混合動力汽車路試數據分析及運用研究

林 松

(廣西交通職業技術學院，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境下，混合動力汽車愈發成為各大汽車制造商的新寵，尤其在減少含有有毒氣體、含氮氧化物、二氧化碳的汽車尾氣排放方面，更是符合國際及國內低碳出行的環保理念[1]。

混合動力汽車(Hybrid Electric Vehicle，簡稱HEV)是指以汽油發動機和以電機為主要驅動力的混合動力系統。在全混合動力系統中驅動車輛的兩種動力源中電機功率的比例也更大，電機功率接近內燃機功率，所以電機和內燃機都可以獨立驅動車輛[2]。在低速、車輛起步和倒車等情況下，車輛可以純電動行駛，避免內燃機高油耗的工作區間；同時具備制動能量回收的功能[3]。與純電動汽車和傳統內燃機汽車相比較而言，混合動力電動汽車具有低油耗、低排放的較多優勢。

目前我國國內主要使用的混合動力汽車主要以第二代普銳斯Prius汽車為代表，其搭載的THSⅡ(第二代混聯式混合動力系統)，集合了各式混合動力系統的優勢：(1)發動機和電動機可根據行駛狀況共同驅動或分開單獨使用；(2)停駛時自動停止發動機，減少能量浪費；(3)更有效地控制發動機和電動機，加速反應快捷而順暢[4]。THSⅡ(第二代混聯式混合動力系統)主要總成全部由豐田汽車公司自主開發。通過對電源系統、馬達、發電機、電池組等的革新，全面提升了系統性能[5]。系統構成包括：兩個動力源(采用高膨脹比循環的高效汽油發動機和輸出功率提升至1.5倍的永磁式交流同步電動機)及其驅動馬達、發電機、內置動力分離裝置的混合動力用變速箱、混合動力用高性能鎳氫電池組、動力控制總成。THSⅡ(第二代混聯式混合動力系統)的工作狀態與人們所熟悉的將汽油發動機作為動力提供裝置的普通汽車不同，普銳斯的動力有兩部分組成，除了發動機外還多出了電動機(永磁式同步交流電動機)和混合動力車專用蓄電池(密封鎳氫電池)，這樣蓄電池的電力也可以為車輛提供部分動力，達到節省燃油的目的。

隨著混合動力汽車的日趨普及，由于其系統構成較為復雜，維修成本較高[6]，因此，如何在日常維護保養中優化方案及快速定位排查處理故障等方面成了混合動力汽車發展路上的又一難題。本文以第二代普銳斯混合動力汽車為例，對其開展道路測試，并采集各種工況下引擎轉速、加速程度、電機轉速、電機扭矩、發動機轉速、發動機扭矩、額定功率、負載狀態、動力電壓、動力電流等數據，分析數據并繪制列線圖，從而得出正常工況下混合動力汽車標準列線圖，為混合動力汽車優化日常維護保養方案及快速定位排查處理故障提供了參考標準，提高了產品使用的耐久性。

1 路試準備

本文基于廣西交通職業技術學院汽車工程系校內汽車綜合實訓基地，以第二代普銳斯汽車為例，進行正常工況下道路測試，采集引擎轉速、加速程度、電機轉速、電機扭矩、發動機轉速、發動機扭矩、額定功率、負載狀態、動力電壓、動力電流等數據，并繪制標準列線圖。

廣西交通職業技術學院汽車工程系汽車綜合實訓基地是中央財政支持建設的國家級示范性實訓基地，是廣西示范性高等教育實訓基地。汽車工程系致力于校企合作、工學結合辦學模式的建設，是目前廣西唯一與豐田汽車公司合作的豐田T-TEP培訓學校，校內具備了路試基本條件，從而確保數據的準確性。

1.1 編輯數據項目定制列表(表1)

表1 數據項目表

1.2 測試工況

根據下列車輛各狀況的操作程序(見表2)，檢查并分析數據，然后繪制列線圖。

表2 測試工況表

2 路試過程數據采集分析

道路測試主要以汽車處于停止時、電動機驅動時、以不同定速行駛時、在不同負載下行駛時、進行再生制動時、倒擋行駛時的工況來進行測試。

2.1 停止時(N位置、P位置)

(1)將檔位切換至N或P并運轉發動機。

(2)換檔桿置于N或P位置時，收集數據(見表3)。

表3 數據采集(停止時)表

(3)繪制列線圖(見圖1)。

圖1 MG1和MG2列線圖(停止時)

