陳亮，白國(guó)軍

廣東省珠海市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東珠海 519000)

0 引言

混合動(dòng)力汽車(chē)(Hybrid Electric Vehicle, HEV)作為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的有效組合，它既有電動(dòng)汽車(chē)低排放的優(yōu)點(diǎn)，還保持了化石燃料比能量和比功率高的長(zhǎng)處，因而能顯著改善傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性，增加電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程，在由燃油汽車(chē)向純電動(dòng)汽車(chē)的轉(zhuǎn)變過(guò)程中起著承上啟下的作用，并在一定時(shí)間內(nèi)占據(jù)適當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額。目前國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力客車(chē)的保有量與日俱增，各客車(chē)生產(chǎn)企業(yè)也都投入相當(dāng)大的人力、物力和財(cái)力加快開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品，并在全國(guó)各地進(jìn)行了示范運(yùn)行。

混合動(dòng)力汽車(chē)的基本原理是采用適當(dāng)?shù)娜剂限D(zhuǎn)換裝置(如內(nèi)燃機(jī)、燃料電池)、儲(chǔ)能裝置和電動(dòng)機(jī)作為混合動(dòng)力源，按照一定的控制策略，使燃料轉(zhuǎn)換裝置、儲(chǔ)能裝置和電機(jī)在驅(qū)動(dòng)工況下盡可能工作在高效率、低排放區(qū)域，在汽車(chē)制動(dòng)情況下，通過(guò)電機(jī)工作象限的調(diào)整回收部分整車(chē)制動(dòng)能量，從而改善汽車(chē)在各種行駛工況下的燃油經(jīng)濟(jì)性、尾氣排放以及其他使用性能?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)因?qū)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力與電動(dòng)助力有機(jī)地結(jié)合，具備了內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)加油方便、續(xù)駛里程長(zhǎng)和純電動(dòng)汽車(chē)污染少、效率高的雙重優(yōu)點(diǎn)，既解決了傳統(tǒng)車(chē)大馬拉小車(chē)的問(wèn)題，又不必為蓄電池充電時(shí)間長(zhǎng)、壽命短以及成本高而苦惱，以較小的成本增加換取可觀的燃料經(jīng)濟(jì)性和排放性能的收益，從而為市場(chǎng)所接受，成為目前汽車(chē)界競(jìng)相開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。

混合動(dòng)力客車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)定是非常重要的一個(gè)步驟，通過(guò)進(jìn)行各種工況的轉(zhuǎn)鼓和道路試驗(yàn)，標(biāo)定各ECU的控制參數(shù)，使整車(chē)的百公里油耗達(dá)到最優(yōu)的水平，充分發(fā)揮混合動(dòng)力客車(chē)的性能優(yōu)勢(shì)。作者針對(duì)某混合動(dòng)力客車(chē)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的數(shù)據(jù)處理程序，利用該程序可在標(biāo)定試驗(yàn)過(guò)程中快速進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，清晰直觀地得出試驗(yàn)結(jié)果，從而提高標(biāo)定試驗(yàn)的效率。

1 程序的功能與設(shè)計(jì)

MATLAB是一個(gè)功能非常強(qiáng)大的計(jì)算軟件[1]，利用其GUI功能可以根據(jù)工程的實(shí)際需要設(shè)計(jì)所需的工作界面，方便快捷地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)某混合動(dòng)力客車(chē)性能試驗(yàn)開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理程序。在該程序的工作界面下可以導(dǎo)入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算分析直觀得出一個(gè)試驗(yàn)工況的工作特點(diǎn)以及發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)等各總成的工作點(diǎn)分布。通過(guò)觀察、分析發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)工作點(diǎn)的分布是否在萬(wàn)有特性圖的高效區(qū)以及各采集數(shù)據(jù)的信息，調(diào)整標(biāo)定參數(shù)使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

該程序界面的總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖2為該程序的主界面，通過(guò)該工作界面可以將試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，并可單獨(dú)顯示某數(shù)據(jù)曲線并針對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[2]，如統(tǒng)計(jì)電池SOC在一個(gè)試驗(yàn)工況下某區(qū)間內(nèi)的百分比[3]。同時(shí)，在該界面下可調(diào)用其他幾個(gè)子工作界面進(jìn)行工況、發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)、電機(jī)工作點(diǎn)、系統(tǒng)效率等分析。

