成本，而且大大缩　短了混合动力总成的研发周期。　２．４整车模拟法　整车模拟法是在台架测试系统基础之上，利用硬　件在环仿真法（ＨＩＬ）转换测试循环来对汽车整车性能　进行评估的方法【７】。ＨＩＬ模拟的示意图，如图６所示。　■▲Ｉ　——二［　ｌ　２４　ｖ０ａ￣，　真结果　ｌ　◆圆　测试循环　图６　ＨＩＬ不意图　该方法首先把整车速度测试循环转化为发动机转　速测试循环，并建立电动机／发电机、发动机、蓄电　池或超级电容等部分的数字信号处理（ＤＳＰ）模型。　根据各总成部件控制系统的控制信号，ＤＳＰ模型模　拟出汽车各总成部件的运行状态。在得出发动机的转　速一转矩关系之后，利用发动机的效率ＭＡＰ图来计　算ＨＥＶ在测试循环下的燃油经济性，并依据转换的　发动机测试循环在台架上进行发动机试验，可测量得　出ＨＥＶ在测试循环下的排放特性。整车模拟法是传　统台架测试方法的改进，解决了发动机测试工况与整　车行驶工况脱离的问题，测量精度较高。缺点是在采　用ＨＩＬ模拟中缺乏混合动力各总成部件的标准模型，　通用性较差。　３　ＨＥＶ测试指标　根据标准中规定的试验程序进行试验，并确定不　同的测试指标来对ＨＥＶ进行性能评价。　３．１整车测试指标　与传统汽车类似，ＨＥＶ整车评价的测试指标主　要包括安全性、噪声、动力性、经济性和排放特性等。　１）安全性测试指标主要从汽车结构和功能安全　要求及故障维护等方面进行不同项目的检验，相应的　评价指标在ＧＢ／Ｔ　１９７５１—２００５标准中进行了详细的　规定。　２）噪声测试同传统汽车一样，参照标准中规定　方法进行，主要包括加速噪声、车内噪声、汽车定置　噪声、匀速行驶噪声、轮胎噪声及发动机噪声等，车　辆各种噪声是否达标，相应标准中都有限值要求。　３）动力测试指标参照ＧＢ／Ｔ　１９７５２混合动力电动　汽车动力性能试验方法进行，测试指标包括：混合动　力模式下的最高车速、０～１００　ｋｍ／ｈ或０～５０　ｋｍ／ｈ的　加速时间、３０　ｍｉｎ的最高车速、爬坡车速、坡道起步　能力以及最大爬坡车速；纯电动模式下的最高车速、　０～５０　ｋｍ／ｈ的加速时间、爬坡车速及坡道起步能力。　４）能量消耗量测试主要包括燃油消耗和电能量　消耗的测试，在测试中获得的蓄电池的电能量消耗量　要转化成相应的油耗量，换算关系为：１　Ｌ柴油大约等于　３．０２　ｋＷ・ｈ电量；对于混合动力汽车能耗值的大小，　国家标准中没有明确规定，只是作为汽车定型的参考。　５）排放测试主要指的是对常规污染物（ＣＯ，　ＣＯ，，ＴＣＨ，ＮＯｘ和颗粒物ＰＭ）的测量。目前，对　于ＨＥＶ的尾气污染物排放限值没有明确规定，轻型　混合动力汽车参照了传统轻型汽车的排放限值，而重　型混合动力汽车的排放标准还没有出台，仍处于探索　研究阶段。　３．２　Ｉ－ＩＥＶ的部件评价指标　除了混合动力整车测试外，还需进行动力总成部　件的测试，主要包括电池系统评价、电机及其控制器　的评价、发动机性能评价等。　１）ＨＥＶ电池系统的检验类型主要有出厂检验和　型式检验，又根据蓄电池不同的类型（主要分为铅酸　蓄电池、镍氢电池、锂电子蓄电池和锌空气蓄电池）　进行不同的评价测试项目（如外观、质量及放电容量　等）。　２）电机及其控制器的检验类型主要有常规检验　．５１．　和型式检验，不同检验类型又包括不同的评价测试项　之后，再对其排放和燃油经济性能进行评价，从而确　　目，例如：常规检验进行电机空载转速、耐电压、噪　定其在节能减排方面的优劣；声、控制器过载能力及电压波动等项目，型式检验进　２）由于ＨＥｖ具有独特的技术特点和运行方　式，需要区别于常规车辆的测试方法。目前，适用于　行温度、湿度、温升及最高工作转速等检验项目。　３）发动机作为动力总成的主要部件，其性能的　ＨＥｖ测试技术的试验方法较多，国家相关测试标准　好坏在很大程度上影响了整车的评价性能，其评价测　还没有明确规定采用那种测试方法，还需要通过大量　试指标主要包括净功率、最大功率、外特性、负荷特　试验来做进一步的研究。　