混合動力商用車試驗數據處理程序開發及應用

陳亮，白國軍

廣東省珠海市質量計量監督檢測所，廣東珠海 519000)

0 引言

混合動力汽車(Hybrid Electric Vehicle, HEV)作為傳統內燃機汽車和電動汽車的有效組合，它既有電動汽車低排放的優點，還保持了化石燃料比能量和比功率高的長處，因而能顯著改善傳統內燃機汽車的排放和燃油經濟性，增加電動汽車的續駛里程，在由燃油汽車向純電動汽車的轉變過程中起著承上啟下的作用，并在一定時間內占據適當的市場份額。目前國內混合動力客車的保有量與日俱增，各客車生產企業也都投入相當大的人力、物力和財力加快開發自己的產品，并在全國各地進行了示范運行。

混合動力汽車的基本原理是采用適當的燃料轉換裝置(如內燃機、燃料電池)、儲能裝置和電動機作為混合動力源，按照一定的控制策略，使燃料轉換裝置、儲能裝置和電機在驅動工況下盡可能工作在高效率、低排放區域，在汽車制動情況下，通過電機工作象限的調整回收部分整車制動能量，從而改善汽車在各種行駛工況下的燃油經濟性、尾氣排放以及其他使用性能。混合動力汽車因將傳統內燃機動力與電動助力有機地結合，具備了內燃機汽車加油方便、續駛里程長和純電動汽車污染少、效率高的雙重優點，既解決了傳統車大馬拉小車的問題，又不必為蓄電池充電時間長、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濟性和排放性能的收益，從而為市場所接受，成為目前汽車界競相開發的重點。

混合動力客車開發過程中的燃油經濟性標定是非常重要的一個步驟，通過進行各種工況的轉鼓和道路試驗，標定各ECU的控制參數，使整車的百公里油耗達到最優的水平，充分發揮混合動力客車的性能優勢。作者針對某混合動力客車開發了專用的數據處理程序，利用該程序可在標定試驗過程中快速進行數據處理，清晰直觀地得出試驗結果，從而提高標定試驗的效率。

1 程序的功能與設計

MATLAB是一個功能非常強大的計算軟件[1]，利用其GUI功能可以根據工程的實際需要設計所需的工作界面，方便快捷地對數據進行分析處理。設計一個針對某混合動力客車性能試驗開發的試驗數據處理程序。在該程序的工作界面下可以導入試驗數據，通過計算分析直觀得出一個試驗工況的工作特點以及發動機、電機等各總成的工作點分布。通過觀察、分析發動機、電機工作點的分布是否在萬有特性圖的高效區以及各采集數據的信息，調整標定參數使其達到設計要求。

該程序界面的總體功能結構如圖1所示。圖2為該程序的主界面，通過該工作界面可以將試驗數據導入，并可單獨顯示某數據曲線并針對其進行統計分析[2]，如統計電池SOC在一個試驗工況下某區間內的百分比[3]。同時，在該界面下可調用其他幾個子工作界面進行工況、發動機工作點、電機工作點、系統效率等分析。

圖1 程序界面總體結構

圖2 主界面

圖3為工況分析界面，在該界面下可以對行駛工況的基本信息，包括行駛距離、行駛時間、速度、加速度、擋位以及駕駛習慣進行計算并統計分析得出結果，同時可統計一個試驗工況下的不同運行擋位比例、不同運行車速區間比例、不同加減速時間比例等。

圖3 工況分析界面

圖4為發動機工作點分析界面，在該界面下可以根據擋位以及加速踏板是否有開度，在發動機萬有特性圖上顯示發動機工作點，并按等油耗率曲線統計分析不同效率區間的比例情況。

圖4 發動機工作點分析界面

圖5為電機工作點分析界面，在該界面下可以按擋位在電機萬有特性曲線圖上顯示電機工作點，并按等效率曲線統計分析不同效率區間的比例情況。

圖5 電機工作點分析界面

圖6為效率計算分析界面，在該界面下可以根據每個試驗數據，計算電機、電池充放電效率。

圖6 效率計算界面

2 某混合動力客車經濟性標定試驗數據分析

某混合動力客車自上市以來已經在長春、大連、昆明、呼和浩特等地的公交進行了示范運行，運營效果良好。下面通過該車開發初期的一次經濟性標定試驗，介紹該軟件的應用。

昆明市的實際運行公交數據見圖7，工況統計見表1，工況數據統計結果見圖8。

圖7 昆明市實際運行公交數據結果

表1工況統計結果

變量具體值變量具體值行駛距離/km13.23減速時間/s1 016.83最大車速/(km·h-1)48.43最大加速度/(m·s-2)1.94車速標準差/(km·h-1)12.70最大減速度/(m·s-2)-2.22運行時間/s4 378.66平均加速度/(m·s-2)0.45加速時間/s1 361.64平均減速度/(m·s-2)-0.61

圖8 工況數據統計結果

通過工況分析，該車在目標線路運行過程中一個試驗循環下，空擋、一擋、二擋運行比例超過65%(一擋、二擋發動機工作點對比見圖9)，20 km/h以下車速占整個工況的75%，由此可知，提高低擋位工況的燃油經濟性對整車經濟性的貢獻十分明顯。

圖9 一擋、二擋發動機工作點對比

通過對比分析發動機工作點可以看出，雖然考慮發動機動態響應的過程，一擋、二擋的發動機工作點并不完全落在高效區內，因此通過對HCU、TCU的程序標定，可以完善發動機工作點，以此來達到更好的經濟性。

通過相應工況的電機工作點在其等效率曲線(見圖10)上的分布可以看出，標定HCU控制參數之后，電機工作點在高效率區的分布得到了提高，電機系統效率的提高從而也改善了整車經濟性[4]。

圖10 標定后電機工作點等效率曲線

3 結論

通過MATLAB GUI功能開發了針對某混合動力客車標定試驗所需的試驗數據處理程序，通過實際試驗分析了目標車輛的發動機工作點分布，經過HCU、TCU標定后發動機工作點確實得到了改善，從而驗證了該程序的實用性以及可靠性。