双电机双离合混合动力系统性能测试与分析

李先贞　肖媛　刘红春

摘 要：文章研究了双电机双离合混合动力系统测试方法，测试现有2种混合动力系统在同车型上的性能并分析了二者的差异性。通过场地测试和运营测试，分析了双电机双离合混合动力系统的经济性和动力性，验证了测试方案的可行性;对完善新能源系统在车辆上的匹配应用，提高混合动力公交车的综合性能具有指导意义。关键词：汽车工程;城市客车;双电机双离合混合动力系统;运营测试;燃料消耗量中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）02-45-04

Abstract： The test method of dual-motor hybrid system of double clutch had been studied to test existing 2 hybrid system's performance in the same model， and analyzed their differences. The economy and power of Dual-motor hybrid system of double clutch and the feasibility of test plan is verified are analyzed by field test and the operational testing. It can be used as a guidance meaning for perfecting and matching the application of new energy systems in vehicles and enhancing the overall performance of hybrid city bus.Keywords： Vehicle engineering; city bus; Double motor and double clutch hybrid system; Qperation test; Fuel consumptionCLC NO.： U467  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）02-45-04

1 前言

新能源城市客車已在国内城市公共交通中的参与程度逐步提高。混合动力城市客车凭借其优良性能占据了一定市场。然而，就目前城市客车运营发展来看，动力系统尚显不足，车辆性能尚未完全匹配车辆的运营环境，导致不能够完全满足城市客车的日常运营要求。目前，市场上存在着1种双离合双电机混合动力系统，此系统运行时，2个电机同时工作，离合器可以断开ISG电机与发动机的连接，此外，ISG电机还起到辅助驱动的作用，在提高动力性及经济性方面和是否适应车辆运营环境等方面，控制策略与性能表现有待测试论证。

2 试验

测试车辆燃料类型为CNG燃料，测试采用车况相同的2015年同一批上线运营的2辆16路城市客车。2车燃气消耗值基本相近，且传动系统良好的2辆城市客车，车辆均是正常运营车辆，无损坏。

2辆城市客车装载人数方面，改装车辆实载人数18人（含驾驶员），而未改装车辆实载20人，平均体重为60公斤，整车质量为12.5吨，则总重分别为13.58吨和13.7吨。轮胎磨损情况相同，驾驶人均是城市客车的工作人员，驾驶经验年限相同。测试过程中采用CMFA025型同圆气耗仪测试CNG燃料消耗，采用Racelogic VBOX 3i 测试车辆实时车速与加速度。

2.1 测试方法

2.1.1 场地测试

场地测试不受复杂运营环境影响，通过规定的驾驶员操作和车辆测试方案，可以达到同款车型不同结构公交客车的性能对比。

场地测试采用长安大学汽车综合性能试验场上1.5km的小型无纵坡环道（小环）和1.1km的直线试车道。如图1所示。

测试前期通过运营调查对试验场测试的行驶规则进行了模拟。试验场测试工况分为三种：怠速工况、畅通工况、拥堵工况。16 路城市客车营运总长为34km。根据驾驶人营运经验所得，畅通运营工况占85%，拥堵运营工况占15%，按比例换算成行程则分别为28.9km和5.1km，但拥堵和畅通均为分段进行的，平均每次畅通距离为500m，拥堵距离为80m，进而得知，畅通工况循环58次，拥堵工况循环64次。试验场地如下图形状，试验跑道全长为1.5km。下图代表畅通工况循环过程，分别用红黄蓝三种颜色作为标记，红色代表停车，并且从此开始加速;蓝色代表加速完成，处于匀速状态;黄色代表完成匀速，进行减速直至到达红色停车。从而完成一次循环。

2.1.2 运营测试

场地测试完成后，立即投入运营测试，返回线路载客运营。根据车队调度的安排，避开高峰时段，测试单圈燃料消耗量、定模拟工况下的平均加速度，记录往返时间、每站上下车人数、遇红灯停车时间、站间停车时间等。视调度安排情况，预计运营测试2次后，修整1天，得出主要结果后，拆下气耗仪，完成测试。

2.2 CNG燃料消耗量测试

燃料消耗量测试参照GB/T12545.2《商用车辆燃料消耗量试验方法》和JT 711-2008《营运客车燃料消耗量限值及测试方法》，但上述标准在本实验中不能完全适用，需要根据实际情况做出如下调整。在场地测试中，制定一种模拟实际运行工况的测试方法。最终燃料消耗量测试结果用质量来衡量，首先，体积测量影响因素较多，例如压力、温度等，所测数据没有采用质量测准确。

