重型混合動力車輛能耗排放測試系統(tǒng)的集成和驗證

李騰騰 秦孔建 高俊華

（中國汽車技術(shù)研究中心）

重型混合動力車輛能耗排放測試系統(tǒng)的集成和驗證

李騰騰 秦孔建 高俊華

（中國汽車技術(shù)研究中心）

基于重型轉(zhuǎn)鼓及全流定容采樣稀釋系統(tǒng)，集成了重型混合動力車輛（HD-HEV）能耗排放測試系統(tǒng)。在我國典型城市公交循環(huán)下，利用該系統(tǒng)對某并聯(lián)混合動力公交車輛的能耗排放進行了測量，并對該測試系統(tǒng)進行了評價驗證。結(jié)果表明，重型轉(zhuǎn)鼓能夠以小于2.5%的誤差模擬試驗車輛的行駛阻力；混合動力車輛的制動能量回收過程可以在轉(zhuǎn)鼓復(fù)現(xiàn)；可以以較高的跟蹤精度復(fù)現(xiàn)測試循環(huán)且各重復(fù)測試結(jié)果的重復(fù)性好。

1 前言

隨著我國節(jié)能減排政策的不斷推進，混合動力車輛優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn)，其市場也隨之擴大。為規(guī)范混合動力車輛市場，其評價體系的完善顯得尤為重要。針對混合動力車輛的能耗和排放兩項指標，其評價方案一般為基于重型轉(zhuǎn)鼓及排放測試系統(tǒng)的方案、基于車載測試系統(tǒng)的實際道路測試方案、基于發(fā)動機臺架的測試方案和硬件在環(huán)的測試方案[1]等4種。本文基于重型轉(zhuǎn)鼓及全流定容采樣稀釋系統(tǒng)，集成了重型混合動力車輛能耗排放測試系統(tǒng)，在我國典型城市公交循環(huán)工況下，利用該系統(tǒng)對某并聯(lián)混合動力公交車的能耗排放進行了測量，并從行駛阻力、車輛制動能量回收過程、測試循環(huán)跟蹤、測試結(jié)果重復(fù)性等4個方面對該測試系統(tǒng)進行了評價驗證。

2 試驗測試系統(tǒng)

圖1為集成的重型混合動力車輛能耗排放測試系統(tǒng)，主要由重型底盤測功機、定容采樣系統(tǒng)（Constant Volume System，CVS）、顆粒物采樣系統(tǒng)（Particulate Sampler System，PSS）、氣體污染物分析儀AMA I60、車輛油耗測試系統(tǒng)735S和753C等組成。

試驗過程中，重型底盤測功機利用轉(zhuǎn)鼓滾筒本身的慣性質(zhì)量以及交流電動機的電慣量模擬功能，模擬車輛直線運動的慣性質(zhì)量及旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量，通過交流電動機的功率吸收加載功能模擬車輛在實際行駛過程中所受的空氣阻力、滾動阻力、加速阻力等，通過轉(zhuǎn)鼓滾筒來模擬路面，滾筒表面相對于車輛做旋轉(zhuǎn)運動[2～4]。

CVS和PSS組成全流定容稀釋采樣系統(tǒng)（Full-Flow Dilution Sampling System，F(xiàn)FDSS），F(xiàn)FDSS將發(fā)動機排出的全部氣體經(jīng)排氣管排入稀釋風道中，所排氣體在稀釋風道中通過環(huán)境空氣稀釋，形成恒定體積流量的稀釋排氣，稀釋排氣的流量通過臨界文丘里管CFV來控制。在稀釋通道中完成對顆粒物和氣態(tài)污染物取樣后，所有排氣由排氣風機抽出[5]。

