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        基于混合動(dòng)力臺(tái)架油耗測(cè)試準(zhǔn)確性影響因素的研究

        2022-12-29 00:00:00蔡利平劉海峰肖波王祖建龔春輝
        汽車科技 2022年5期

        摘 "要:本文基于某整車混合動(dòng)力臺(tái)架開發(fā)項(xiàng)目,闡述了混合動(dòng)力臺(tái)架結(jié)構(gòu)組成及油耗測(cè)試方法,實(shí)現(xiàn)整車循環(huán)模擬以及對(duì)整車循環(huán)油耗的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià),并以此為基礎(chǔ)研究影響臺(tái)架油耗測(cè)試結(jié)果的因素。通過分析油耗準(zhǔn)確性影響因素,為后續(xù)深入挖掘混合動(dòng)力臺(tái)架能量測(cè)量方法,或修正優(yōu)化臺(tái)架油耗測(cè)試結(jié)果提供依據(jù),并在整車標(biāo)定及能量管理策略優(yōu)化等方面具有較好的指導(dǎo)和借鑒作用。

        關(guān)鍵詞:混合動(dòng)力臺(tái)架;油耗測(cè)試;影響因素

        中圖分類號(hào):U467.5 " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A " " "文章編號(hào):1005-2550(2022)05-0015-04

        Research on Influencing Factors of Fuel Consumption Test Accuracy Based on Hybrid Power Testbed

        CAI Li-ping, LIU Hai-feng, XIAO Bo, WANG Zu-jiang, GONG Chun-hui

        ( Jiang ling Motors Corporation Ltd. Nanchang 330000, China )

        Abstract: Based on a vehicle project of hybrid testbed development, the structure composition and fuel consumption test method of the hybrid testbed are described, simulate the vehicle cycle and evaluates the effectiveness of the vehicle cycle fuel consumption, and the factors affecting fuel consumption test results are studied on basis of this. By discussing the influencing factors of fuel consumption accuracy, it provides a basis for further excavating the energy measurement method of hybrid power testbed, or correcting and optimizing the fuel consumption test results of testbed. It has good guidance and reference in vehicle calibration and energy management strategy optimization.

        Key Words: Hybrid Testbed; Fuel Consumption Test; Influence Factor

        1 " "引 言

        國(guó)家出臺(tái)鼓勵(lì)政策發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè),國(guó)內(nèi)整車廠相繼把混合動(dòng)力技術(shù)投入市場(chǎng),取得不錯(cuò)的市場(chǎng)反應(yīng),混合動(dòng)力技術(shù)已成為各主機(jī)廠競(jìng)賽的主體?;旌蟿?dòng)力臺(tái)架是技術(shù)開發(fā)中的重要環(huán)節(jié),它不受道路試驗(yàn)環(huán)境和安全等條件制約,試驗(yàn)功能豐富、可靠性好、重復(fù)性高,是服務(wù)于混合動(dòng)力技術(shù)開發(fā)必不可少的試驗(yàn)平臺(tái)。

        2 nbsp; "混合動(dòng)力臺(tái)架介紹

        混合動(dòng)力臺(tái)架是將主要的動(dòng)力系統(tǒng)部件(例如發(fā)動(dòng)機(jī),混動(dòng)變速箱、HCU、TCU、電機(jī)控制器等)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)功機(jī)環(huán)境下模擬整車的裝置,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示?;旌蟿?dòng)力臺(tái)架可用于控制策略調(diào)試標(biāo)定,工作模式切換策略研究,及道路工況模擬驗(yàn)證等功能。具有快速響應(yīng)項(xiàng)目開發(fā),關(guān)鍵系統(tǒng)及零件可在樣車試制前得到充分驗(yàn)證的優(yōu)勢(shì)。

