插电式混合动力汽车综合性能评价体系构建

郝冬 陈光 张妍懿 王晓兵 王仁广

（中国汽车技术研究中心）

插电式混合动力电动汽车（PHEV）具有内燃机和电机2个动力源，兼顾了内燃机汽车和纯电动汽车（EV）的技术特点，被广泛认为是汽车产业由传统内燃机汽车向EV发展的重要过渡车型。PHEV的技术特点决定了它同时具有内燃机汽车的油耗和排放以及EV的电耗和充电性能等属性。因此，相比于单一动力源的汽车，PHEV的性能指标更加繁杂，对其进行综合性评价的难度也就更大。目前有关PHEV综合性能评价的研究还不多见。文献[1]通过对比PHEV在实际道路上和试验室中的能耗试验结果，探讨了更能反映PHEV道路实际能耗的综合评价方法；文献[2]对比研究了国内外针对PHEV能耗和排放性能的试验方法和标准，从试验循环、测试程序及结果计算等几个方面对PHEV能耗和排放评价面临的关键问题进行了讨论并提出了制定完善标准体系的建议；文献[3]在综合考虑动力性、续驶里程及经济性指标的基础上，提出了EV的评价方法。上述研究均集中于PHEV或EV的某些单项性能指标的测试及评价，但研究机构、整车企业及消费者往往需要一套综合客观的评价体系对PHEV进行性能评价，以便了解不同车型的整体性能水平。文章在国内外标准体系基础上，建立了一套基于客观测试参数的PHEV综合性能评价体系。

1 PHEV评价指标指标权重评分函数的构建分析

文章构建的PHEV评价体系包括评价指标、指标权重及各指标评分函数3个部分。为保证评价体系的科学性，评价指标的参数测试方法均按照国家及国外标准执行，评价指标的评分函数均基于试验数据分布和专家意见调研制定，评价指标的权重则应用德尔菲法经3轮专家意见收集得到；为保证评价体系的系统性，在充分了解PHEV的技术特点及消费者使用需求的基础上，确立了涵盖续航电耗、油耗、排放/噪声、电磁辐射、充电性能及动力性能6大类指标的评价体系。

1.1 评价指标及评分函数

1.1.1 续航电耗

PHEV通常搭载比传统混合动力电动汽车（HEV）更大容量的动力蓄电池，并利用外部电网对电池进行充电，电动属性突出。在日常使用中，PHEV大多处于纯电动或电量消耗的混合动力模式，实现电量消耗最大化和燃料消耗最小化的目的。为全面评价PHEV的电动属性，评价体系采用纯电动模式续驶里程和电能消耗量作为评价指标，2项指标具有关联和相互制约的作用。一方面，EV模式续驶里程旨在引导车企开发更高EV续航能力的PHEV；另一方面，EV模式电耗指标则旨在引导整车轻量化技术和节能技术的研发。

在测评方法上，依据GB/T 19753—2013《轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》[4]规定的车辆EV模式续驶里程以及条件A下的EV模式电耗率。EV模式续驶里程及电耗指标的评分函数（Q1,1）和（Q1,2），如式（1）和式（2）所示。

式中：x1——EV模式下的续驶里程，km；

x2——EV模式下的电耗，kW·h/100 km。

1.1.2 油耗

消费者普遍关注PHEV在不能保证充电情况下的油耗表现，将油耗作为评价指标，不仅引导绿色消费，也促进节能技术提升。依据文献[4]的要求测试条件B下的油耗值。

在测评方法上，参考GB 19578—2014《乘用车燃料消耗量限值》[5]的限值要求以及GB 27999—2014《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》[6]的目标值要求，取750 kg和2 510 kg，以及二者中间部分每个整备质量段的中点值作为基准值，分别对应文章中的该段整备质量段的限值和目标值要求。以此为依据，根据样车整备质量进行插值，得到样车对应的限值（c2）和目标值（c1），以c2为0分基准，以c1为100分基准，采用线性插值法进行油耗得分计算。得到常温HEV模式油耗指

