插電式混合動(dòng)力汽車(chē)綜合性能評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

郝冬 陳光 張妍懿 王曉兵 王仁廣

（中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心）

插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（PHEV）具有內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)2個(gè)動(dòng)力源，兼顧了內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)（EV）的技術(shù)特點(diǎn)，被廣泛認(rèn)為是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)由傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)向EV發(fā)展的重要過(guò)渡車(chē)型。PHEV的技術(shù)特點(diǎn)決定了它同時(shí)具有內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的油耗和排放以及EV的電耗和充電性能等屬性。因此，相比于單一動(dòng)力源的汽車(chē)，PHEV的性能指標(biāo)更加繁雜，對(duì)其進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)的難度也就更大。目前有關(guān)PHEV綜合性能評(píng)價(jià)的研究還不多見(jiàn)。文獻(xiàn)[1]通過(guò)對(duì)比PHEV在實(shí)際道路上和試驗(yàn)室中的能耗試驗(yàn)結(jié)果，探討了更能反映PHEV道路實(shí)際能耗的綜合評(píng)價(jià)方法；文獻(xiàn)[2]對(duì)比研究了國(guó)內(nèi)外針對(duì)PHEV能耗和排放性能的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)，從試驗(yàn)循環(huán)、測(cè)試程序及結(jié)果計(jì)算等幾個(gè)方面對(duì)PHEV能耗和排放評(píng)價(jià)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了討論并提出了制定完善標(biāo)準(zhǔn)體系的建議；文獻(xiàn)[3]在綜合考慮動(dòng)力性、續(xù)駛里程及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的基礎(chǔ)上，提出了EV的評(píng)價(jià)方法。上述研究均集中于PHEV或EV的某些單項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試及評(píng)價(jià)，但研究機(jī)構(gòu)、整車(chē)企業(yè)及消費(fèi)者往往需要一套綜合客觀的評(píng)價(jià)體系對(duì)PHEV進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，以便了解不同車(chē)型的整體性能水平。文章在國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)體系基礎(chǔ)上，建立了一套基于客觀測(cè)試參數(shù)的PHEV綜合性能評(píng)價(jià)體系。

1 PHEV評(píng)價(jià)指標(biāo)指標(biāo)權(quán)重評(píng)分函數(shù)的構(gòu)建分析

文章構(gòu)建的PHEV評(píng)價(jià)體系包括評(píng)價(jià)指標(biāo)、指標(biāo)權(quán)重及各指標(biāo)評(píng)分函數(shù)3個(gè)部分。為保證評(píng)價(jià)體系的科學(xué)性，評(píng)價(jià)指標(biāo)的參數(shù)測(cè)試方法均按照國(guó)家及國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分函數(shù)均基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布和專(zhuān)家意見(jiàn)調(diào)研制定，評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重則應(yīng)用德?tīng)柗品ń?jīng)3輪專(zhuān)家意見(jiàn)收集得到；為保證評(píng)價(jià)體系的系統(tǒng)性，在充分了解PHEV的技術(shù)特點(diǎn)及消費(fèi)者使用需求的基礎(chǔ)上，確立了涵蓋續(xù)航電耗、油耗、排放/噪聲、電磁輻射、充電性能及動(dòng)力性能6大類(lèi)指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系。

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)分函數(shù)

1.1.1 續(xù)航電耗

PHEV通常搭載比傳統(tǒng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)（HEV）更大容量的動(dòng)力蓄電池，并利用外部電網(wǎng)對(duì)電池進(jìn)行充電，電動(dòng)屬性突出。在日常使用中，PHEV大多處于純電動(dòng)或電量消耗的混合動(dòng)力模式，實(shí)現(xiàn)電量消耗最大化和燃料消耗最小化的目的。為全面評(píng)價(jià)PHEV的電動(dòng)屬性，評(píng)價(jià)體系采用純電動(dòng)模式續(xù)駛里程和電能消耗量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，2項(xiàng)指標(biāo)具有關(guān)聯(lián)和相互制約的作用。一方面，EV模式續(xù)駛里程旨在引導(dǎo)車(chē)企開(kāi)發(fā)更高EV續(xù)航能力的PHEV；另一方面，EV模式電耗指標(biāo)則旨在引導(dǎo)整車(chē)輕量化技術(shù)和節(jié)能技術(shù)的研發(fā)。

在測(cè)評(píng)方法上，依據(jù)GB/T 19753—2013《輕型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)能量消耗量試驗(yàn)方法》[4]規(guī)定的車(chē)輛EV模式續(xù)駛里程以及條件A下的EV模式電耗率。EV模式續(xù)駛里程及電耗指標(biāo)的評(píng)分函數(shù)（Q1,1）和（Q1,2），如式（1）和式（2）所示。

