重型混合动力车辆能耗排放测试系统的集成和验证

李腾腾 秦孔建 高俊华

（中国汽车技术研究中心）

重型混合动力车辆能耗排放测试系统的集成和验证

李腾腾 秦孔建 高俊华

（中国汽车技术研究中心）

基于重型转鼓及全流定容采样稀释系统，集成了重型混合动力车辆（HD-HEV）能耗排放测试系统。在我国典型城市公交循环下，利用该系统对某并联混合动力公交车辆的能耗排放进行了测量，并对该测试系统进行了评价验证。结果表明，重型转鼓能够以小于2.5%的误差模拟试验车辆的行驶阻力；混合动力车辆的制动能量回收过程可以在转鼓复现；可以以较高的跟踪精度复现测试循环且各重复测试结果的重复性好。

1 前言

随着我国节能减排政策的不断推进，混合动力车辆优势也逐渐显现，其市场也随之扩大。为规范混合动力车辆市场，其评价体系的完善显得尤为重要。针对混合动力车辆的能耗和排放两项指标，其评价方案一般为基于重型转鼓及排放测试系统的方案、基于车载测试系统的实际道路测试方案、基于发动机台架的测试方案和硬件在环的测试方案[1]等4种。本文基于重型转鼓及全流定容采样稀释系统，集成了重型混合动力车辆能耗排放测试系统，在我国典型城市公交循环工况下，利用该系统对某并联混合动力公交车的能耗排放进行了测量，并从行驶阻力、车辆制动能量回收过程、测试循环跟踪、测试结果重复性等4个方面对该测试系统进行了评价验证。

2 试验测试系统

图1为集成的重型混合动力车辆能耗排放测试系统，主要由重型底盘测功机、定容采样系统（Constant Volume System，CVS）、颗粒物采样系统（Particulate Sampler System，PSS）、气体污染物分析仪AMA I60、车辆油耗测试系统735S和753C等组成。

试验过程中，重型底盘测功机利用转鼓滚筒本身的惯性质量以及交流电动机的电惯量模拟功能，模拟车辆直线运动的惯性质量及旋转部件的转动惯量，通过交流电动机的功率吸收加载功能模拟车辆在实际行驶过程中所受的空气阻力、滚动阻力、加速阻力等，通过转鼓滚筒来模拟路面，滚筒表面相对于车辆做旋转运动[2～4]。

CVS和PSS组成全流定容稀释采样系统（Full-Flow Dilution Sampling System，FFDSS），FFDSS将发动机排出的全部气体经排气管排入稀释风道中，所排气体在稀释风道中通过环境空气稀释，形成恒定体积流量的稀释排气，稀释排气的流量通过临界文丘里管CFV来控制。在稀释通道中完成对颗粒物和气态污染物取样后，所有排气由排气风机抽出[5]。

AMA I60用以分析发动机排气中各气态污染物的浓度；735S和753C用以测量试验车辆的油耗；电功计用以测量混合动力车辆的电量消耗情况。

该测试系统的主控系统如图2所示，测试系统的主控计算机通过TCP/IP与转鼓主控计算机以及排放系统主控计算机通讯，利用AK命令实现对转鼓、排放测试系统的远程控制，完成气体采样系统、污染物分析设备以及转鼓的试验准备等工作，并实现试验的自动开始和结束、循环复现、试验数据记录与处理、自动生成试验报告等。

3 实车试验

试验车辆为长12 m的某并联混合动力公交车，其储能装置为锂离子电池组。转鼓试验前试验车辆已经在试验场内完成滑行试验[6]，并获得了试验车辆的道路行驶阻力系数。实车试验流程参照GB/T 19754—2005《重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》中相关要求进行设置，如图3所示。试验循环采用中国典型城市公交循环（CCBC），如图4所示。图5为试验车辆实际道路滑行阻力拟合曲线。

4 转鼓模拟试验结果分析

4.1 行驶阻力模拟精度分析

图6为试验车辆实际道路滑行阻力与转鼓模拟阻力对比。由图6可看出，车辆滑行阻力的转鼓模拟值略小于实际值，在车速低于30 km/h速度段，转鼓对道路阻力的模拟误差约为2.2%，在车速大于30km/h的速度段，转鼓模拟误差均小于2%。从模拟结果可知，转鼓对车辆的实际道路滑行阻力模拟误差小于2.5%，符合GB/T 27840—2011《重型商用车辆燃料消耗量测量方法》中对转鼓模拟阻力误差±3%的要求，表明转鼓模拟实际路面的测试方案可行。