圖1 程序界面總體結(jié)構(gòu)

圖2 主界面

圖3為工況分析界面，在該界面下可以對(duì)行駛工況的基本信息，包括行駛距離、行駛時(shí)間、速度、加速度、擋位以及駕駛習(xí)慣進(jìn)行計(jì)算并統(tǒng)計(jì)分析得出結(jié)果，同時(shí)可統(tǒng)計(jì)一個(gè)試驗(yàn)工況下的不同運(yùn)行擋位比例、不同運(yùn)行車(chē)速區(qū)間比例、不同加減速時(shí)間比例等。

圖3 工況分析界面

圖4為發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分析界面，在該界面下可以根據(jù)擋位以及加速踏板是否有開(kāi)度，在發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖上顯示發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)，并按等油耗率曲線統(tǒng)計(jì)分析不同效率區(qū)間的比例情況。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分析界面

圖5為電機(jī)工作點(diǎn)分析界面，在該界面下可以按擋位在電機(jī)萬(wàn)有特性曲線圖上顯示電機(jī)工作點(diǎn)，并按等效率曲線統(tǒng)計(jì)分析不同效率區(qū)間的比例情況。

圖5 電機(jī)工作點(diǎn)分析界面

圖6為效率計(jì)算分析界面，在該界面下可以根據(jù)每個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算電機(jī)、電池充放電效率。

圖6 效率計(jì)算界面

2 某混合動(dòng)力客車(chē)經(jīng)濟(jì)性標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

某混合動(dòng)力客車(chē)自上市以來(lái)已經(jīng)在長(zhǎng)春、大連、昆明、呼和浩特等地的公交進(jìn)行了示范運(yùn)行，運(yùn)營(yíng)效果良好。下面通過(guò)該車(chē)開(kāi)發(fā)初期的一次經(jīng)濟(jì)性標(biāo)定試驗(yàn)，介紹該軟件的應(yīng)用。

昆明市的實(shí)際運(yùn)行公交數(shù)據(jù)見(jiàn)圖7，工況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，工況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖7 昆明市實(shí)際運(yùn)行公交數(shù)據(jù)結(jié)果

表1工況統(tǒng)計(jì)結(jié)果

變量具體值變量具體值行駛距離/km13.23減速時(shí)間/s1 016.83最大車(chē)速/(km·h-1)48.43最大加速度/(m·s-2)1.94車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)差/(km·h-1)12.70最大減速度/(m·s-2)-2.22運(yùn)行時(shí)間/s4 378.66平均加速度/(m·s-2)0.45加速時(shí)間/s1 361.64平均減速度/(m·s-2)-0.61

圖8 工況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

通過(guò)工況分析，該車(chē)在目標(biāo)線路運(yùn)行過(guò)程中一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)下，空擋、一擋、二擋運(yùn)行比例超過(guò)65%(一擋、二擋發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)圖9)，20 km/h以下車(chē)速占整個(gè)工況的75%，由此可知，提高低擋位工況的燃油經(jīng)濟(jì)性對(duì)整車(chē)經(jīng)濟(jì)性的貢獻(xiàn)十分明顯。

圖9 一擋、二擋發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)對(duì)比

通過(guò)對(duì)比分析發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)可以看出，雖然考慮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的過(guò)程，一擋、二擋的發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)并不完全落在高效區(qū)內(nèi)，因此通過(guò)對(duì)HCU、TCU的程序標(biāo)定，可以完善發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)，以此來(lái)達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)性。

通過(guò)相應(yīng)工況的電機(jī)工作點(diǎn)在其等效率曲線(見(jiàn)圖10)上的分布可以看出，標(biāo)定HCU控制參數(shù)之后，電機(jī)工作點(diǎn)在高效率區(qū)的分布得到了提高，電機(jī)系統(tǒng)效率的提高從而也改善了整車(chē)經(jīng)濟(jì)性[4]。

圖10 標(biāo)定后電機(jī)工作點(diǎn)等效率曲線

3 結(jié)論

通過(guò)MATLAB GUI功能開(kāi)發(fā)了針對(duì)某混合動(dòng)力客車(chē)標(biāo)定試驗(yàn)所需的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理程序，通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)分析了目標(biāo)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)分布，經(jīng)過(guò)HCU、TCU標(biāo)定后發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)確實(shí)得到了改善，從而驗(yàn)證了該程序的實(shí)用性以及可靠性。