混合动力汽车路试数据分析及运用研究

林 松

(广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023)

0 引言

在全世界能源消耗日益增加和CO2逐年增多而引起全球变暖的环境下，混合动力汽车愈发成为各大汽车制造商的新宠，尤其在减少含有有毒气体、含氮氧化物、二氧化碳的汽车尾气排放方面，更是符合国际及国内低碳出行的环保理念[1]。

混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，简称HEV)是指以汽油发动机和以电机为主要驱动力的混合动力系统。在全混合动力系统中驱动车辆的两种动力源中电机功率的比例也更大，电机功率接近内燃机功率，所以电机和内燃机都可以独立驱动车辆[2]。在低速、车辆起步和倒车等情况下，车辆可以纯电动行驶，避免内燃机高油耗的工作区间；同时具备制动能量回收的功能[3]。与纯电动汽车和传统内燃机汽车相比较而言，混合动力电动汽车具有低油耗、低排放的较多优势。

目前我国国内主要使用的混合动力汽车主要以第二代普锐斯Prius汽车为代表，其搭载的THSⅡ(第二代混联式混合动力系统)，集合了各式混合动力系统的优势：(1)发动机和电动机可根据行驶状况共同驱动或分开单独使用；(2)停驶时自动停止发动机，减少能量浪费；(3)更有效地控制发动机和电动机，加速反应快捷而顺畅[4]。THSⅡ(第二代混联式混合动力系统)主要总成全部由丰田汽车公司自主开发。通过对电源系统、马达、发电机、电池组等的革新，全面提升了系统性能[5]。系统构成包括：两个动力源(采用高膨胀比循环的高效汽油发动机和输出功率提升至1.5倍的永磁式交流同步电动机)及其驱动马达、发电机、内置动力分离装置的混合动力用变速箱、混合动力用高性能镍氢电池组、动力控制总成。THSⅡ(第二代混联式混合动力系统)的工作状态与人们所熟悉的将汽油发动机作为动力提供装置的普通汽车不同，普锐斯的动力有两部分组成，除了发动机外还多出了电动机(永磁式同步交流电动机)和混合动力车专用蓄电池(密封镍氢电池)，这样蓄电池的电力也可以为车辆提供部分动力，达到节省燃油的目的。

随着混合动力汽车的日趋普及，由于其系统构成较为复杂，维修成本较高[6]，因此，如何在日常维护保养中优化方案及快速定位排查处理故障等方面成了混合动力汽车发展路上的又一难题。本文以第二代普锐斯混合动力汽车为例，对其开展道路测试，并采集各种工况下引擎转速、加速程度、电机转速、电机扭矩、发动机转速、发动机扭矩、额定功率、负载状态、动力电压、动力电流等数据，分析数据并绘制列线图，从而得出正常工况下混合动力汽车标准列线图，为混合动力汽车优化日常维护保养方案及快速定位排查处理故障提供了参考标准，提高了产品使用的耐久性。

1 路试准备

本文基于广西交通职业技术学院汽车工程系校内汽车综合实训基地，以第二代普锐斯汽车为例，进行正常工况下道路测试，采集引擎转速、加速程度、电机转速、电机扭矩、发动机转速、发动机扭矩、额定功率、负载状态、动力电压、动力电流等数据，并绘制标准列线图。

广西交通职业技术学院汽车工程系汽车综合实训基地是中央财政支持建设的国家级示范性实训基地，是广西示范性高等教育实训基地。汽车工程系致力于校企合作、工学结合办学模式的建设，是目前广西唯一与丰田汽车公司合作的丰田T-TEP培训学校，校内具备了路试基本条件，从而确保数据的准确性。

1.1 编辑数据项目定制列表(表1)

表1 数据项目表

1.2 测试工况

根据下列车辆各状况的操作程序(见表2)，检查并分析数据，然后绘制列线图。

表2 测试工况表

2 路试过程数据采集分析

道路测试主要以汽车处于停止时、电动机驱动时、以不同定速行驶时、在不同负载下行驶时、进行再生制动时、倒挡行驶时的工况来进行测试。

2.1 停止时(N位置、P位置)

(1)将档位切换至N或P并运转发动机。

(2)换档杆置于N或P位置时，收集数据(见表3)。

表3 数据采集(停止时)表

(3)绘制列线图(见图1)。

图1 MG1和MG2列线图(停止时)