标的评分函数（Q2,1），如式（3）所示。

式中：c1，c2——样车对应的目标值、限值；

x3——油耗，L/100 km。

1.1.3 排放/噪声

PHEV在不能保证充电的情况下排放能够反映企业减排技术，因此将常温HEV模式排放和低温HEV模式排放作为评价排放性能的指标。

在测评方法上，常温HEV模式排放指标依据GB/T 19755—2005《轻型混合动力电动汽车污染物排放测量方法》[7]中的要求测试条件B下I型试验的排放值，并乘以标准推荐的劣化系数作为试验结果。低温HEV模式排放指标依据文献[7]中的要求测试条件B下VI型试验的排放值。2个指标均以排放限值要求为60分基准，以限值的50%为100分基准确定评分函数（Q3,1），如式（4）所示，其中 l为 GB 18352.5—2013《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》[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。

汽车行驶时的车内噪声主要是由发动机噪声、胎噪、风噪及环境噪声等组成的。过大的噪声不仅降低乘坐舒适性，而且影响驾驶安全性，因此车内噪声是用户选购汽车时的一个重要考虑因素。将60 km/h时的车内噪声和100 km/h时的车内噪声作为评价汽车噪声、振动、声振粗糙度（NVH）技术水平的指标。

在测评方法上，以GB/T 18697—2002《声学汽车车内噪声测量方法》[9]为车内噪声检验标准，按照GB/T 19753—2013《轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》[10]中的7.2.3.1条储能装置放电进行预处理，保持发动机运转，分别对60，100 km/h匀速行驶时车内噪声进行测量。60 km/h用以代表城市及市郊行驶工况，100 km/h用以代表高速公路行驶工况，2项指标的评分函数（Q3,2）和（Q3,3），如式（5）和式（6）所示。

式中：x5——车速为60 km/h时车内声压级，dB；

x6——车速为100 km/h时车内声压级，dB。

1.1.4 电磁辐射

目前，消费者越来越关注电磁辐射对人体健康的影响。传统汽车更偏向于一个机械产品，而搭载动力电池、驱动电机、电控系统及内燃机的PHEV则是一个机械和电子高度综合的产品，其电磁辐射强度比传统汽车复杂很多。将人体电磁防护作为评价汽车电磁辐射大小的指标，帮助用户更加清晰和直观地认识和了解电磁辐射情况。

在测评方法上，依据JASO TP 13002：2013《关于汽车人体暴露的磁场检测方法》[11]中的要求测量车辆不同位置的电磁辐射值，依据该标准中的限值要求计算最小裕量（x7）。以x7作为评价人体防护指标的对象，其评分函数（Q4,1），如式（7）所示。

式中：x7——电磁辐射值最小裕量，dB。

汽车的电磁抗扰能力表明了汽车在遇到电磁干扰时的功能稳定性。将电磁抗扰作为评价汽车抗电磁干扰能力的指标。在测评方法上，电磁抗扰检测标准是ECE R10《Electromagnetic compatibility》[12]。汽车在转鼓上以50 km/h匀速行驶，在20～2 000 MHz频率范围，依据在30，45，60 V/m电场强度下汽车各主要功能是否正常来确定得分，其评分函数（Q4,2），如式（8）所示。

式中：x8——电场强度，V/m。

汽车各主要功能正常的要求包括：1）车速波动不超过±5 km/h；2）前雨刷没有误动作；3）仪表指示正常，仪表背景灯正常；4）制动系统正常；5）电驱动系统控制正常；6）ABS/ESC 等电子系统正常；7）TMPS 正常；8）喇叭和报警器没有意外激活；9）电动座椅和电动门窗无意外动作；10）安全气囊没有误爆；11）照明和信号灯功能正常。

1.1.5 充电性能

PHEV的电动属性意味着充电环节的重要性，充电性能将直接影响用户的使用体验和出行规律，将充电时间作为评价汽车充电性能的指标之一。在测评方法上，依据文献[4]中测试条件B下的相关要求进行测试，考察充至满电状态的时间，其评分函数（Q5,1），如式（9）所示。

