基于實(shí)路測(cè)試的并聯(lián)HEV轎車油耗分析

張妍懿等

摘要：為考查實(shí)際使用情況下某并聯(lián)HEV轎車的油耗影響因素，在16個(gè)月的時(shí)間跨度內(nèi)組織28名實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員，每名駕駛者實(shí)際使用車輛2-4周不等，兩輛HEV轎車進(jìn)行自由和固定路線的實(shí)際日常使用，全程記錄相關(guān)參數(shù)，對(duì)油耗影響因素進(jìn)行具體分析。得出實(shí)際情況下車速、溫度、空調(diào)、工作模式、主要系統(tǒng)等方面對(duì)油耗的影響情況。實(shí)際結(jié)果跟工況法測(cè)量的油耗存在差距，有助于對(duì)該車油耗實(shí)際情況了解。

關(guān)鍵詞：HEV轎車；油耗；實(shí)際測(cè)試；影響因素

中圖分類號(hào)：U473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2018）01-0034-05

前言

隨著節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展，HEV車輛的技術(shù)不斷進(jìn)步，產(chǎn)品不斷增多，其經(jīng)濟(jì)性主要表現(xiàn)在節(jié)油率的提高。HEV汽車主要通過以下途徑來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排功能：1）采用較小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)使得發(fā)動(dòng)機(jī)工況比較優(yōu)化，2）制動(dòng)回饋，來回收部分制動(dòng)動(dòng)能，3）發(fā)動(dòng)機(jī)啟停功能，適應(yīng)擁擠路況，4）純電動(dòng)里程，在低速情況下采用純電驅(qū)動(dòng)。優(yōu)秀的HEV車型比如豐田普銳斯新車型的油耗為4.3/100km，本田雅閣HEV采用i-MMD系統(tǒng)油耗為4.2 1/100km。其中豐田從1997年推廣混合動(dòng)力汽車至今總產(chǎn)量已經(jīng)突破1000萬臺(tái)。一般情況下，企業(yè)公布的這些油耗數(shù)據(jù)都是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求按照NEDCSE況測(cè)量得到的，數(shù)值上跟實(shí)際路況上的油耗肯定有差距。為了得到實(shí)際數(shù)據(jù)，必取采用實(shí)際路試來得到這些數(shù)據(jù)。本文以天津這種特大城市作為實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，使用兩臺(tái)同型號(hào)并聯(lián)式HEV轎車為試驗(yàn)對(duì)象，選擇比較典型的路況、運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間（涵蓋一年春夏秋冬四個(gè)季節(jié)）、對(duì)HEV汽車了解程度不同的多位非專業(yè)駕駛?cè)藛T來駕駛車輛進(jìn)行運(yùn)行。通過在實(shí)驗(yàn)車輛上安裝車載記錄儀得到具體速度、溫度、啟停情況、發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況、動(dòng)力電池SOC等詳細(xì)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以便深入分析這些情況對(duì)車輛油耗的影響。

1路跑測(cè)試實(shí)施情況介紹

路試分為自由路線和固定路線兩種情況，其中自由路線路跑測(cè)試實(shí)施情況如下：在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部選擇試駕人員，每人2-4周不等進(jìn)行駕駛體驗(yàn)，使用該車作為日常通勤以及商務(wù)出行車輛。選擇的試駕人員居住區(qū)域要覆蓋不同距離，通勤路線要能夠覆蓋市區(qū)、郊區(qū)路況。試駕人員中有對(duì)新能源汽車非常了解的行業(yè)專家，也有對(duì)新能源汽車少有了解的普通試駕者。自由路線路跑測(cè)試覆蓋四季和典型出行情況，能夠代表中國(guó)特大城市實(shí)際出行用車情況。

固定路線路跑測(cè)試實(shí)施如下：為了排除不同路況的干擾，更深入的研究HEV的節(jié)油性能以及影響因素，進(jìn)行固定路線路跑測(cè)試實(shí)施。固定路線共5條，其中4條路線還進(jìn)行了空調(diào)開關(guān)對(duì)比路跑試驗(yàn)。幾條固定路線說明如下。固定路線1（R1）：郊區(qū)短途；固定路線2：固定路線2的市區(qū)部分（R2C）、固定路線2郊區(qū)部分（R2S）；固定路線3（R3）：郊區(qū)；固定路線4高速部分（R4）；固定路線5：市區(qū)擁堵。