2.3 加速性能测试

加速性能测试采用的场地为1.1km直线跑道。根据城市客车以往的运行速度来说，最高运营车速为50km/h，测试车辆最高车速达到60km/h，但最终由于场地环境的限制，测试车辆也很难达到最高车速。加速性能测试的具体方法为：测试开始前，驾驶员用力将驾驶踏板踏到底部，测试车辆处于全力加速状态，测试过程中所需要的时间、加速度、速度等指标通过高精度VBOX3i获得。

3 结果与讨论

3.1 经济性能测试结果

经过测试，未改装车辆和改装车辆的气耗数据，见表2。

式中：η₀为改装车辆与未改装车辆相比的节气率;Q₁为未改装车辆;Q₂為改装车辆;η₁为修正后的节气率。

通过分析数据发现，CNG燃料消耗量方面，未改装车辆高于改装车辆22.64个百分点，此情况下可以认为双电机双离合混合动力系统的经济性更为优越。

3.2 运营测试比较

经过场地测试后，车辆直接归队上线运营，得出未改装车辆和改装车辆的单圈气耗数据见表3。

为了调整驾驶员技术，交通环境的影响，测试数据应引入各自修正系数。则同为测试序号1的两组试验数据对比可得：

（1）驾驶员技术修正系数k₁采用2017年3月份气耗数据对比，未改装车辆驾驶员百公里耗气量平均值为45.934m³，改装车辆驾驶员百公里耗气量平均值为39.393 m³，则驾驶员技术在燃料消耗量上修正系数k₁为1.1660。

（2）整车质量为12.5吨，由于上下车人数处于流动状态，通过历来数据分析可得。按照每名乘客重量60kg计算（计算时含车辆整备质量），未改装车辆的周转量为503.73吨公里，改装车辆周转重为461.18吨公里，则客流人数在燃料消耗量上修正系数k₂为1.0923。

（3）车辆运行过程中受到外部环境的影响，如交通信号灯产生的停滞或者车辆拥堵产生的停滞，因此需要把这些时间考虑在内。由于测试车辆营运里程相同，平均速度与运营时间呈反比，此运营时间不包含等红灯停滞时间。则未改装车辆的除红灯停车运营时间为7190秒，改装车辆的除红灯停车运营时间为8285秒，则交通拥堵环境在燃料消耗量上修正系数k₃为1.1523。

运营测试结论：测试结果表明，CNG燃料消耗量方面，未改装车辆高于改装车辆10.36～15.51个百分点。此结果说明双电机双离合混合动力系统经济性更为优越。

3.3 动力性能测试分析

对比测试数据后发现，50km/h车速范围内加速度维持时间不够稳定，所以列出场地内循环0～40km/h的测试数据，结果见表4。

一般运行工况下，0～30m/h加速时间内未改装车辆与改装车辆加速时间相差无几。0～10km/h车速范围内，改装车辆的加速性能明显强于未改装车辆，但随着加速的进行，这个差距在逐渐缩小;直到30km/h车速时，该差距缩小到0.008m/s²，基本无差别;当车速到40km/h时，未改装车辆加速度稍高于改装车辆。

总体上来说，0～30km/h 两车加速性能基本无差别;0～40 km/h车速范围内，改装车辆略低于未改装车辆0.046m/s²。该值很小，不会成为影响城市客车运行与调度的重要因素。

插电式混合动力车辆在车速为30km/h车速左右时，均由发动机直接驱动。0～30km/h的车速范围内，所以，无论未改装车辆与改装车辆，通过电动机驱动产生的平均加速度基本无差别。

西安三环路以内，城市客车的起步加速常处于0～30km/h的速度范围内，稍高的平均加速度对城市客车急加速工况和缓解车道拥堵压力是有益的。

3.4 动力模式测试

为观察双电机双离合混合动力系统处于双电机驱动模式下动力性能的提升效果，场地测试过程中，启用了原本设计用于爬坡路况的双电机模式，辅助电机也处于工作状态。

测试结果表明动力性显著增强。但是，由于该测试车辆电池峰值放电功率偏小，加速过程中双电机峰值扭矩状态下的加速作用时间稍短。测试结果见表5。

启用双电机模式后，辅助电机参与工作时，加速性能优越性更为显著，当车速为0～20 km/h时，平均加速度高于未改装车辆26.05%;车速为0～10km/h时，平均加速度高于未改装车辆的43.94%;车速为0～30km/h时，平均速度相差不大，这是由于电池峰值放电功率偏小，以及系统由纯电动串联驱动模式过渡到发动机直驱阶段所致。如果电池峰值放电功率足够，动力性能更佳。

4 结论

本文以混合动力城市客车为研究对象，通过一系列的试验分析论证。对两种城市客车的动力系统在动力性和经济性方面的性能进行了对比分析，最后得出双电机双离合混合动力系统各方面性能较传统的混联系统更好地结论。

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