AMA I60用以分析發(fā)動機排氣中各氣態(tài)污染物的濃度；735S和753C用以測量試驗車輛的油耗；電功計用以測量混合動力車輛的電量消耗情況。

該測試系統(tǒng)的主控系統(tǒng)如圖2所示，測試系統(tǒng)的主控計算機通過TCP/IP與轉(zhuǎn)鼓主控計算機以及排放系統(tǒng)主控計算機通訊，利用AK命令實現(xiàn)對轉(zhuǎn)鼓、排放測試系統(tǒng)的遠程控制，完成氣體采樣系統(tǒng)、污染物分析設(shè)備以及轉(zhuǎn)鼓的試驗準備等工作，并實現(xiàn)試驗的自動開始和結(jié)束、循環(huán)復(fù)現(xiàn)、試驗數(shù)據(jù)記錄與處理、自動生成試驗報告等。

3 實車試驗

試驗車輛為長12 m的某并聯(lián)混合動力公交車，其儲能裝置為鋰離子電池組。轉(zhuǎn)鼓試驗前試驗車輛已經(jīng)在試驗場內(nèi)完成滑行試驗[6]，并獲得了試驗車輛的道路行駛阻力系數(shù)。實車試驗流程參照GB/T 19754—2005《重型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》中相關(guān)要求進行設(shè)置，如圖3所示。試驗循環(huán)采用中國典型城市公交循環(huán)（CCBC），如圖4所示。圖5為試驗車輛實際道路滑行阻力擬合曲線。

4 轉(zhuǎn)鼓模擬試驗結(jié)果分析

4.1 行駛阻力模擬精度分析

圖6為試驗車輛實際道路滑行阻力與轉(zhuǎn)鼓模擬阻力對比。由圖6可看出，車輛滑行阻力的轉(zhuǎn)鼓模擬值略小于實際值，在車速低于30 km/h速度段，轉(zhuǎn)鼓對道路阻力的模擬誤差約為2.2%，在車速大于30km/h的速度段，轉(zhuǎn)鼓模擬誤差均小于2%。從模擬結(jié)果可知，轉(zhuǎn)鼓對車輛的實際道路滑行阻力模擬誤差小于2.5%，符合GB/T 27840—2011《重型商用車輛燃料消耗量測量方法》中對轉(zhuǎn)鼓模擬阻力誤差±3%的要求，表明轉(zhuǎn)鼓模擬實際路面的測試方案可行。

4.2 制動能量回收過程模擬分析

混合動力車輛的制動能量回收再利用是減少油耗及降低排放的關(guān)鍵，為此研究試驗車輛在行駛過程中電動機和蓄電池的工作狀態(tài)，以考察混合動力車輛在轉(zhuǎn)鼓上是否可再現(xiàn)制動能量回收過程。

圖7為某次試驗過程中試驗車輛蓄電池電流與電動機扭矩對應(yīng)關(guān)系曲線，圖8為試驗車輛車速與蓄電池電流對應(yīng)關(guān)系曲線。圖中，蓄電池電流為正表明電動機為蓄電池組充電，為負表明蓄電池組驅(qū)動電動機。對比圖7和圖8可看出，試驗車輛在減速過程中，電動機的驅(qū)動扭矩為負值，同時對應(yīng)蓄電池的電流為負值，此時輪胎反拖電動機，電動機作為發(fā)電機為蓄電池充電。這說明混合動力車輛在轉(zhuǎn)鼓上同樣可復(fù)現(xiàn)制動能量回收過程。

4.3 試驗車輛對測試循環(huán)跟蹤結(jié)果

為考察試驗車輛對測試循環(huán)的跟蹤效果，共進行了5次重復(fù)試驗。圖9為試驗車輛對測試循環(huán)跟蹤情況，圖10為試驗車輛實際行駛循環(huán)與測試循環(huán)相關(guān)性對比結(jié)果。由圖9可看出，在轉(zhuǎn)鼓上，試驗車輛可很好地復(fù)現(xiàn)測試循環(huán)，測試循環(huán)重復(fù)性好，跟蹤誤差較小。由圖10可看出，試驗車輛實際車速與測試循環(huán)設(shè)定車速的線性相關(guān)程度較高，擬合直線的比例系數(shù)均大于0.99，相關(guān)系數(shù)均在0.99附近，線性相關(guān)性顯著。試驗結(jié)果表明，試驗車輛在轉(zhuǎn)鼓試驗中可以以較高的精度復(fù)現(xiàn)測試循環(huán)，較大程度地減少了循環(huán)復(fù)現(xiàn)誤差對測試結(jié)果的影響。