式中：x9——汽车充满电状态的时间，h。

汽车在充电过程中，雷电天气或电网波动等因素对汽车的充电功能造成干扰甚至影响正常充电，因此将充电抗扰作为评价汽车充电性能的指标之一。在测评方法上，依据文献[12]中的要求进行测试。以遇干扰充电失效为0分基准，以遇干扰充电失效但可手动恢复为60分基准，以遇干扰充电失效但可自动恢复或者遇干扰充电正常为100分基准进行得分评定，评分函数（Q5,2），如式（10）所示。

式中：x10——充电失效及恢复情况；

y1——充电失效；

y2——充电失效但可手动恢复；

y3——充电失效可自动恢复或充电正常。

1.1.6 动力性能

将加速性能作为评价汽车动力性能的指标，依据GB/T 19752—2005《混合动力电动汽车动力性能试验方法》[13]中的要求，测试汽车0～100 km/h加速时间，评分函数（Q6,1），如式（11）所示。

式中：x11——0～100 km/h加速时间，s。

将上述评价指标进行汇总，得到如图1所示的PHEV综合性能评价指标体系，共包括6个1级指标及12个2级指标。

图1 综合性能评价指标图

1.2 指标权重

德尔菲法（Delphi Method）又称专家规定程序调查法，该方法由调查者拟定调查表，按照既定程序，以函件的方式分别向专家组成员进行征询；然后专家组成员又以函件方式提交意见。经过几次反复征询和反馈，专家组成员的意见逐步趋于集中，最后获得具有很高准确率的集体判断结果[14]。确立评价体系的指标及其评分函数后，采用德尔菲法征集了多名行业技术专家的意见，最终确定了各级评价指标的权重值，如表1所示。

表1 插电式混合动力电动汽车综合性能评价指标权重表（总分为100分）%

1.3 评分计算方法

PHEV的评价结果包括综合性能总分以及6项1级指标得分。综合性能总分由各项1级指标权重与相应指标得分值乘积之和计算得出，如式（12）所示。

式中：S——PHEV综合性能得分；

i，Si，ki——1级指标序号、得分、权重。

1级指标得分由各项2级指标权重（相对于所属1级指标的权重）与相应指标得分值乘积之和计算得出，如式（13）所示。

式中：j，Qi,j——2级指标序号、得分；

pi,j——2级指标j相对于所属1级指标i的权重。

2 测评结果

将建立的评价体系应用于对2款不同PHEV车型的评价，以验证该体系的可行性及易用性。图2示出根据前文的评分计算方法和测量数据计算得到的各项1级指标得分及综合性能评分，从中可以比较得出2款车的各项性能指标比对情况。表2示出PHEV综合性能评分的测试结果，如果单纯看表2所列出的车型1和车型2的测试结果几乎不可能仅通过这些数据直观地衡量一款车型的优劣，因为一款PHEV的各项性能测试数据可能包括多个不同的量纲、数据类型或数量级，而应用文章的评价体系则可解决这一问题。首先，应用建立的评分函数，将表2的测试数据转换为统一量纲的百分制得分，结果如表3所示；然后，根据表1和表2数据，利用式（12）和式（13）计算得到车型1和车型2的综合性能评分分别为92.19分和81.61分。从得分结果来看，在续航电耗、油耗、排放+噪声及动力性能方面，车型1优于车型2。

图2 2款插电式混合动力电动汽车的综合性能及1级指标评分结果

表2 2款插电式混合动力电动汽车综合性能评价的测试结果

表3 2款插电式混合动力电动汽车测试指标得分结果

3 结论

采用6个1级指标、12个2级指标及17个测试指标，建立了PHEV综合性能评价体系，并对2款车型的试验结果进行了评价。结果表明：该方法可将多参数、多量纲及多数据类型的PHEV性能测试结果以清晰直观的百分制形式呈现出来，有助于准确区分不同PHEV车型的综合水平和技术特点。随着相关标准体系的完善及PHEV的技术进步，该体系的评价指标、评分函数及指标权重等也将不断更新，以达到引导消费和促进PHEV产业技术进步的作用。