路 林 曹 洋 任 園 陳 辰

（天津內(nèi)燃機研究所（天津摩托車技術(shù)中心）天津 300072）

引言

為應(yīng)對氣候變化，在《巴黎協(xié)定》簽署5 周年之際，中國向世界宣示了碳達峰和碳中和的國家目標，努力實現(xiàn)向低碳氫能源和非碳氫能源轉(zhuǎn)型。必須承認，消耗碳氫能源，則必有二氧化碳排放。在以化石能源為主的今天，降碳的首要措施應(yīng)是“提能效、降能耗”。

傳統(tǒng)內(nèi)燃機仍將在相當長的時間里，承擔著自走式移動裝備主導(dǎo)動力的重擔，這個事實不會改變?！疤崮苄А⒔的芎摹钡囊螅枰獌?nèi)燃機產(chǎn)業(yè)推廣動力多元化應(yīng)用。內(nèi)燃機可以做驅(qū)動動力，也可以做混合動力系統(tǒng)的基礎(chǔ)動力，還可以做電動汽車的增程發(fā)電動力。幾種不同的動力方式，可以循序漸進地為減碳作貢獻。

混合動力系統(tǒng)將內(nèi)燃機與儲能裝置結(jié)合，通過先進的電子控制系統(tǒng)組成電機驅(qū)動系統(tǒng)，三者最佳匹配將大幅提高能效、降低能量消耗[1]。本文以混合動力電動摩托車為對象，基于歐盟（EU）No 168 和No 134 法規(guī)[2-3]的要求，介紹了一種混合動力電動摩托車能量消耗量的測量方法。以期為混合動力電動摩托車能量消耗量進行規(guī)范評價提供測試依據(jù)，并為我國標準的制定提供參考。

1 車輛分類及行駛模式選擇

對于混合動力電動摩托車，按充電方式可分為可外接充電和不可外接充電兩種，按行駛模式可分為有手動行駛模式選擇功能和無手動行駛模式選擇功能兩種，本文按照是否可以外接充電，車輛是否具有手動行駛模式選擇功能，將混合動力電動摩托車分為四類，具體分類如表1 所示。

表1 混合動力電動摩托車分類

混合動力電動摩托車若具備手動行駛模式選擇功能，針對不同的行駛模式需要在試驗中按要求進行選擇，具體模式選擇要求見表2。

表2 行駛模式的選擇

2 試驗方法說明

對于混合動力電動摩托車，需要測量的項目包括燃油消耗量和電能消耗量兩部分。主要的試驗內(nèi)容包括以下幾部分：

1）車輛預(yù)處理：行駛兩個完整的試驗循環(huán)；

2）預(yù)置：車輛置于溫度保持為20～30 ℃的室內(nèi)至少6 h，直到發(fā)動機的潤滑油和冷卻液溫度達到室溫的±2 ℃范圍內(nèi)；

3）儲能裝置充電：車輛預(yù)置期間，對儲能裝置充電，達到最高荷電狀態(tài)；

4）儲能裝置放電：在試驗跑道或底盤測功機上行駛，儲能裝置放電，直到滿足放電終止條件，達到最低荷電狀態(tài)；

5）測試：根據(jù)混合動力車輛的工作原理，可以選擇單次循環(huán)或多次循環(huán)兩種測試方法。其中，單次循環(huán)在車輛起動前或起動的同時開始取樣，并在試驗循環(huán)的最后一個怠速工況結(jié)束后停止取樣。多次循環(huán)在車輛起動前或起動的同時開始取樣，并連續(xù)運行一定數(shù)量（N 次）的試驗循環(huán)。在儲能裝置達到最低荷電狀態(tài)時的第一個循環(huán)的最后一個怠速工況結(jié)束后停止取樣；

6）測試結(jié)果計算：根據(jù)測試過程中得到的燃油消耗、電能消耗、行駛里程經(jīng)過加權(quán)計算后分別得到燃料消耗量和電能消耗量。

2.1 A 類和B 類車輛的試驗方法

這兩類車輛需分別在最高荷電狀態(tài)和最低荷電狀態(tài)兩種條件下進行試驗，試驗順序和項目如表3所示。其中，在最高荷電狀態(tài)條件下進行測試時，根據(jù)混合動力車輛的工作原理，可以選擇單次循環(huán)或多次循環(huán)。在最低荷電狀態(tài)條件下進行測試時，只能選擇單次循環(huán)進行測試。