4.4 測試結(jié)果重復(fù)性分析

圖11為試驗車輛連續(xù)5次重復(fù)循環(huán)試驗?zāi)芎呐欧沤Y(jié)果。由圖11可看出，以5次試驗的平均值為基準，試驗車輛實際行駛里程與目標行駛里程的最大偏差為0.271%，平均偏差為0.109%；百公里油耗的最大偏差為2.648%，平均偏差為1.264%；HC排放的最大偏差為12.409%，平均偏差為7.007%；CO排放的最大偏差為6.646%，平均偏差為4.104%；NOx排放的最大偏差為0.822%，平均偏差為0.480%；CO2排放的最大偏差為2.354%，平均偏差為1.139%；PM排放的最大偏差為9.639%，平均偏差為6.506%。即除HC排放結(jié)果重復(fù)性較差外，其它幾個測量參數(shù)的試驗重復(fù)性均較好。HC排放結(jié)果重復(fù)性較差的原因是，混合動力車輛的HC排放量很低，HC排放的基數(shù)較小，車輛實際行駛工況、測試設(shè)備漂移等因素會對HC的測量產(chǎn)生較大誤差，因此導致HC的測量重復(fù)性稍差，但平均偏差仍小于10%，由此可認為測試結(jié)果的重復(fù)性較好。

5 結(jié)束語

集成了基于重型轉(zhuǎn)鼓及FFDSS的重型混合動力車輛排放能耗測試系統(tǒng)。試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以很好地模擬試驗車輛實際滑行阻力，重型混合動力車輛排放能耗測試結(jié)果重復(fù)性好，該系統(tǒng)用于重型混合動力車輛能耗排放評價具有可行性，模擬精度可滿足試驗要求。

1李騰騰，秦孔建，鐘紹華.重型混合動力車輛能耗和排放測試標準研究.2010年汽車工程學會年會論文集.

2吳震.汽車交流底盤測功機測試系統(tǒng)研究:[碩士論文].長春:吉林工業(yè)大學，2007.

3閔永軍，甘英俊，左付山，等.底盤測功機機械慣量電模擬方法的研究和實現(xiàn).公路交通科技，2007，24（11）:143～147. 4劉巽俊.內(nèi)燃機的排放與控制.北京:機械工業(yè)出版社，2003.

5潘朋，王建海，田冬蓮.輕型車轉(zhuǎn)鼓阻力設(shè)定影響因素試驗研究.汽車技術(shù)，2013（3）:47～50.

6國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 12536—90汽車滑行試驗方法.北京:中國標準出版社，1999.

（責任編輯文楫）

修改稿收到日期為2014年9月18日。

Integration and Verification of An Emission and Energy Consumption Test System of Heavy-Duty Hybrid Electric Vehicle

Li Tengteng，Qin Kongjian，Gao Junhua
（China Automotive Technology and Research Center）

An emission and energy consumption test system of heavy-duty hybrid electric vehicle(HD-HEV)is integrated based on chassis dynamometer and Full-Flow Dilution Sampling System（FFDSS）.The emission and energy consumption of a parallel hybrid vehicle are measured in the typical China cycle of city bus（CCBC）with the test system，and this test system is evaluated and verified.Test results show that，the heavy-duty chassis dynamometer can simulate the on-road driving resistance of test vehicle with error of less than 2.5%，the braking energy recovery process of test vehicle could also be reproduced;test cycle could be reproduced with high tracking precision，in addition，the test results have good repeatability.

HD-HEV，Energy consumption，Emission，Test system

重型混合動力車輛能耗排放測試系統(tǒng)

U467.1+3

A

1000-3703（2014）12-0032-03