4.2 制动能量回收过程模拟分析

混合动力车辆的制动能量回收再利用是减少油耗及降低排放的关键，为此研究试验车辆在行驶过程中电动机和蓄电池的工作状态，以考察混合动力车辆在转鼓上是否可再现制动能量回收过程。

图7为某次试验过程中试验车辆蓄电池电流与电动机扭矩对应关系曲线，图8为试验车辆车速与蓄电池电流对应关系曲线。图中，蓄电池电流为正表明电动机为蓄电池组充电，为负表明蓄电池组驱动电动机。对比图7和图8可看出，试验车辆在减速过程中，电动机的驱动扭矩为负值，同时对应蓄电池的电流为负值，此时轮胎反拖电动机，电动机作为发电机为蓄电池充电。这说明混合动力车辆在转鼓上同样可复现制动能量回收过程。

4.3 试验车辆对测试循环跟踪结果

为考察试验车辆对测试循环的跟踪效果，共进行了5次重复试验。图9为试验车辆对测试循环跟踪情况，图10为试验车辆实际行驶循环与测试循环相关性对比结果。由图9可看出，在转鼓上，试验车辆可很好地复现测试循环，测试循环重复性好，跟踪误差较小。由图10可看出，试验车辆实际车速与测试循环设定车速的线性相关程度较高，拟合直线的比例系数均大于0.99，相关系数均在0.99附近，线性相关性显著。试验结果表明，试验车辆在转鼓试验中可以以较高的精度复现测试循环，较大程度地减少了循环复现误差对测试结果的影响。

4.4 测试结果重复性分析

图11为试验车辆连续5次重复循环试验能耗排放结果。由图11可看出，以5次试验的平均值为基准，试验车辆实际行驶里程与目标行驶里程的最大偏差为0.271%，平均偏差为0.109%；百公里油耗的最大偏差为2.648%，平均偏差为1.264%；HC排放的最大偏差为12.409%，平均偏差为7.007%；CO排放的最大偏差为6.646%，平均偏差为4.104%；NOx排放的最大偏差为0.822%，平均偏差为0.480%；CO2排放的最大偏差为2.354%，平均偏差为1.139%；PM排放的最大偏差为9.639%，平均偏差为6.506%。即除HC排放结果重复性较差外，其它几个测量参数的试验重复性均较好。HC排放结果重复性较差的原因是，混合动力车辆的HC排放量很低，HC排放的基数较小，车辆实际行驶工况、测试设备漂移等因素会对HC的测量产生较大误差，因此导致HC的测量重复性稍差，但平均偏差仍小于10%，由此可认为测试结果的重复性较好。

5 结束语

集成了基于重型转鼓及FFDSS的重型混合动力车辆排放能耗测试系统。试验结果表明，该系统可以很好地模拟试验车辆实际滑行阻力，重型混合动力车辆排放能耗测试结果重复性好，该系统用于重型混合动力车辆能耗排放评价具有可行性，模拟精度可满足试验要求。

1李腾腾，秦孔建，钟绍华.重型混合动力车辆能耗和排放测试标准研究.2010年汽车工程学会年会论文集.

2吴震.汽车交流底盘测功机测试系统研究:[硕士论文].长春:吉林工业大学，2007.

3闵永军，甘英俊，左付山，等.底盘测功机机械惯量电模拟方法的研究和实现.公路交通科技，2007，24（11）:143～147. 4刘巽俊.内燃机的排放与控制.北京:机械工业出版社，2003.

5潘朋，王建海，田冬莲.轻型车转鼓阻力设定影响因素试验研究.汽车技术，2013（3）:47～50.

6国家技术监督局.GB/T 12536—90汽车滑行试验方法.北京:中国标准出版社，1999.

（责任编辑文楫）

修改稿收到日期为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

重型混合动力车辆能耗排放测试系统

U467.1+3

A

1000-3703（2014）12-0032-03