混合动力商用车试验数据处理程序开发及应用

陈亮，白国军

广东省珠海市质量计量监督检测所，广东珠海 519000)

0 引言

混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle, HEV)作为传统内燃机汽车和电动汽车的有效组合，它既有电动汽车低排放的优点，还保持了化石燃料比能量和比功率高的长处，因而能显著改善传统内燃机汽车的排放和燃油经济性，增加电动汽车的续驶里程，在由燃油汽车向纯电动汽车的转变过程中起着承上启下的作用，并在一定时间内占据适当的市场份额。目前国内混合动力客车的保有量与日俱增，各客车生产企业也都投入相当大的人力、物力和财力加快开发自己的产品，并在全国各地进行了示范运行。

混合动力汽车的基本原理是采用适当的燃料转换装置(如内燃机、燃料电池)、储能装置和电动机作为混合动力源，按照一定的控制策略，使燃料转换装置、储能装置和电机在驱动工况下尽可能工作在高效率、低排放区域，在汽车制动情况下，通过电机工作象限的调整回收部分整车制动能量，从而改善汽车在各种行驶工况下的燃油经济性、尾气排放以及其他使用性能。混合动力汽车因将传统内燃机动力与电动助力有机地结合，具备了内燃机汽车加油方便、续驶里程长和纯电动汽车污染少、效率高的双重优点，既解决了传统车大马拉小车的问题，又不必为蓄电池充电时间长、寿命短以及成本高而苦恼，以较小的成本增加换取可观的燃料经济性和排放性能的收益，从而为市场所接受，成为目前汽车界竞相开发的重点。

混合动力客车开发过程中的燃油经济性标定是非常重要的一个步骤，通过进行各种工况的转鼓和道路试验，标定各ECU的控制参数，使整车的百公里油耗达到最优的水平，充分发挥混合动力客车的性能优势。作者针对某混合动力客车开发了专用的数据处理程序，利用该程序可在标定试验过程中快速进行数据处理，清晰直观地得出试验结果，从而提高标定试验的效率。

1 程序的功能与设计

MATLAB是一个功能非常强大的计算软件[1]，利用其GUI功能可以根据工程的实际需要设计所需的工作界面，方便快捷地对数据进行分析处理。设计一个针对某混合动力客车性能试验开发的试验数据处理程序。在该程序的工作界面下可以导入试验数据，通过计算分析直观得出一个试验工况的工作特点以及发动机、电机等各总成的工作点分布。通过观察、分析发动机、电机工作点的分布是否在万有特性图的高效区以及各采集数据的信息，调整标定参数使其达到设计要求。

该程序界面的总体功能结构如图1所示。图2为该程序的主界面，通过该工作界面可以将试验数据导入，并可单独显示某数据曲线并针对其进行统计分析[2]，如统计电池SOC在一个试验工况下某区间内的百分比[3]。同时，在该界面下可调用其他几个子工作界面进行工况、发动机工作点、电机工作点、系统效率等分析。

图1 程序界面总体结构

图2 主界面

图3为工况分析界面，在该界面下可以对行驶工况的基本信息，包括行驶距离、行驶时间、速度、加速度、挡位以及驾驶习惯进行计算并统计分析得出结果，同时可统计一个试验工况下的不同运行挡位比例、不同运行车速区间比例、不同加减速时间比例等。

图3 工况分析界面

图4为发动机工作点分析界面，在该界面下可以根据挡位以及加速踏板是否有开度，在发动机万有特性图上显示发动机工作点，并按等油耗率曲线统计分析不同效率区间的比例情况。

图4 发动机工作点分析界面

图5为电机工作点分析界面，在该界面下可以按挡位在电机万有特性曲线图上显示电机工作点，并按等效率曲线统计分析不同效率区间的比例情况。

图5 电机工作点分析界面

图6为效率计算分析界面，在该界面下可以根据每个试验数据，计算电机、电池充放电效率。

图6 效率计算界面

2 某混合动力客车经济性标定试验数据分析

某混合动力客车自上市以来已经在长春、大连、昆明、呼和浩特等地的公交进行了示范运行，运营效果良好。下面通过该车开发初期的一次经济性标定试验，介绍该软件的应用。

昆明市的实际运行公交数据见图7，工况统计见表1，工况数据统计结果见图8。

图7 昆明市实际运行公交数据结果

表1工况统计结果

变量具体值变量具体值行驶距离/km13.23减速时间/s1 016.83最大车速/(km·h-1)48.43最大加速度/(m·s-2)1.94车速标准差/(km·h-1)12.70最大减速度/(m·s-2)-2.22运行时间/s4 378.66平均加速度/(m·s-2)0.45加速时间/s1 361.64平均减速度/(m·s-2)-0.61

图8 工况数据统计结果

通过工况分析，该车在目标线路运行过程中一个试验循环下，空挡、一挡、二挡运行比例超过65%(一挡、二挡发动机工作点对比见图9)，20 km/h以下车速占整个工况的75%，由此可知，提高低挡位工况的燃油经济性对整车经济性的贡献十分明显。

图9 一挡、二挡发动机工作点对比

通过对比分析发动机工作点可以看出，虽然考虑发动机动态响应的过程，一挡、二挡的发动机工作点并不完全落在高效区内，因此通过对HCU、TCU的程序标定，可以完善发动机工作点，以此来达到更好的经济性。

通过相应工况的电机工作点在其等效率曲线(见图10)上的分布可以看出，标定HCU控制参数之后，电机工作点在高效率区的分布得到了提高，电机系统效率的提高从而也改善了整车经济性[4]。

图10 标定后电机工作点等效率曲线

3 结论

通过MATLAB GUI功能开发了针对某混合动力客车标定试验所需的试验数据处理程序，通过实际试验分析了目标车辆的发动机工作点分布，经过HCU、TCU标定后发动机工作点确实得到了改善，从而验证了该程序的实用性以及可靠性。