表3 試驗順序和試驗項目

兩種試驗條件下，儲能裝置荷電狀態(tài)變化趨勢如圖1、2 所示。最高荷電狀態(tài)條件中，電能消耗為e1；最低荷電狀態(tài)條件中，電能消耗e4=e3-e2。兩種試驗條件的燃油消耗在測試過程中取得，利用CO2、CO 和HC 排放量，以碳平衡法計算燃油消耗。

圖1 最高荷電狀態(tài)條件試驗流程及儲能裝置荷電狀態(tài)示意圖

圖2 最低荷電狀態(tài)條件試驗流程及儲能裝置荷電狀態(tài)示意圖

2.2 C 類和D 類車輛的試驗方法

這兩類車輛在進行試驗時，如果車輛有行駛模式手動選擇功能，需選擇車輛的缺省行駛模式進行試驗，試驗順序和試驗項目如表4 所示。燃油消耗在測試過程中取得，利用CO2、CO 和HC 排放量，以碳平衡法計算燃油消耗。一般情況下，該類車輛的儲能裝置為化學(xué)蓄電池，其電能消耗需通過電量平衡值來獲得，并根據(jù)燃油消耗量修正系數(shù)計算最終燃料消耗量。

表4 試驗順序和試驗項目

3 結(jié)果計算

對于A 類和B 類混合動力電動摩托車，需要分別計算燃油消耗量和電能消耗量，其計算公式見公式（1）～（4）。

可外接充電類混合動力電動摩托車燃油消耗量計算公式：

式中：C 為燃油消耗量，單位為L/100 km；c1為最高荷電狀態(tài)條件試驗中所得的燃油消耗，單位為L/100 km；c2為最低荷電狀態(tài)條件試驗中所得的燃油消耗，單位為L/100 km；De為單次循環(huán)測得的行駛里程，單位為km；DOVC為多次循環(huán)測得的行駛里程，單位為km；Dav為假設(shè)的儲能裝置兩次充電之間的平均行駛里程：發(fā)動機排量＜150 mL 的車輛為4 km；發(fā)動機排量≥150 mL，最高車速＜130 km/h 的車輛為6 km；發(fā)動機排量≥150 mL，最大速度≥130 km/h 的車輛為10 km。

可外接充電類混合動力電動摩托車電能消耗量計算公式：

式中：E 為電能消耗量，單位為W·h/km；E1為最高荷電狀態(tài)條件試驗所測得的電能消耗量，單位為W·h/km；E2為最低荷電狀態(tài)條件試驗所測得的電能消耗量，，單位為W·h/km；Dtest1為最高荷電狀態(tài)條件試驗中車輛實際行駛的距離，單位為km；Dtest2為最低荷電狀態(tài)條件試驗中車輛實際行駛的距離，單位為km。

對于C 類和D 類混合動力電動摩托車，需要計算燃油消耗量，計算公式見公式（5）：

式中：C 為試驗測得的燃油消耗，單位為L/100 km；Q為試驗測得的電量平衡值，單位為A·h；Kfuel為燃油消耗量修正系數(shù)，單位為（L/100 km）·（A·h）-1。

燃油消耗量修正系數(shù)Kfuel的計算公式見公式（6）：

式中：Ci為制造廠第i 次試驗測得的燃油消耗，單位為L/100 km；Qi為制造廠第i 次試驗測得的電量平衡值，單位為A·h；n為數(shù)據(jù)個數(shù)，不少于6 次。

4 結(jié)論

混合動力電動摩托車的能量消耗量包括燃油消耗量和電能消耗量兩部分，其測試方法和結(jié)果計算方法與傳統(tǒng)燃油車或電動車區(qū)別明顯。本文基于EU法規(guī)的要求，根據(jù)車輛類型和選擇的試驗循環(huán)，加權(quán)計算后得到混合動力電動摩托車的燃油消耗量和電能消耗量，從而體現(xiàn)其整體能量消耗量水平。