式中：x1——EV模式下的續(xù)駛里程，km；

x2——EV模式下的電耗，kW·h/100 km。

1.1.2 油耗

消費(fèi)者普遍關(guān)注PHEV在不能保證充電情況下的油耗表現(xiàn)，將油耗作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不僅引導(dǎo)綠色消費(fèi)，也促進(jìn)節(jié)能技術(shù)提升。依據(jù)文獻(xiàn)[4]的要求測(cè)試條件B下的油耗值。

在測(cè)評(píng)方法上，參考GB 19578—2014《乘用車(chē)燃料消耗量限值》[5]的限值要求以及GB 27999—2014《乘用車(chē)燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》[6]的目標(biāo)值要求，取750 kg和2 510 kg，以及二者中間部分每個(gè)整備質(zhì)量段的中點(diǎn)值作為基準(zhǔn)值，分別對(duì)應(yīng)文章中的該段整備質(zhì)量段的限值和目標(biāo)值要求。以此為依據(jù)，根據(jù)樣車(chē)整備質(zhì)量進(jìn)行插值，得到樣車(chē)對(duì)應(yīng)的限值（c2）和目標(biāo)值（c1），以c2為0分基準(zhǔn)，以c1為100分基準(zhǔn)，采用線(xiàn)性插值法進(jìn)行油耗得分計(jì)算。得到常溫HEV模式油耗指

標(biāo)的評(píng)分函數(shù)（Q2,1），如式（3）所示。

式中：c1，c2——樣車(chē)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)值、限值；

x3——油耗，L/100 km。

1.1.3 排放/噪聲

PHEV在不能保證充電的情況下排放能夠反映企業(yè)減排技術(shù)，因此將常溫HEV模式排放和低溫HEV模式排放作為評(píng)價(jià)排放性能的指標(biāo)。

在測(cè)評(píng)方法上，常溫HEV模式排放指標(biāo)依據(jù)GB/T 19755—2005《輕型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)污染物排放測(cè)量方法》[7]中的要求測(cè)試條件B下I型試驗(yàn)的排放值，并乘以標(biāo)準(zhǔn)推薦的劣化系數(shù)作為試驗(yàn)結(jié)果。低溫HEV模式排放指標(biāo)依據(jù)文獻(xiàn)[7]中的要求測(cè)試條件B下VI型試驗(yàn)的排放值。2個(gè)指標(biāo)均以排放限值要求為60分基準(zhǔn)，以限值的50%為100分基準(zhǔn)確定評(píng)分函數(shù)（Q3,1），如式（4）所示，其中 l為 GB 18352.5—2013《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）》[8]中的排放限值。

式中：x4——污染物排放值，g/km；

l——污染物排放限值，g/km。

汽車(chē)行駛時(shí)的車(chē)內(nèi)噪聲主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、胎噪、風(fēng)噪及環(huán)境噪聲等組成的。過(guò)大的噪聲不僅降低乘坐舒適性，而且影響駕駛安全性，因此車(chē)內(nèi)噪聲是用戶(hù)選購(gòu)汽車(chē)時(shí)的一個(gè)重要考慮因素。將60 km/h時(shí)的車(chē)內(nèi)噪聲和100 km/h時(shí)的車(chē)內(nèi)噪聲作為評(píng)價(jià)汽車(chē)噪聲、振動(dòng)、聲振粗糙度（NVH）技術(shù)水平的指標(biāo)。

在測(cè)評(píng)方法上，以GB/T 18697—2002《聲學(xué)汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)量方法》[9]為車(chē)內(nèi)噪聲檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，按照GB/T 19753—2013《輕型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)能量消耗量試驗(yàn)方法》[10]中的7.2.3.1條儲(chǔ)能裝置放電進(jìn)行預(yù)處理，保持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，分別對(duì)60，100 km/h勻速行駛時(shí)車(chē)內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)量。60 km/h用以代表城市及市郊行駛工況，100 km/h用以代表高速公路行駛工況，2項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分函數(shù)（Q3,2）和（Q3,3），如式（5）和式（6）所示。

式中：x5——車(chē)速為60 km/h時(shí)車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)，dB；

x6——車(chē)速為100 km/h時(shí)車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)，dB。

1.1.4 電磁輻射

目前，消費(fèi)者越來(lái)越關(guān)注電磁輻射對(duì)人體健康的影響。傳統(tǒng)汽車(chē)更偏向于一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品，而搭載動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電控系統(tǒng)及內(nèi)燃機(jī)的PHEV則是一個(gè)機(jī)械和電子高度綜合的產(chǎn)品，其電磁輻射強(qiáng)度比傳統(tǒng)汽車(chē)復(fù)雜很多。將人體電磁防護(hù)作為評(píng)價(jià)汽車(chē)電磁輻射大小的指標(biāo)，幫助用戶(hù)更加清晰和直觀地認(rèn)識(shí)和了解電磁輻射情況。