        混合動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)架具備豐富的試驗(yàn)功能,可以很好的滿足混合動(dòng)力整車初期開發(fā)工作。臺(tái)架可模擬整車道路負(fù)載,具備自動(dòng)工況測(cè)試,采用電子剎車踏板和電子加速踏板,再加上試驗(yàn)條件的嚴(yán)格控制(包括水溫、油溫、室溫),可以很好地用來研究油耗策略開發(fā)。使用混合動(dòng)力臺(tái)架開展油耗測(cè)試,可以消除駕駛員人為因素差異,控制準(zhǔn)確重復(fù)性好[1]。

        3 " "混合動(dòng)力臺(tái)架油耗測(cè)試設(shè)備必要功能

        除了圖1中常規(guī)的臺(tái)架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成裝置外,要開展油耗測(cè)試,還要求設(shè)備系統(tǒng)具備表1功能[2]。

        4 " "混合動(dòng)力臺(tái)架油耗測(cè)試方法

        混合動(dòng)力臺(tái)架油耗測(cè)試,是通過臺(tái)架主控平臺(tái)控制混合動(dòng)力總成運(yùn)行測(cè)試工況,計(jì)量整個(gè)測(cè)試工況的電量及燃料消耗量。

        油耗測(cè)試時(shí),電池模擬器要求能夠完全模擬電池包,且支持動(dòng)態(tài)SOC計(jì)算(給HCU提供SOC信號(hào))。在NEDC或WLTC循環(huán)工況油耗測(cè)試前,要開展10~120Kph串并聯(lián)等速油耗測(cè)試,用于HCU內(nèi)部先期策略優(yōu)化。

        4.1 " 試驗(yàn)方法

        參考GB/T 19753-2021中6.4的規(guī)定,非可外接充電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(NOVC-HEV)需要進(jìn)行電量保持模式(CS階段)試驗(yàn),按照7.1.1.2計(jì)算試驗(yàn)燃料消耗量[3]。

        4.2 " 快速結(jié)果計(jì)算

        (1)

        FC—百公里燃料消耗量,單位為升每百千米(L/100km);

        S—整個(gè)測(cè)試循環(huán)的總里程,單位為千米(km)。

        4.3 " 結(jié)果有效性判定

        判定標(biāo)準(zhǔn)C不大于0.005,則結(jié)果有效;判定標(biāo)準(zhǔn)C超過0.005,則結(jié)果無效需重新試驗(yàn)。

        (2)

        ?EREESS —電量保持模式試驗(yàn)REESS的電能變化量,單位為瓦時(shí)(Wh);

        Efuel —電量保持模式試驗(yàn)消耗的燃料能量當(dāng)量,單位為瓦時(shí)(Wh),按下式計(jì)算:Efuel=HV×FL;

        HV—燃料的熱值;汽油8.92、柴油9.85,單位為千瓦時(shí)每升(kWh/L);

        FL—整個(gè)測(cè)試循環(huán)的燃料消耗量,單位為升(L)。

        5 " "臺(tái)架油耗測(cè)試準(zhǔn)確性影響因素

        油耗測(cè)試是混合動(dòng)力臺(tái)架一項(xiàng)常見且重要的試驗(yàn)項(xiàng)目,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中有利于策略調(diào)整優(yōu)化。但在按照法規(guī)循環(huán)摸底油耗時(shí),因有別于型式認(rèn)證試驗(yàn)的整車試驗(yàn),臺(tái)架摸底的油耗往往會(huì)偏低,就需要考慮臺(tái)架油耗影響因素來修正。以下幾項(xiàng)為主要且不可忽視的影響因素[4]。

        5.1 " 測(cè)功機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬精度

        在整車轉(zhuǎn)鼓油耗測(cè)試時(shí),對(duì)駕駛員和試驗(yàn)設(shè)備均提出了嚴(yán)格技術(shù)要求。臺(tái)架油耗測(cè)試由于采用電子控制而非實(shí)際駕駛員,所以對(duì)臺(tái)架駕駛模擬系統(tǒng)也要求評(píng)估達(dá)到同等的行駛技術(shù)。

