李騰騰 秦孔建 高俊華

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心）

重型混合動(dòng)力車輛能耗排放測(cè)試系統(tǒng)的集成和驗(yàn)證

李騰騰 秦孔建 高俊華

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心）

基于重型轉(zhuǎn)鼓及全流定容采樣稀釋系統(tǒng)，集成了重型混合動(dòng)力車輛（HD-HEV）能耗排放測(cè)試系統(tǒng)。在我國(guó)典型城市公交循環(huán)下，利用該系統(tǒng)對(duì)某并聯(lián)混合動(dòng)力公交車輛的能耗排放進(jìn)行了測(cè)量，并對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)驗(yàn)證。結(jié)果表明，重型轉(zhuǎn)鼓能夠以小于2.5%的誤差模擬試驗(yàn)車輛的行駛阻力；混合動(dòng)力車輛的制動(dòng)能量回收過程可以在轉(zhuǎn)鼓復(fù)現(xiàn)；可以以較高的跟蹤精度復(fù)現(xiàn)測(cè)試循環(huán)且各重復(fù)測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性好。

1 前言

隨著我國(guó)節(jié)能減排政策的不斷推進(jìn)，混合動(dòng)力車輛優(yōu)勢(shì)也逐漸顯現(xiàn)，其市場(chǎng)也隨之?dāng)U大。為規(guī)范混合動(dòng)力車輛市場(chǎng)，其評(píng)價(jià)體系的完善顯得尤為重要。針對(duì)混合動(dòng)力車輛的能耗和排放兩項(xiàng)指標(biāo)，其評(píng)價(jià)方案一般為基于重型轉(zhuǎn)鼓及排放測(cè)試系統(tǒng)的方案、基于車載測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)際道路測(cè)試方案、基于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的測(cè)試方案和硬件在環(huán)的測(cè)試方案[1]等4種。本文基于重型轉(zhuǎn)鼓及全流定容采樣稀釋系統(tǒng)，集成了重型混合動(dòng)力車輛能耗排放測(cè)試系統(tǒng)，在我國(guó)典型城市公交循環(huán)工況下，利用該系統(tǒng)對(duì)某并聯(lián)混合動(dòng)力公交車的能耗排放進(jìn)行了測(cè)量，并從行駛阻力、車輛制動(dòng)能量回收過程、測(cè)試循環(huán)跟蹤、測(cè)試結(jié)果重復(fù)性等4個(gè)方面對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)驗(yàn)證。

2 試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

圖1為集成的重型混合動(dòng)力車輛能耗排放測(cè)試系統(tǒng)，主要由重型底盤測(cè)功機(jī)、定容采樣系統(tǒng)（Constant Volume System，CVS）、顆粒物采樣系統(tǒng)（Particulate Sampler System，PSS）、氣體污染物分析儀AMA I60、車輛油耗測(cè)試系統(tǒng)735S和753C等組成。

試驗(yàn)過程中，重型底盤測(cè)功機(jī)利用轉(zhuǎn)鼓滾筒本身的慣性質(zhì)量以及交流電動(dòng)機(jī)的電慣量模擬功能，模擬車輛直線運(yùn)動(dòng)的慣性質(zhì)量及旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通過交流電動(dòng)機(jī)的功率吸收加載功能模擬車輛在實(shí)際行駛過程中所受的空氣阻力、滾動(dòng)阻力、加速阻力等，通過轉(zhuǎn)鼓滾筒來模擬路面，滾筒表面相對(duì)于車輛做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[2～4]。

CVS和PSS組成全流定容稀釋采樣系統(tǒng)（Full-Flow Dilution Sampling System，F(xiàn)FDSS），F(xiàn)FDSS將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的全部氣體經(jīng)排氣管排入稀釋風(fēng)道中，所排氣體在稀釋風(fēng)道中通過環(huán)境空氣稀釋，形成恒定體積流量的稀釋排氣，稀釋排氣的流量通過臨界文丘里管CFV來控制。在稀釋通道中完成對(duì)顆粒物和氣態(tài)污染物取樣后，所有排氣由排氣風(fēng)機(jī)抽出[5]。

AMA I60用以分析發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中各氣態(tài)污染物的濃度；735S和753C用以測(cè)量試驗(yàn)車輛的油耗；電功計(jì)用以測(cè)量混合動(dòng)力車輛的電量消耗情況。

