林 松

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023)

0 引言

在全世界能源消耗日益增加和CO2逐年增多而引起全球變暖的環(huán)境下，混合動(dòng)力汽車(chē)愈發(fā)成為各大汽車(chē)制造商的新寵，尤其在減少含有有毒氣體、含氮氧化物、二氧化碳的汽車(chē)尾氣排放方面，更是符合國(guó)際及國(guó)內(nèi)低碳出行的環(huán)保理念[1]。

混合動(dòng)力汽車(chē)(Hybrid Electric Vehicle，簡(jiǎn)稱(chēng)HEV)是指以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和以電機(jī)為主要驅(qū)動(dòng)力的混合動(dòng)力系統(tǒng)。在全混合動(dòng)力系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的兩種動(dòng)力源中電機(jī)功率的比例也更大，電機(jī)功率接近內(nèi)燃機(jī)功率，所以電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)都可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車(chē)輛[2]。在低速、車(chē)輛起步和倒車(chē)等情況下，車(chē)輛可以純電動(dòng)行駛，避免內(nèi)燃機(jī)高油耗的工作區(qū)間；同時(shí)具備制動(dòng)能量回收的功能[3]。與純電動(dòng)汽車(chē)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比較而言，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)具有低油耗、低排放的較多優(yōu)勢(shì)。

目前我國(guó)國(guó)內(nèi)主要使用的混合動(dòng)力汽車(chē)主要以第二代普銳斯Prius汽車(chē)為代表，其搭載的THSⅡ(第二代混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng))，集合了各式混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)可根據(jù)行駛狀況共同驅(qū)動(dòng)或分開(kāi)單獨(dú)使用；(2)停駛時(shí)自動(dòng)停止發(fā)動(dòng)機(jī)，減少能量浪費(fèi)；(3)更有效地控制發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，加速反應(yīng)快捷而順暢[4]。THSⅡ(第二代混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng))主要總成全部由豐田汽車(chē)公司自主開(kāi)發(fā)。通過(guò)對(duì)電源系統(tǒng)、馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、電池組等的革新，全面提升了系統(tǒng)性能[5]。系統(tǒng)構(gòu)成包括：兩個(gè)動(dòng)力源(采用高膨脹比循環(huán)的高效汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和輸出功率提升至1.5倍的永磁式交流同步電動(dòng)機(jī))及其驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、內(nèi)置動(dòng)力分離裝置的混合動(dòng)力用變速箱、混合動(dòng)力用高性能鎳氫電池組、動(dòng)力控制總成。THSⅡ(第二代混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng))的工作狀態(tài)與人們所熟悉的將汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力提供裝置的普通汽車(chē)不同，普銳斯的動(dòng)力有兩部分組成，除了發(fā)動(dòng)機(jī)外還多出了電動(dòng)機(jī)(永磁式同步交流電動(dòng)機(jī))和混合動(dòng)力車(chē)專(zhuān)用蓄電池(密封鎳氫電池)，這樣蓄電池的電力也可以為車(chē)輛提供部分動(dòng)力，達(dá)到節(jié)省燃油的目的。

隨著混合動(dòng)力汽車(chē)的日趨普及，由于其系統(tǒng)構(gòu)成較為復(fù)雜，維修成本較高[6]，因此，如何在日常維護(hù)保養(yǎng)中優(yōu)化方案及快速定位排查處理故障等方面成了混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展路上的又一難題。本文以第二代普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)為例，對(duì)其開(kāi)展道路測(cè)試，并采集各種工況下引擎轉(zhuǎn)速、加速程度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、額定功率、負(fù)載狀態(tài)、動(dòng)力電壓、動(dòng)力電流等數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)并繪制列線圖，從而得出正常工況下混合動(dòng)力汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)列線圖，為混合動(dòng)力汽車(chē)優(yōu)化日常維護(hù)保養(yǎng)方案及快速定位排查處理故障提供了參考標(biāo)準(zhǔn)，提高了產(chǎn)品使用的耐久性。