在測(cè)評(píng)方法上，依據(jù)JASO TP 13002：2013《關(guān)于汽車(chē)人體暴露的磁場(chǎng)檢測(cè)方法》[11]中的要求測(cè)量車(chē)輛不同位置的電磁輻射值，依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)中的限值要求計(jì)算最小裕量（x7）。以x7作為評(píng)價(jià)人體防護(hù)指標(biāo)的對(duì)象，其評(píng)分函數(shù)（Q4,1），如式（7）所示。

式中：x7——電磁輻射值最小裕量，dB。

汽車(chē)的電磁抗擾能力表明了汽車(chē)在遇到電磁干擾時(shí)的功能穩(wěn)定性。將電磁抗擾作為評(píng)價(jià)汽車(chē)抗電磁干擾能力的指標(biāo)。在測(cè)評(píng)方法上，電磁抗擾檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是ECE R10《Electromagnetic compatibility》[12]。汽車(chē)在轉(zhuǎn)鼓上以50 km/h勻速行駛，在20～2 000 MHz頻率范圍，依據(jù)在30，45，60 V/m電場(chǎng)強(qiáng)度下汽車(chē)各主要功能是否正常來(lái)確定得分，其評(píng)分函數(shù)（Q4,2），如式（8）所示。

式中：x8——電場(chǎng)強(qiáng)度，V/m。

汽車(chē)各主要功能正常的要求包括：1）車(chē)速波動(dòng)不超過(guò)±5 km/h；2）前雨刷沒(méi)有誤動(dòng)作；3）儀表指示正常，儀表背景燈正常；4）制動(dòng)系統(tǒng)正常；5）電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制正常；6）ABS/ESC 等電子系統(tǒng)正常；7）TMPS 正常；8）喇叭和報(bào)警器沒(méi)有意外激活；9）電動(dòng)座椅和電動(dòng)門(mén)窗無(wú)意外動(dòng)作；10）安全氣囊沒(méi)有誤爆；11）照明和信號(hào)燈功能正常。

1.1.5 充電性能

PHEV的電動(dòng)屬性意味著充電環(huán)節(jié)的重要性，充電性能將直接影響用戶(hù)的使用體驗(yàn)和出行規(guī)律，將充電時(shí)間作為評(píng)價(jià)汽車(chē)充電性能的指標(biāo)之一。在測(cè)評(píng)方法上，依據(jù)文獻(xiàn)[4]中測(cè)試條件B下的相關(guān)要求進(jìn)行測(cè)試，考察充至滿(mǎn)電狀態(tài)的時(shí)間，其評(píng)分函數(shù)（Q5,1），如式（9）所示。

式中：x9——汽車(chē)充滿(mǎn)電狀態(tài)的時(shí)間，h。

汽車(chē)在充電過(guò)程中，雷電天氣或電網(wǎng)波動(dòng)等因素對(duì)汽車(chē)的充電功能造成干擾甚至影響正常充電，因此將充電抗擾作為評(píng)價(jià)汽車(chē)充電性能的指標(biāo)之一。在測(cè)評(píng)方法上，依據(jù)文獻(xiàn)[12]中的要求進(jìn)行測(cè)試。以遇干擾充電失效為0分基準(zhǔn)，以遇干擾充電失效但可手動(dòng)恢復(fù)為60分基準(zhǔn)，以遇干擾充電失效但可自動(dòng)恢復(fù)或者遇干擾充電正常為100分基準(zhǔn)進(jìn)行得分評(píng)定，評(píng)分函數(shù)（Q5,2），如式（10）所示。

式中：x10——充電失效及恢復(fù)情況；

y1——充電失效；

y2——充電失效但可手動(dòng)恢復(fù)；

y3——充電失效可自動(dòng)恢復(fù)或充電正常。

1.1.6 動(dòng)力性能

將加速性能作為評(píng)價(jià)汽車(chē)動(dòng)力性能的指標(biāo)，依據(jù)GB/T 19752—2005《混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能試驗(yàn)方法》[13]中的要求，測(cè)試汽車(chē)0～100 km/h加速時(shí)間，評(píng)分函數(shù)（Q6,1），如式（11）所示。

式中：x11——0～100 km/h加速時(shí)間，s。

將上述評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行匯總，得到如圖1所示的PHEV綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，共包括6個(gè)1級(jí)指標(biāo)及12個(gè)2級(jí)指標(biāo)。