該測(cè)試系統(tǒng)的主控系統(tǒng)如圖2所示，測(cè)試系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)通過TCP/IP與轉(zhuǎn)鼓主控計(jì)算機(jī)以及排放系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)通訊，利用AK命令實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)鼓、排放測(cè)試系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，完成氣體采樣系統(tǒng)、污染物分析設(shè)備以及轉(zhuǎn)鼓的試驗(yàn)準(zhǔn)備等工作，并實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的自動(dòng)開始和結(jié)束、循環(huán)復(fù)現(xiàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理、自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告等。

3 實(shí)車試驗(yàn)

試驗(yàn)車輛為長(zhǎng)12 m的某并聯(lián)混合動(dòng)力公交車，其儲(chǔ)能裝置為鋰離子電池組。轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)前試驗(yàn)車輛已經(jīng)在試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)完成滑行試驗(yàn)[6]，并獲得了試驗(yàn)車輛的道路行駛阻力系數(shù)。實(shí)車試驗(yàn)流程參照GB/T 19754—2005《重型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量消耗量試驗(yàn)方法》中相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)置，如圖3所示。試驗(yàn)循環(huán)采用中國(guó)典型城市公交循環(huán)（CCBC），如圖4所示。圖5為試驗(yàn)車輛實(shí)際道路滑行阻力擬合曲線。

4 轉(zhuǎn)鼓模擬試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 行駛阻力模擬精度分析

圖6為試驗(yàn)車輛實(shí)際道路滑行阻力與轉(zhuǎn)鼓模擬阻力對(duì)比。由圖6可看出，車輛滑行阻力的轉(zhuǎn)鼓模擬值略小于實(shí)際值，在車速低于30 km/h速度段，轉(zhuǎn)鼓對(duì)道路阻力的模擬誤差約為2.2%，在車速大于30km/h的速度段，轉(zhuǎn)鼓模擬誤差均小于2%。從模擬結(jié)果可知，轉(zhuǎn)鼓對(duì)車輛的實(shí)際道路滑行阻力模擬誤差小于2.5%，符合GB/T 27840—2011《重型商用車輛燃料消耗量測(cè)量方法》中對(duì)轉(zhuǎn)鼓模擬阻力誤差±3%的要求，表明轉(zhuǎn)鼓模擬實(shí)際路面的測(cè)試方案可行。

4.2 制動(dòng)能量回收過程模擬分析

混合動(dòng)力車輛的制動(dòng)能量回收再利用是減少油耗及降低排放的關(guān)鍵，為此研究試驗(yàn)車輛在行駛過程中電動(dòng)機(jī)和蓄電池的工作狀態(tài)，以考察混合動(dòng)力車輛在轉(zhuǎn)鼓上是否可再現(xiàn)制動(dòng)能量回收過程。

圖7為某次試驗(yàn)過程中試驗(yàn)車輛蓄電池電流與電動(dòng)機(jī)扭矩對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，圖8為試驗(yàn)車輛車速與蓄電池電流對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。圖中，蓄電池電流為正表明電動(dòng)機(jī)為蓄電池組充電，為負(fù)表明蓄電池組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。對(duì)比圖7和圖8可看出，試驗(yàn)車輛在減速過程中，電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩為負(fù)值，同時(shí)對(duì)應(yīng)蓄電池的電流為負(fù)值，此時(shí)輪胎反拖電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)為蓄電池充電。這說明混合動(dòng)力車輛在轉(zhuǎn)鼓上同樣可復(fù)現(xiàn)制動(dòng)能量回收過程。

4.3 試驗(yàn)車輛對(duì)測(cè)試循環(huán)跟蹤結(jié)果

為考察試驗(yàn)車輛對(duì)測(cè)試循環(huán)的跟蹤效果，共進(jìn)行了5次重復(fù)試驗(yàn)。圖9為試驗(yàn)車輛對(duì)測(cè)試循環(huán)跟蹤情況，圖10為試驗(yàn)車輛實(shí)際行駛循環(huán)與測(cè)試循環(huán)相關(guān)性對(duì)比結(jié)果。由圖9可看出，在轉(zhuǎn)鼓上，試驗(yàn)車輛可很好地復(fù)現(xiàn)測(cè)試循環(huán)，測(cè)試循環(huán)重復(fù)性好，跟蹤誤差較小。由圖10可看出，試驗(yàn)車輛實(shí)際車速與測(cè)試循環(huán)設(shè)定車速的線性相關(guān)程度較高，擬合直線的比例系數(shù)均大于0.99，相關(guān)系數(shù)均在0.99附近，線性相關(guān)性顯著。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)車輛在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)中可以以較高的精度復(fù)現(xiàn)測(cè)試循環(huán)，較大程度地減少了循環(huán)復(fù)現(xiàn)誤差對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