1 路試準(zhǔn)備

本文基于廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)工程系校內(nèi)汽車(chē)綜合實(shí)訓(xùn)基地，以第二代普銳斯汽車(chē)為例，進(jìn)行正常工況下道路測(cè)試，采集引擎轉(zhuǎn)速、加速程度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、額定功率、負(fù)載狀態(tài)、動(dòng)力電壓、動(dòng)力電流等數(shù)據(jù)，并繪制標(biāo)準(zhǔn)列線圖。

廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)工程系汽車(chē)綜合實(shí)訓(xùn)基地是中央財(cái)政支持建設(shè)的國(guó)家級(jí)示范性實(shí)訓(xùn)基地，是廣西示范性高等教育實(shí)訓(xùn)基地。汽車(chē)工程系致力于校企合作、工學(xué)結(jié)合辦學(xué)模式的建設(shè)，是目前廣西唯一與豐田汽車(chē)公司合作的豐田T-TEP培訓(xùn)學(xué)校，校內(nèi)具備了路試基本條件，從而確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.1 編輯數(shù)據(jù)項(xiàng)目定制列表(表1)

表1 數(shù)據(jù)項(xiàng)目表

1.2 測(cè)試工況

根據(jù)下列車(chē)輛各狀況的操作程序(見(jiàn)表2)，檢查并分析數(shù)據(jù)，然后繪制列線圖。

表2 測(cè)試工況表

2 路試過(guò)程數(shù)據(jù)采集分析

道路測(cè)試主要以汽車(chē)處于停止時(shí)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)、以不同定速行駛時(shí)、在不同負(fù)載下行駛時(shí)、進(jìn)行再生制動(dòng)時(shí)、倒擋行駛時(shí)的工況來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

2.1 停止時(shí)(N位置、P位置)

(1)將檔位切換至N或P并運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。

(2)換檔桿置于N或P位置時(shí)，收集數(shù)據(jù)(見(jiàn)表3)。

表3 數(shù)據(jù)采集(停止時(shí))表

(3)繪制列線圖(見(jiàn)圖1)。

圖1 MG1和MG2列線圖(停止時(shí))

從圖1得出：MG1轉(zhuǎn)速下降，扭矩增加，MG2轉(zhuǎn)速呈上升趨勢(shì)。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力用于運(yùn)轉(zhuǎn)MG1，從而產(chǎn)生電能并對(duì)HV蓄電池進(jìn)行充電。

2.2 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)

(1)以恒定的30%加速踏板開(kāi)度，采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛(15 km/h)，直到發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)且電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)速為15 km/h時(shí)收集的數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 數(shù)據(jù)采集表(電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí))

(3)繪制列線圖(見(jiàn)圖2)。

圖2 MG1和MG2列線圖(電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí))

從圖2得出：車(chē)輛起步時(shí)，由MG2驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)停止，隨著齒圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，MG1怠速并沿負(fù)(-)向轉(zhuǎn)動(dòng)(MG1的扭矩為0)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，MG1的轉(zhuǎn)速呈上升趨勢(shì)。

2.3 以不同定速行駛時(shí)

(1)分別以40 km/h、60 km/h和80 km/h的定速運(yùn)行車(chē)輛。

(2)在不同定速時(shí)收集數(shù)據(jù)(見(jiàn)表5)。

表5 數(shù)據(jù)采集表(以不同定速行駛時(shí))

(3)繪制列線圖(見(jiàn)圖3)。

圖3 MG1和MG2列線圖(以不同定速行駛時(shí))

從圖3得出：車(chē)速越高，MG2的扭矩越大；MG1的轉(zhuǎn)速變化不明顯。

2.4 在不同負(fù)載下行駛時(shí)