从图1得出：MG1转速下降，扭矩增加，MG2转速呈上升趋势。发动机动力用于运转MG1，从而产生电能并对HV蓄电池进行充电。

2.2 电动机驱动时

(1)以恒定的30%加速踏板开度，采用电动机驱动车辆(15 km/h)，直到发动机启动。

(2)发动机启动且电动机驱动车速为15 km/h时收集的数据见表4。

表4 数据采集表(电动机驱动时)

(3)绘制列线图(见图2)。

图2 MG1和MG2列线图(电动机驱动时)

从图2得出：车辆起步时，由MG2驱动车轮转动。由于发动机停止，随着齿圈的转动，MG1怠速并沿负(-)向转动(MG1的扭矩为0)；当发动机运转后，MG1的转速呈上升趋势。

2.3 以不同定速行驶时

(1)分别以40 km/h、60 km/h和80 km/h的定速运行车辆。

(2)在不同定速时收集数据(见表5)。

表5 数据采集表(以不同定速行驶时)

(3)绘制列线图(见图3)。

图3 MG1和MG2列线图(以不同定速行驶时)

从图3得出：车速越高，MG2的扭矩越大；MG1的转速变化不明显。

2.4 在不同负载下行驶时

(1)在不同负载下，以如下车速运行车辆。

车速：40 km/h、60 km/h、80 km/h；

加速踏板开度：40%(轻载)、60%(中载)、100%(满载)。

(2)在不同车速和不同负载时收集数据。

加速踏板开度为60%时，收集SOC40%和60%时的数据(见表6～8)。

(3)绘制列线图(见图4～6)。

表6 数据采集表(在不同载荷下以40 km/h行驶时)

图4 MG1和MG2列线图(在不同载荷下以40 km/h行驶时)

从图4得出：负载越大，MG1的转速也越大；MG2的扭矩变化不明显。

轻载时，MG1转速约为3 000 rpm，MG2的扭矩约为3 000 Nm。

表7 数据采集表(在不同载荷下以60 km/h行驶时)

图5 MG1和MG2列线图(在不同载荷下以60 km/h行驶时)

从图5得出：负载越大，MG1的转速也越大；MG2的扭矩变化不明显。

轻载时，MG1转速约为2 700 rpm，MG2的扭矩约为4 500 Nm。

表8 数据采集表(在不同载荷下以80 km/h行驶时)

图6 MG1和MG2列线图(在不同载荷下以80 km/h行驶时)

从图6得出：负载越大，MG1的转速也越大；MG2的扭矩变化不明显。

轻载时，MG1转速约为700 rpm，MG2的扭矩约为6 000 Nm。驱动轮的动力主要由MG2提供。

2.5 进行再生制动时

(1)车速为80 km/h时，开始施加制动直到踩下踏板约一半。

(2)车速为60 km/h、40 km/h和20 km/h时收集数据见表9。

表9 数据采集表(再生制动时)

(3)绘制列线图(见图7)。

图7 MG1和MG2列线图(再生制动时)

从图7得出：MG2通过驱动轮转动并作为发电机对HV蓄电池再充电。通过电子控制制动系统和协同控制确定能量回收量。

2.6 倒挡行驶时

(1)以<10 km/h的车速倒档行驶车辆。

(2)以<10 km/h的车速倒档行驶车辆时收集数据见表10。

(3)绘制列线图(见图8)。

表10 数据采集表(倒挡行驶时)

图8 MG1和MG2列线图(倒挡行驶时)

从图8得出：将HV蓄电池的电能提供给MG2，使其按与车辆向前行驶时相反的方向转动，从而进行倒车。此时，发动机仍然停止，且MG1旋转但不发电。SOC低时，发动机起动，将MG1产生的电能提供给MG2，从而使车辆倒车。

3 结语

本文是基于广西交通职业技术学院汽车工程系校内汽车综合实训基地，以第二代普锐斯汽车为例，进行正常工况下道路测试，通过采集引擎转速、加速程度、电机转速、电机扭矩、发动机转速、发动机扭矩、额定功率、负载状态、动力电压、动力电流等数据，并绘制不同工况下MG1和MG2标准列线图，为混合动力汽车维修保养及故障判断分析提供参考数据。