雙電機雙離合混合動力系統(tǒng)性能測試與分析

李先貞　肖媛　劉紅春

摘 要：文章研究了雙電機雙離合混合動力系統(tǒng)測試方法，測試現(xiàn)有2種混合動力系統(tǒng)在同車型上的性能并分析了二者的差異性。通過場地測試和運營測試，分析了雙電機雙離合混合動力系統(tǒng)的經濟性和動力性，驗證了測試方案的可行性;對完善新能源系統(tǒng)在車輛上的匹配應用，提高混合動力公交車的綜合性能具有指導意義。關鍵詞：汽車工程;城市客車;雙電機雙離合混合動力系統(tǒng);運營測試;燃料消耗量中圖分類號：U467? 文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）02-45-04

Abstract： The test method of dual-motor hybrid system of double clutch had been studied to test existing 2 hybrid system's performance in the same model， and analyzed their differences. The economy and power of Dual-motor hybrid system of double clutch and the feasibility of test plan is verified are analyzed by field test and the operational testing. It can be used as a guidance meaning for perfecting and matching the application of new energy systems in vehicles and enhancing the overall performance of hybrid city bus.Keywords： Vehicle engineering; city bus; Double motor and double clutch hybrid system; Qperation test; Fuel consumptionCLC NO.： U467? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）02-45-04

1 前言

新能源城市客車已在國內城市公共交通中的參與程度逐步提高。混合動力城市客車憑借其優(yōu)良性能占據了一定市場。然而，就目前城市客車運營發(fā)展來看，動力系統(tǒng)尚顯不足，車輛性能尚未完全匹配車輛的運營環(huán)境，導致不能夠完全滿足城市客車的日常運營要求。目前，市場上存在著1種雙離合雙電機混合動力系統(tǒng)，此系統(tǒng)運行時，2個電機同時工作，離合器可以斷開ISG電機與發(fā)動機的連接，此外，ISG電機還起到輔助驅動的作用，在提高動力性及經濟性方面和是否適應車輛運營環(huán)境等方面，控制策略與性能表現(xiàn)有待測試論證。

2 試驗

測試車輛燃料類型為CNG燃料，測試采用車況相同的2015年同一批上線運營的2輛16路城市客車。2車燃氣消耗值基本相近，且傳動系統(tǒng)良好的2輛城市客車，車輛均是正常運營車輛，無損壞。

2輛城市客車裝載人數(shù)方面，改裝車輛實載人數(shù)18人（含駕駛員），而未改裝車輛實載20人，平均體重為60公斤，整車質量為12.5噸，則總重分別為13.58噸和13.7噸。輪胎磨損情況相同，駕駛人均是城市客車的工作人員，駕駛經驗年限相同。測試過程中采用CMFA025型同圓氣耗儀測試CNG燃料消耗，采用Racelogic VBOX 3i 測試車輛實時車速與加速度。

2.1 測試方法

2.1.1 場地測試

場地測試不受復雜運營環(huán)境影響，通過規(guī)定的駕駛員操作和車輛測試方案，可以達到同款車型不同結構公交客車的性能對比。

場地測試采用長安大學汽車綜合性能試驗場上1.5km的小型無縱坡環(huán)道（小環(huán)）和1.1km的直線試車道。如圖1所示。

測試前期通過運營調查對試驗場測試的行駛規(guī)則進行了模擬。試驗場測試工況分為三種：怠速工況、暢通工況、擁堵工況。16 路城市客車營運總長為34km。根據駕駛人營運經驗所得，暢通運營工況占85%，擁堵運營工況占15%，按比例換算成行程則分別為28.9km和5.1km，但擁堵和暢通均為分段進行的，平均每次暢通距離為500m，擁堵距離為80m，進而得知，暢通工況循環(huán)58次，擁堵工況循環(huán)64次。試驗場地如下圖形狀，試驗跑道全長為1.5km。下圖代表暢通工況循環(huán)過程，分別用紅黃藍三種顏色作為標記，紅色代表停車，并且從此開始加速;藍色代表加速完成，處于勻速狀態(tài);黃色代表完成勻速，進行減速直至到達紅色停車。從而完成一次循環(huán)。

2.1.2 運營測試

場地測試完成后，立即投入運營測試，返回線路載客運營。根據車隊調度的安排，避開高峰時段，測試單圈燃料消耗量、定模擬工況下的平均加速度，記錄往返時間、每站上下車人數(shù)、遇紅燈停車時間、站間停車時間等。視調度安排情況，預計運營測試2次后，修整1天，得出主要結果后，拆下氣耗儀，完成測試。

2.2 CNG燃料消耗量測試

燃料消耗量測試參照GB/T12545.2《商用車輛燃料消耗量試驗方法》和JT 711-2008《營運客車燃料消耗量限值及測試方法》，但上述標準在本實驗中不能完全適用，需要根據實際情況做出如下調整。在場地測試中，制定一種模擬實際運行工況的測試方法。最終燃料消耗量測試結果用質量來衡量，首先，體積測量影響因素較多，例如壓力、溫度等，所測數(shù)據沒有采用質量測準確。

2.3 加速性能測試

加速性能測試采用的場地為1.1km直線跑道。根據城市客車以往的運行速度來說，最高運營車速為50km/h，測試車輛最高車速達到60km/h，但最終由于場地環(huán)境的限制，測試車輛也很難達到最高車速。加速性能測試的具體方法為：測試開始前，駕駛員用力將駕駛踏板踏到底部，測試車輛處于全力加速狀態(tài)，測試過程中所需要的時間、加速度、速度等指標通過高精度VBOX3i獲得。