4.4 測(cè)試結(jié)果重復(fù)性分析

圖11為試驗(yàn)車輛連續(xù)5次重復(fù)循環(huán)試驗(yàn)?zāi)芎呐欧沤Y(jié)果。由圖11可看出，以5次試驗(yàn)的平均值為基準(zhǔn)，試驗(yàn)車輛實(shí)際行駛里程與目標(biāo)行駛里程的最大偏差為0.271%，平均偏差為0.109%；百公里油耗的最大偏差為2.648%，平均偏差為1.264%；HC排放的最大偏差為12.409%，平均偏差為7.007%；CO排放的最大偏差為6.646%，平均偏差為4.104%；NOx排放的最大偏差為0.822%，平均偏差為0.480%；CO2排放的最大偏差為2.354%，平均偏差為1.139%；PM排放的最大偏差為9.639%，平均偏差為6.506%。即除HC排放結(jié)果重復(fù)性較差外，其它幾個(gè)測(cè)量參數(shù)的試驗(yàn)重復(fù)性均較好。HC排放結(jié)果重復(fù)性較差的原因是，混合動(dòng)力車輛的HC排放量很低，HC排放的基數(shù)較小，車輛實(shí)際行駛工況、測(cè)試設(shè)備漂移等因素會(huì)對(duì)HC的測(cè)量產(chǎn)生較大誤差，因此導(dǎo)致HC的測(cè)量重復(fù)性稍差，但平均偏差仍小于10%，由此可認(rèn)為測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性較好。

5 結(jié)束語

集成了基于重型轉(zhuǎn)鼓及FFDSS的重型混合動(dòng)力車輛排放能耗測(cè)試系統(tǒng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以很好地模擬試驗(yàn)車輛實(shí)際滑行阻力，重型混合動(dòng)力車輛排放能耗測(cè)試結(jié)果重復(fù)性好，該系統(tǒng)用于重型混合動(dòng)力車輛能耗排放評(píng)價(jià)具有可行性，模擬精度可滿足試驗(yàn)要求。

1李騰騰，秦孔建，鐘紹華.重型混合動(dòng)力車輛能耗和排放測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)研究.2010年汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集.

2吳震.汽車交流底盤測(cè)功機(jī)測(cè)試系統(tǒng)研究:[碩士論文].長(zhǎng)春:吉林工業(yè)大學(xué)，2007.

3閔永軍，甘英俊，左付山，等.底盤測(cè)功機(jī)機(jī)械慣量電模擬方法的研究和實(shí)現(xiàn).公路交通科技，2007，24（11）:143～147. 4劉巽俊.內(nèi)燃機(jī)的排放與控制.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

5潘朋，王建海，田冬蓮.輕型車轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)定影響因素試驗(yàn)研究.汽車技術(shù)，2013（3）:47～50.

6國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 12536—90汽車滑行試驗(yàn)方法.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

（責(zé)任編輯文楫）

修改稿收到日期為2014年9月18日。

Integration and Verification of An Emission and Energy Consumption Test System of Heavy-Duty Hybrid Electric Vehicle

Li Tengteng，Qin Kongjian，Gao Junhua
（China Automotive Technology and Research Center）

An emission and energy consumption test system of heavy-duty hybrid electric vehicle(HD-HEV)is integrated based on chassis dynamometer and Full-Flow Dilution Sampling System（FFDSS）.The emission and energy consumption of a parallel hybrid vehicle are measured in the typical China cycle of city bus（CCBC）with the test system，and this test system is evaluated and verified.Test results show that，the heavy-duty chassis dynamometer can simulate the on-road driving resistance of test vehicle with error of less than 2.5%，the braking energy recovery process of test vehicle could also be reproduced;test cycle could be reproduced with high tracking precision，in addition，the test results have good repeatability.

HD-HEV，Energy consumption，Emission，Test system

重型混合動(dòng)力車輛能耗排放測(cè)試系統(tǒng)

U467.1+3

A

1000-3703（2014）12-0032-03