2車速對(duì)油耗的影響

對(duì)于固定路線試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為了減少使用空調(diào)帶來的油耗影響，選擇9月份至11月份（平均氣溫分別為26℃、18%、11℃）的平均車速和油耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。對(duì)5個(gè)線路的油耗進(jìn)行二次擬合，得到的圖1所示曲線，與廠家提供的油耗曲線形狀和趨勢(shì)類似，但是實(shí)際值高出40%左右。主要因?yàn)閺S家提供的巡航油耗數(shù)據(jù)為等速巡航行駛條件中的油耗；而路跑試驗(yàn)的數(shù)據(jù)還包括部分使用空調(diào)的情況。

對(duì)于自由路線試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，為了最大程度減少空調(diào)使用，選擇4月份（平均氣溫20%）和10月份（平均氣溫17%）的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析結(jié)果如圖2所示?？梢娮杂陕肪€油耗與平均車速關(guān)系趨勢(shì)與固定路線下的關(guān)系趨勢(shì)比較吻合。

3使用條件對(duì)節(jié)油控制策略效果的影響

怠速啟停和EV模式是HEV節(jié)能最主要的兩個(gè)控制策略，這里分析對(duì)這兩個(gè)控制策略作用效果產(chǎn)生影響的因素，以及影響的規(guī)律。

3.1對(duì)怠速啟停策略效果的影響

1）車速對(duì)怠速啟停策略效果的影響

為了排除其他影響因素，首先對(duì)固定路線中擁堵、市區(qū)、郊區(qū)和高速路線的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別將每條固定路線的每個(gè)月怠速啟停比例數(shù)據(jù)的中位值取平均，得到怠速啟停比例與平均車速的關(guān)系曲線，如圖3所示?？梢姷∷賳⑼１壤S著平均車速減小而增加，尤其是當(dāng)平均車速低于40km/h時(shí)，怠速啟停比例將隨平均車速減小而急劇增加。平均車速較低的時(shí)候，停車比例相應(yīng)上升，增加了怠速起停的機(jī)會(huì)。

分別選取4月份（平均氣溫20℃）和10月份（平均氣溫17℃）代表春秋季、7月份（平均氣溫34℃）代表夏季、1月份（平均氣溫3℃）代表冬季的自由路線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可見自由路線的試驗(yàn)結(jié)果都基本符合圖3中的規(guī)律曲線規(guī)律，其中春秋季的圖形如圖4所示。

2）溫度對(duì)怠速啟停策略效果的影響

分別對(duì)擁堵、市區(qū)、郊區(qū)、高速的固定路線、自由路線全年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出其每個(gè)月怠速啟停中位值，并繪制其與外界氣溫的關(guān)系曲線，如圖5所示。可見二者之間并無明顯的比例關(guān)系。為了排除車速的影響，同時(shí)考慮數(shù)據(jù)量以及怠速啟停比例的大小，選擇固定路線2一市區(qū)部分全年的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，也發(fā)現(xiàn)溫度的變化對(duì)于怠速啟停比例并無明顯關(guān)系。

3）怠速啟停對(duì)油耗的貢獻(xiàn)

本文估算了怠速啟停對(duì)油耗的貢獻(xiàn)：車輛原地點(diǎn)火，怠速狀態(tài)停在原地持續(xù)5分鐘后，熄火，計(jì)算這段怠速油耗，并分成空調(diào)開關(guān)兩種隋況，結(jié)果如表1所示。基本可以認(rèn)為這種的油耗接近實(shí)際車輛的怠速啟停節(jié)約的油耗，對(duì)節(jié)油貢獻(xiàn)明顯。

3.2對(duì)EV模式控制策略效果的影響

1）車速對(duì)EV模式控制策略效果的影響

圖6為自由路線的EV模式比例與平均車速的關(guān)系圖?？梢奅V模式所占比例都隨著平均車速的降低而升高。

2）溫度對(duì)EV模式控制策略效果的影響

圖7為自由路線各月份EV模式比例，EV模式和外界溫度之間無法看出明顯的關(guān)系。同樣分析城市、郊區(qū)和高速的代表性固定路線EV模式和外界溫度的關(guān)系，也沒有得到明顯關(guān)系。

4空調(diào)使用對(duì)油耗的影響

對(duì)固定路線中空調(diào)使用狀況對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，圖8為各固定路線所得結(jié)果的對(duì)比?？梢娫谄骄囁佥^低的路線1-郊區(qū)輕軌站（21.42km/h），路線2-市區(qū)部分（20.53km/h），以及路況較復(fù)雜的城郊過渡區(qū)路線2一郊區(qū)部分（40.59km/h），空調(diào)的開關(guān)狀態(tài)對(duì)油耗影響極大，分別平均達(dá)到26.33%，17.08%。而在路線4-高速，空調(diào)對(duì)油耗影響最低，只有4.41%。