圖1 綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)圖

1.2 指標(biāo)權(quán)重

德?tīng)柗品ǎ―elphi Method）又稱(chēng)專(zhuān)家規(guī)定程序調(diào)查法，該方法由調(diào)查者擬定調(diào)查表，按照既定程序，以函件的方式分別向?qū)＜医M成員進(jìn)行征詢(xún)；然后專(zhuān)家組成員又以函件方式提交意見(jiàn)。經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)征詢(xún)和反饋，專(zhuān)家組成員的意見(jiàn)逐步趨于集中，最后獲得具有很高準(zhǔn)確率的集體判斷結(jié)果[14]。確立評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)及其評(píng)分函數(shù)后，采用德?tīng)柗品ㄕ骷硕嗝袠I(yè)技術(shù)專(zhuān)家的意見(jiàn)，最終確定了各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值，如表1所示。

表1 插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重表（總分為100分）%

1.3 評(píng)分計(jì)算方法

PHEV的評(píng)價(jià)結(jié)果包括綜合性能總分以及6項(xiàng)1級(jí)指標(biāo)得分。綜合性能總分由各項(xiàng)1級(jí)指標(biāo)權(quán)重與相應(yīng)指標(biāo)得分值乘積之和計(jì)算得出，如式（12）所示。

式中：S——PHEV綜合性能得分；

i，Si，ki——1級(jí)指標(biāo)序號(hào)、得分、權(quán)重。

1級(jí)指標(biāo)得分由各項(xiàng)2級(jí)指標(biāo)權(quán)重（相對(duì)于所屬1級(jí)指標(biāo)的權(quán)重）與相應(yīng)指標(biāo)得分值乘積之和計(jì)算得出，如式（13）所示。

式中：j，Qi,j——2級(jí)指標(biāo)序號(hào)、得分；

pi,j——2級(jí)指標(biāo)j相對(duì)于所屬1級(jí)指標(biāo)i的權(quán)重。

2 測(cè)評(píng)結(jié)果

將建立的評(píng)價(jià)體系應(yīng)用于對(duì)2款不同PHEV車(chē)型的評(píng)價(jià)，以驗(yàn)證該體系的可行性及易用性。圖2示出根據(jù)前文的評(píng)分計(jì)算方法和測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到的各項(xiàng)1級(jí)指標(biāo)得分及綜合性能評(píng)分，從中可以比較得出2款車(chē)的各項(xiàng)性能指標(biāo)比對(duì)情況。表2示出PHEV綜合性能評(píng)分的測(cè)試結(jié)果，如果單純看表2所列出的車(chē)型1和車(chē)型2的測(cè)試結(jié)果幾乎不可能僅通過(guò)這些數(shù)據(jù)直觀地衡量一款車(chē)型的優(yōu)劣，因?yàn)橐豢頟HEV的各項(xiàng)性能測(cè)試數(shù)據(jù)可能包括多個(gè)不同的量綱、數(shù)據(jù)類(lèi)型或數(shù)量級(jí)，而應(yīng)用文章的評(píng)價(jià)體系則可解決這一問(wèn)題。首先，應(yīng)用建立的評(píng)分函數(shù)，將表2的測(cè)試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一量綱的百分制得分，結(jié)果如表3所示；然后，根據(jù)表1和表2數(shù)據(jù)，利用式（12）和式（13）計(jì)算得到車(chē)型1和車(chē)型2的綜合性能評(píng)分分別為92.19分和81.61分。從得分結(jié)果來(lái)看，在續(xù)航電耗、油耗、排放+噪聲及動(dòng)力性能方面，車(chē)型1優(yōu)于車(chē)型2。

圖2 2款插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的綜合性能及1級(jí)指標(biāo)評(píng)分結(jié)果

表2 2款插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)綜合性能評(píng)價(jià)的測(cè)試結(jié)果

表3 2款插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)測(cè)試指標(biāo)得分結(jié)果

3 結(jié)論

采用6個(gè)1級(jí)指標(biāo)、12個(gè)2級(jí)指標(biāo)及17個(gè)測(cè)試指標(biāo)，建立了PHEV綜合性能評(píng)價(jià)體系，并對(duì)2款車(chē)型的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：該方法可將多參數(shù)、多量綱及多數(shù)據(jù)類(lèi)型的PHEV性能測(cè)試結(jié)果以清晰直觀的百分制形式呈現(xiàn)出來(lái)，有助于準(zhǔn)確區(qū)分不同PHEV車(chē)型的綜合水平和技術(shù)特點(diǎn)。隨著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的完善及PHEV的技術(shù)進(jìn)步，該體系的評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)分函數(shù)及指標(biāo)權(quán)重等也將不斷更新，以達(dá)到引導(dǎo)消費(fèi)和促進(jìn)PHEV產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的作用。