從圖1得出：MG1轉速下降，扭矩增加，MG2轉速呈上升趨勢。發動機動力用于運轉MG1，從而產生電能并對HV蓄電池進行充電。

2.2 電動機驅動時

(1)以恒定的30%加速踏板開度，采用電動機驅動車輛(15 km/h)，直到發動機啟動。

(2)發動機啟動且電動機驅動車速為15 km/h時收集的數據見表4。

表4 數據采集表(電動機驅動時)

(3)繪制列線圖(見圖2)。

圖2 MG1和MG2列線圖(電動機驅動時)

從圖2得出：車輛起步時，由MG2驅動車輪轉動。由于發動機停止，隨著齒圈的轉動，MG1怠速并沿負(-)向轉動(MG1的扭矩為0)；當發動機運轉后，MG1的轉速呈上升趨勢。

2.3 以不同定速行駛時

(1)分別以40 km/h、60 km/h和80 km/h的定速運行車輛。

(2)在不同定速時收集數據(見表5)。

表5 數據采集表(以不同定速行駛時)

(3)繪制列線圖(見圖3)。

圖3 MG1和MG2列線圖(以不同定速行駛時)

從圖3得出：車速越高，MG2的扭矩越大；MG1的轉速變化不明顯。

2.4 在不同負載下行駛時

(1)在不同負載下，以如下車速運行車輛。

車速：40 km/h、60 km/h、80 km/h；

加速踏板開度：40%(輕載)、60%(中載)、100%(滿載)。

(2)在不同車速和不同負載時收集數據。

加速踏板開度為60%時，收集SOC40%和60%時的數據(見表6～8)。

(3)繪制列線圖(見圖4～6)。

表6 數據采集表(在不同載荷下以40 km/h行駛時)

圖4 MG1和MG2列線圖(在不同載荷下以40 km/h行駛時)

從圖4得出：負載越大，MG1的轉速也越大；MG2的扭矩變化不明顯。

輕載時，MG1轉速約為3 000 rpm，MG2的扭矩約為3 000 Nm。

表7 數據采集表(在不同載荷下以60 km/h行駛時)

圖5 MG1和MG2列線圖(在不同載荷下以60 km/h行駛時)

從圖5得出：負載越大，MG1的轉速也越大；MG2的扭矩變化不明顯。

輕載時，MG1轉速約為2 700 rpm，MG2的扭矩約為4 500 Nm。

表8 數據采集表(在不同載荷下以80 km/h行駛時)

圖6 MG1和MG2列線圖(在不同載荷下以80 km/h行駛時)

從圖6得出：負載越大，MG1的轉速也越大；MG2的扭矩變化不明顯。

輕載時，MG1轉速約為700 rpm，MG2的扭矩約為6 000 Nm。驅動輪的動力主要由MG2提供。

2.5 進行再生制動時

(1)車速為80 km/h時，開始施加制動直到踩下踏板約一半。

(2)車速為60 km/h、40 km/h和20 km/h時收集數據見表9。

表9 數據采集表(再生制動時)

(3)繪制列線圖(見圖7)。

圖7 MG1和MG2列線圖(再生制動時)

從圖7得出：MG2通過驅動輪轉動并作為發電機對HV蓄電池再充電。通過電子控制制動系統和協同控制確定能量回收量。

2.6 倒擋行駛時

(1)以<10 km/h的車速倒檔行駛車輛。

(2)以<10 km/h的車速倒檔行駛車輛時收集數據見表10。

(3)繪制列線圖(見圖8)。

表10 數據采集表(倒擋行駛時)

圖8 MG1和MG2列線圖(倒擋行駛時)

從圖8得出：將HV蓄電池的電能提供給MG2，使其按與車輛向前行駛時相反的方向轉動，從而進行倒車。此時，發動機仍然停止，且MG1旋轉但不發電。SOC低時，發動機起動，將MG1產生的電能提供給MG2，從而使車輛倒車。

3 結語

本文是基于廣西交通職業技術學院汽車工程系校內汽車綜合實訓基地，以第二代普銳斯汽車為例，進行正常工況下道路測試，通過采集引擎轉速、加速程度、電機轉速、電機扭矩、發動機轉速、發動機扭矩、額定功率、負載狀態、動力電壓、動力電流等數據，并繪制不同工況下MG1和MG2標準列線圖，為混合動力汽車維修保養及故障判斷分析提供參考數據。