性、油耗、ＥＳＣ或ＥＴＣ下常规排放污染物的测量以　及ＥＬＲ烟度试验等。　在整车控制系统、电机控制系统、电池控制系统　以及发动机控制系统的协同作用下，ＨＥＶ各个部件　吉林大学，２００５．　参考文献　［１］刘明辉．混合动力客车整车控制策略及总成参数匹配研究［Ｄ］．长春：　［２］颜增品．世界电动汽车用电池技术的发展现状［Ｊ】．世界汽车，　１９９７（１０）：５—７．　高效运转，能量得到最佳分配，发动机的工作状态也　得到优化并始终工作在高效区域。与常规车辆相比，　［３］刘剑雄，管前新．当前世界电动汽车发展概况［Ｊ］．汽车技术，　１９９７（５）：５６．５８．　在不丧失动力性的条件下具有更好的排放效果和燃油　经济性。因此，在对ＨＥＶ进行性能评价测试时，混　合动力总成首先在安全性和动力性方面达到法规要　［４】王世新，徐勇．混合动力电动汽车动力传动系统的研究［Ｊ］．机械研　究与应用，２００５，１８（６）：２８．２９．　［５］马杰，周华，陆红雨．底盘测功机阻力设定对汽车尾气排放的影响【Ｊ】＿　汽车工程，２００６（９）：８７３—８７６。　求，同时各个部件也要分别达到各件测试标准，在此　基础之上再对其排放和燃油经济性能进行评价，确定　其在节能减排方面的优劣。　［６】李战龙．混合动力汽车试验台架的研究与开发［Ｄ】．长春：吉林大学，　２００４．　［７］余薇，秦孔建．重型汽车排放和油耗测试方法现状及发展趋势【ｃ］．　２００９中国汽车工程学会年会论文．北京，２００９：７６１—７６５．　（收稿日期：２０１０—０６—０７）　４　结论　１）和传统汽车一样，ＨＥＶ整车测试和关键零部　件测试都有相应的技术要求，在其满足常规性能要求　（上接第２８页）　建立其驱动系统相关部件的模型及整车模型。仿真结　最高车速很低。ＭＡＮＨＡＴＴＡＮ道路工况在多数时刻　果表明：基于标准工况下的本田Ｉｎｓｉｇｈｔ混合动力车　要求电力辅助驱动，汽车长时间在该循环下行驶时电　大幅度提高了其燃油经济性，改善了排放性能。所建　力供不应求，使得发动机在恶劣工况工作，即原车在　立的模型合理准确，能够进行系统的优化设计。这种　类似于ＭＡＮＨＡＴＴＡＮ城市循环工况下运行时不能获　仿真软件有利于为我国汽车企业在设计混合动力车时　得最佳的经济性和排放性。这与实际情况也相符，事　提供技术支持。　实上电动汽车对于城市工况希望能够实现纯电动行驶　就是为了避免发动机低效运行。因而针对这种工况在　进行动力匹配时应该选择更高的混合比，从而使得在　城市工况接近“零排放”　】。　参考文献　［１］陈清泉，孙逢春，祝嘉光．现代电动汽车技术［Ｍ】．北京：北京理　工大学出版社，２００２：６９—７３．　［２］陈清泉，孙逢春．混合动力车辆基础［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，　２００１：１０５—１１２．　４　结论　目前我国政府和企业正在大力投资开发混合动力　［３］张翔，赵韩，钱立军．电动汽车仿真软件进展ｆＪ］．系统仿真学报，　２００４，１６（８）：１６２ｌ一１６２３．　车，其仿真技术在混合动力车的设计工程中起着重要　的作用。文章采用ＡＤＶＩＳＯＲ作为仿真平台来开展混　合动力车的研究工作，是一种切实可行的有效方法。　通过对本田Ｉｎｓｉｇｈｔ混合动力车进行仿真，利用后向　［４］张翔，钱立军，张炳力．电动汽车仿真软件ＡＤＶＩＳＯＲ的应用［Ｊ］．　汽车研究与开发，２００３（４）：１４．１６．　［５］张翔．电动汽车建模与仿真的研究［Ｄ］．安徽：合／］Ｅ２１２￣大学，２００４：　４５—４７．　仿真模块和正向仿真模块及ＡＤＶＩＳＯＲ本身的特点，　．（收稿日期：２０１０—０７—２７）　５２