        通常混合動(dòng)力臺(tái)架駕駛員模型,是通過控制加速信號(hào)和制動(dòng)信號(hào)精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)車速跟蹤,一般基于前饋和分段PI閉環(huán)控制能夠精準(zhǔn)模擬駕駛員。

        在臺(tái)架油耗測(cè)試前,要求對(duì)駕駛員模型進(jìn)行調(diào)試,直至滿足GB 18352中C.1.2.6.6要求:整個(gè)循環(huán)試驗(yàn)期間,速度公差不超過±2km/h,超差時(shí)間不超過1秒,速度超差情況不能多于10次。

        5.2 " 系統(tǒng)加載阻力

        臺(tái)架油耗測(cè)試原理和整車轉(zhuǎn)鼓相似,都是克服測(cè)功機(jī)模擬的道路阻力,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)前進(jìn)。轉(zhuǎn)鼓通常都具備阻力滑行擬合功能,混合動(dòng)力臺(tái)架所搭載的測(cè)功機(jī),由于自身結(jié)構(gòu)所限和慣量模擬功能缺失,基本都不具備自動(dòng)滑行擬合功能。如果直接用道路滑行試驗(yàn)測(cè)試的阻力加載到測(cè)功機(jī)進(jìn)行模擬,會(huì)與實(shí)際車輛道路行駛存在很大差異[5]。

        為了提高臺(tái)架油耗測(cè)試準(zhǔn)確性,可以用臺(tái)架倒拖混合動(dòng)力總成,通過擬合各速度點(diǎn)下的系統(tǒng)阻力(通常測(cè)試0~120km/h范圍,每間隔10km/h取一個(gè)點(diǎn)),計(jì)算得到臺(tái)架系統(tǒng)內(nèi)阻曲線方程。用實(shí)際道路滑行阻力方程減去臺(tái)架系統(tǒng)內(nèi)阻方程,得到的差值再加載到測(cè)功機(jī)阻力模擬系統(tǒng)中,會(huì)提高油耗測(cè)試的準(zhǔn)確性,更接近整車油耗試驗(yàn)結(jié)果。

        5.3 " 低壓功耗修正

        車輛運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí),混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)噴油點(diǎn)火、風(fēng)扇運(yùn)行、電子控制器等工作,都需要低壓蓄電池提供能量,而蓄電池的電量,最終是由發(fā)動(dòng)機(jī)消耗燃油帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化而來。整車試驗(yàn)時(shí),混合動(dòng)力系統(tǒng)的低壓、高壓、燃油都按照精準(zhǔn)的控制進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化傳遞。

        在混動(dòng)臺(tái)架油耗測(cè)試時(shí),需要考慮到臺(tái)架所特有的影響,出于混動(dòng)臺(tái)架安全及結(jié)構(gòu)等因素限制,高壓電池包是通過電池模擬器替代的,燃油供給系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)室油耗儀裝置負(fù)責(zé),低壓蓄電池也被控制機(jī)柜中的低壓供電單元取代。所以,本該消耗燃油來滿足系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的低壓電量,在臺(tái)架油耗測(cè)試時(shí),由外部的裝置單元提供,沒有計(jì)入試驗(yàn)燃油消耗中。在循環(huán)工況油耗測(cè)試時(shí),這部分能量需要折算補(bǔ)償。

        低壓功耗修正值可以按照以下方法測(cè)算。

        計(jì)算得到的值(Q1與Q2的差值乘以油電轉(zhuǎn)化率)可以用于臺(tái)架油耗測(cè)試結(jié)果修正,一般混合動(dòng)力乘用車修正值為0.15L/100km~0.25L/100km。

        5.4 " 冷起動(dòng)水溫功耗補(bǔ)償

        與整車在轉(zhuǎn)鼓上測(cè)試不同,混合動(dòng)力臺(tái)架的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)和電機(jī)冷卻一般是由冷卻溫控裝置取代,通過溫控裝置來加熱或冷卻。臺(tái)架油耗測(cè)試時(shí),溫控裝置通常將水溫控制在90℃。而在法規(guī)油耗測(cè)試時(shí),要求發(fā)動(dòng)機(jī)是冷機(jī)狀態(tài),并通過自身工作加熱冷卻液。溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率影響較大,整車與臺(tái)架油耗測(cè)試初始水溫狀態(tài)存在差異,該差異的效果可以通過轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)對(duì)比,分別進(jìn)行冷機(jī)和熱機(jī)循環(huán)工況油耗測(cè)試,通常熱機(jī)油耗結(jié)果會(huì)有1%~2%的改善影響。