3 結果與討論

3.1 經濟性能測試結果

經過測試，未改裝車輛和改裝車輛的氣耗數(shù)據，見表2。

式中：η₀為改裝車輛與未改裝車輛相比的節(jié)氣率;Q₁為未改裝車輛;Q₂為改裝車輛;η₁為修正后的節(jié)氣率。

通過分析數(shù)據發(fā)現(xiàn)，CNG燃料消耗量方面，未改裝車輛高于改裝車輛22.64個百分點，此情況下可以認為雙電機雙離合混合動力系統(tǒng)的經濟性更為優(yōu)越。

3.2 運營測試比較

經過場地測試后，車輛直接歸隊上線運營，得出未改裝車輛和改裝車輛的單圈氣耗數(shù)據見表3。

為了調整駕駛員技術，交通環(huán)境的影響，測試數(shù)據應引入各自修正系數(shù)。則同為測試序號1的兩組試驗數(shù)據對比可得：

（1）駕駛員技術修正系數(shù)k₁采用2017年3月份氣耗數(shù)據對比，未改裝車輛駕駛員百公里耗氣量平均值為45.934m³，改裝車輛駕駛員百公里耗氣量平均值為39.393 m³，則駕駛員技術在燃料消耗量上修正系數(shù)k₁為1.1660。

（2）整車質量為12.5噸，由于上下車人數(shù)處于流動狀態(tài)，通過歷來數(shù)據分析可得。按照每名乘客重量60kg計算（計算時含車輛整備質量），未改裝車輛的周轉量為503.73噸公里，改裝車輛周轉重為461.18噸公里，則客流人數(shù)在燃料消耗量上修正系數(shù)k₂為1.0923。

（3）車輛運行過程中受到外部環(huán)境的影響，如交通信號燈產生的停滯或者車輛擁堵產生的停滯，因此需要把這些時間考慮在內。由于測試車輛營運里程相同，平均速度與運營時間呈反比，此運營時間不包含等紅燈停滯時間。則未改裝車輛的除紅燈停車運營時間為7190秒，改裝車輛的除紅燈停車運營時間為8285秒，則交通擁堵環(huán)境在燃料消耗量上修正系數(shù)k₃為1.1523。

運營測試結論：測試結果表明，CNG燃料消耗量方面，未改裝車輛高于改裝車輛10.36～15.51個百分點。此結果說明雙電機雙離合混合動力系統(tǒng)經濟性更為優(yōu)越。

3.3 動力性能測試分析

對比測試數(shù)據后發(fā)現(xiàn)，50km/h車速范圍內加速度維持時間不夠穩(wěn)定，所以列出場地內循環(huán)0～40km/h的測試數(shù)據，結果見表4。

一般運行工況下，0～30m/h加速時間內未改裝車輛與改裝車輛加速時間相差無幾。0～10km/h車速范圍內，改裝車輛的加速性能明顯強于未改裝車輛，但隨著加速的進行，這個差距在逐漸縮小;直到30km/h車速時，該差距縮小到0.008m/s²，基本無差別;當車速到40km/h時，未改裝車輛加速度稍高于改裝車輛。

總體上來說，0～30km/h 兩車加速性能基本無差別;0～40 km/h車速范圍內，改裝車輛略低于未改裝車輛0.046m/s²。該值很小，不會成為影響城市客車運行與調度的重要因素。

插電式混合動力車輛在車速為30km/h車速左右時，均由發(fā)動機直接驅動。0～30km/h的車速范圍內，所以，無論未改裝車輛與改裝車輛，通過電動機驅動產生的平均加速度基本無差別。

西安三環(huán)路以內，城市客車的起步加速常處于0～30km/h的速度范圍內，稍高的平均加速度對城市客車急加速工況和緩解車道擁堵壓力是有益的。

3.4 動力模式測試

為觀察雙電機雙離合混合動力系統(tǒng)處于雙電機驅動模式下動力性能的提升效果，場地測試過程中，啟用了原本設計用于爬坡路況的雙電機模式，輔助電機也處于工作狀態(tài)。

測試結果表明動力性顯著增強。但是，由于該測試車輛電池峰值放電功率偏小，加速過程中雙電機峰值扭矩狀態(tài)下的加速作用時間稍短。測試結果見表5。

啟用雙電機模式后，輔助電機參與工作時，加速性能優(yōu)越性更為顯著，當車速為0～20 km/h時，平均加速度高于未改裝車輛26.05%;車速為0～10km/h時，平均加速度高于未改裝車輛的43.94%;車速為0～30km/h時，平均速度相差不大，這是由于電池峰值放電功率偏小，以及系統(tǒng)由純電動串聯(lián)驅動模式過渡到發(fā)動機直驅階段所致。如果電池峰值放電功率足夠，動力性能更佳。

4 結論

本文以混合動力城市客車為研究對象，通過一系列的試驗分析論證。對兩種城市客車的動力系統(tǒng)在動力性和經濟性方面的性能進行了對比分析，最后得出雙電機雙離合混合動力系統(tǒng)各方面性能較傳統(tǒng)的混聯(lián)系統(tǒng)更好地結論。

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