(1)在不同負(fù)載下，以如下車(chē)速運(yùn)行車(chē)輛。

車(chē)速：40 km/h、60 km/h、80 km/h；

加速踏板開(kāi)度：40%(輕載)、60%(中載)、100%(滿(mǎn)載)。

(2)在不同車(chē)速和不同負(fù)載時(shí)收集數(shù)據(jù)。

加速踏板開(kāi)度為60%時(shí)，收集SOC40%和60%時(shí)的數(shù)據(jù)(見(jiàn)表6～8)。

(3)繪制列線圖(見(jiàn)圖4～6)。

表6 數(shù)據(jù)采集表(在不同載荷下以40 km/h行駛時(shí))

圖4 MG1和MG2列線圖(在不同載荷下以40 km/h行駛時(shí))

從圖4得出：負(fù)載越大，MG1的轉(zhuǎn)速也越大；MG2的扭矩變化不明顯。

輕載時(shí)，MG1轉(zhuǎn)速約為3 000 rpm，MG2的扭矩約為3 000 Nm。

表7 數(shù)據(jù)采集表(在不同載荷下以60 km/h行駛時(shí))

圖5 MG1和MG2列線圖(在不同載荷下以60 km/h行駛時(shí))

從圖5得出：負(fù)載越大，MG1的轉(zhuǎn)速也越大；MG2的扭矩變化不明顯。

輕載時(shí)，MG1轉(zhuǎn)速約為2 700 rpm，MG2的扭矩約為4 500 Nm。

表8 數(shù)據(jù)采集表(在不同載荷下以80 km/h行駛時(shí))

圖6 MG1和MG2列線圖(在不同載荷下以80 km/h行駛時(shí))

從圖6得出：負(fù)載越大，MG1的轉(zhuǎn)速也越大；MG2的扭矩變化不明顯。

輕載時(shí)，MG1轉(zhuǎn)速約為700 rpm，MG2的扭矩約為6 000 Nm。驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力主要由MG2提供。

2.5 進(jìn)行再生制動(dòng)時(shí)

(1)車(chē)速為80 km/h時(shí)，開(kāi)始施加制動(dòng)直到踩下踏板約一半。

(2)車(chē)速為60 km/h、40 km/h和20 km/h時(shí)收集數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。

表9 數(shù)據(jù)采集表(再生制動(dòng)時(shí))

(3)繪制列線圖(見(jiàn)圖7)。

圖7 MG1和MG2列線圖(再生制動(dòng)時(shí))

從圖7得出：MG2通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)并作為發(fā)電機(jī)對(duì)HV蓄電池再充電。通過(guò)電子控制制動(dòng)系統(tǒng)和協(xié)同控制確定能量回收量。

2.6 倒擋行駛時(shí)

(1)以<10 km/h的車(chē)速倒檔行駛車(chē)輛。

(2)以<10 km/h的車(chē)速倒檔行駛車(chē)輛時(shí)收集數(shù)據(jù)見(jiàn)表10。

(3)繪制列線圖(見(jiàn)圖8)。

表10 數(shù)據(jù)采集表(倒擋行駛時(shí))

圖8 MG1和MG2列線圖(倒擋行駛時(shí))

從圖8得出：將HV蓄電池的電能提供給MG2，使其按與車(chē)輛向前行駛時(shí)相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而進(jìn)行倒車(chē)。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)仍然停止，且MG1旋轉(zhuǎn)但不發(fā)電。SOC低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，將MG1產(chǎn)生的電能提供給MG2，從而使車(chē)輛倒車(chē)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文是基于廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車(chē)工程系校內(nèi)汽車(chē)綜合實(shí)訓(xùn)基地，以第二代普銳斯汽車(chē)為例，進(jìn)行正常工況下道路測(cè)試，通過(guò)采集引擎轉(zhuǎn)速、加速程度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、額定功率、負(fù)載狀態(tài)、動(dòng)力電壓、動(dòng)力電流等數(shù)據(jù)，并繪制不同工況下MG1和MG2標(biāo)準(zhǔn)列線圖，為混合動(dòng)力汽車(chē)維修保養(yǎng)及故障判斷分析提供參考數(shù)據(jù)。