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济性进行评价。
关键词:混合动力汽车;测试方法,动力总成
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。
串联式HEV
串联式HEV的发动机仅仅用于驱动发电机发电,产生的电能供给电动机,由电动机提供动力满足汽车行驶要求。蓄电池(或电容)实际上起着平衡发动机输出功率和电动机输入功率的作用,当发电机的发电功率大于电动机所需的输入功率时,控制器控制发电机将额外功率向蓄电池充电;当发电机发出的功率低于电动机所需的功率时,蓄电池则向电动机提供额外的电能
并联式HEV
并联式HEV可由发动机和电动机共同驱动或者各自单独驱动行驶。当电动机只是作为辅助驱动系统时,其输出功率可以较小,主要由发动机提供需求功率。与串联式结构相比,发动机通过机械传动机构直接驱动汽车,其能量的利用率相对较高
混联式HEV
混联式HEV综合了串联式与并联式的结构特点,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*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
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。道路测试分为安全性测试、噪声测试、动力性测试、能耗和排放测试(车载测试),这些测试均需要在专用试验场地上按规定的试验方法完成。道路测试方法比较简单、直观,试验结果可以很快地评价整车性能的优劣,为试验样车的参数标定、控制策略优化以及新样车的开发提供可靠的试验依据,但是受温度和风速等外界干扰因素影响较大,道路测试方法的可控性和重复性较差。
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**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。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。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。
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
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/T19751—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/T19752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*高车速、0~100km/h或0~50km/h的加速时间、30min的*高车速、爬坡车速、坡道起步能力以及*大爬坡车速;纯电动模式下的*高车速、0~50km/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:1L柴油大约等于3.02kW·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。