關(guān)于高速工況下空調(diào)對(duì)油耗影響較小，初步分析是在高速工況下，EV模式和怠速起停應(yīng)用較少，但發(fā)動(dòng)機(jī)工作在接近最優(yōu)區(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)還可向電池充電，使用空調(diào)時(shí)會(huì)優(yōu)先使用比較節(jié)能的電動(dòng)空調(diào)。而市區(qū)EV模式和怠速起停功能應(yīng)用較多，所以電池電量相對(duì)較低，使用空調(diào)時(shí)有更多可能優(yōu)先使用較耗費(fèi)能源的機(jī)械空調(diào)，從而造成了油耗的大幅度升高。

5關(guān)鍵系統(tǒng)對(duì)油耗的影響

5.1發(fā)動(dòng)機(jī)

試驗(yàn)車輛配置的發(fā)動(dòng)機(jī)在中低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩的時(shí)候油耗較低。選取NEDCI況法規(guī)試驗(yàn)、固定路線2-城市部分以及固定路線4-高速部分8月份的數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)車運(yùn)行時(shí)的真實(shí)工作情況進(jìn)行分析（參見圖9）。發(fā)動(dòng)機(jī)主要工作在中低轉(zhuǎn)速區(qū)域，也有較高頻率工作在低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩的低油耗區(qū)，隨著平均車速的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍將向中高速區(qū)擴(kuò)大?；旧?，混合動(dòng)力控制策略較成功的保證了發(fā)動(dòng)機(jī)盡量工作在接近最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)。同時(shí)也可以看出NEDCI況下發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域和實(shí)際運(yùn)行時(shí)的區(qū)域比較接近。

5.2電機(jī)

選取秋季的數(shù)據(jù)，對(duì)電機(jī)在不同工況下實(shí)車運(yùn)行時(shí)的真實(shí)工作情況進(jìn)行分析，參見圖10。對(duì)比電機(jī)系統(tǒng)效率MAP圖可見，在大多數(shù)電動(dòng)工況下，電機(jī)系統(tǒng)基本可以保持工作在高效區(qū)；而在低轉(zhuǎn)速高饋電扭矩區(qū)，電機(jī)系統(tǒng)的效率相對(duì)要低一些。

通過不同工況下電機(jī)工作點(diǎn)的對(duì)比，可見NEDCI況基本可以覆蓋中國(guó)實(shí)際工況中較頻繁出現(xiàn)的電機(jī)工作區(qū)域。但是可以看到，中國(guó)實(shí)際工況，尤其是擁堵、市區(qū)和部分郊區(qū)工況下，在低轉(zhuǎn)速高饋電扭矩區(qū)的出現(xiàn)頻率明顯高于NEDCI況，在高速區(qū)的出現(xiàn)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NEDCT況；這主要是因?yàn)橹袊?guó)實(shí)際工況相較于NEDC所代表的歐洲工況，擁堵情況更多，所以低速制動(dòng)更頻繁，高速行駛較少。而低轉(zhuǎn)速高饋電扭矩區(qū)恰恰是電機(jī)效率較低的工作區(qū)，所以相對(duì)于NEDCI況，中國(guó)實(shí)際路況對(duì)該電機(jī)系統(tǒng)的考驗(yàn)更加嚴(yán)厲。

5.3動(dòng)力電池

對(duì)電池的工作狀態(tài)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。圖11至圖12為自由路線各月份電池的平均溫度和最低SOC。從中可以清楚看出溫度和最低SOC間的關(guān)系，溫度低，最低SOC高；溫度高，SOC低。這跟電池充放電性能收電池溫度影響較大有關(guān)。另外動(dòng)力電池跟油耗的關(guān)系比較復(fù)雜，試驗(yàn)數(shù)據(jù)有限，這里不加分析。

4結(jié)束語

為期16個(gè)月的路跑實(shí)證試驗(yàn)，得到平均百公里油耗為5.63L/100km。自由路線試驗(yàn)覆蓋一年四季以及用戶日常使用時(shí)的各種使用條件；固定路線分別選擇了擁堵、市區(qū)、郊區(qū)和高速路線，并針對(duì)空調(diào)使用情況進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。最終得出了車速、空調(diào)使用、外界溫度對(duì)油耗以及控制策略作用效果的影響規(guī)律。通過分析表明，通過混合動(dòng)力控制策略，各動(dòng)力部件可以工作在較優(yōu)的工作性能區(qū)域，從而最終實(shí)現(xiàn)了節(jié)油。