        6 " "結(jié)束語

        常見的臺(tái)架油耗測(cè)試方法,其結(jié)果一般是不能直接表述整車油耗,這取決于臺(tái)架與整車試驗(yàn)結(jié)構(gòu)和環(huán)境的區(qū)別。本文通過論述臺(tái)架油耗測(cè)試差異影響因素,有助于提高臺(tái)架油耗結(jié)果更接近整車轉(zhuǎn)鼓循環(huán)油耗測(cè)試結(jié)果,方便型式認(rèn)證試驗(yàn)摸底,評(píng)估整車油耗試驗(yàn)真實(shí)水平。

        參考文獻(xiàn):

        [1]趙海霞,周長(zhǎng)哲,等.混合動(dòng)力汽車試驗(yàn)臺(tái)架簡(jiǎn)介[J].工程與試驗(yàn),2013,53(2):38-41.

        [2]王好瑞,金振華,高大威,等.車用混合動(dòng)力系統(tǒng)集成與測(cè)試[J].電子測(cè)量技術(shù),2005,32(2):13-16.

        [3]全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).輕型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量消耗量試驗(yàn)方法: GB/T19753-2021[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2021.

        [4]葉曉,金振華,等.并聯(lián)混合動(dòng)力臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2010,31(8):1082-1087.

        [5]吳釗.新能源汽車臺(tái)架試驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)[D].北京:清華大學(xué),2016.

        蔡利平

        畢業(yè)于武漢理工大學(xué),工學(xué)學(xué)士學(xué)位,現(xiàn)就職于江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心,任助理工程師,主要從事汽車試驗(yàn)測(cè)試方面的研究工作。

        專家推薦語

        龍永生

        東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心

        動(dòng)力總成技術(shù)總工程師 "研究員級(jí)高級(jí)工程師

        基于國(guó)家提出的“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo),為支撐和實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),混合動(dòng)力車型無疑是汽車行業(yè)各主機(jī)廠推出的主要技術(shù)路線之一。由于混合動(dòng)力車型較傳統(tǒng)車型增加了多種能量回收及儲(chǔ)存功能,以及能在多種運(yùn)行模式間的平穩(wěn)切換。因此混動(dòng)力車型能夠有效實(shí)現(xiàn)降低碳排放的關(guān)鍵技術(shù)就是對(duì)能量管理策略最優(yōu)化,如果能將能量管理策略的優(yōu)化從實(shí)車上的優(yōu)化轉(zhuǎn)移到在臺(tái)架上進(jìn)行,無疑在最佳尋優(yōu)效果、縮短開發(fā)周期以及降低成本方面帶來巨大的優(yōu)勢(shì)。

        本文基于某整車混合動(dòng)力臺(tái)架開發(fā)項(xiàng)目,闡述了混合動(dòng)力臺(tái)架結(jié)構(gòu)組成及油耗測(cè)試方法,實(shí)現(xiàn)整車循環(huán)模擬以及對(duì)整車循環(huán)油耗的有效性進(jìn)行評(píng)價(jià),并以此為基礎(chǔ)研究影響臺(tái)架油耗測(cè)試結(jié)果的因素。通過分析油耗準(zhǔn)確性影響因素,為后續(xù)深入挖掘混合動(dòng)力臺(tái)架能量測(cè)量方法,或修正優(yōu)化臺(tái)架油耗測(cè)試結(jié)果提供依據(jù)。并在整車標(biāo)定及能管理策略優(yōu)化等方面具有較好的指導(dǎo)和借鑒作用。

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