插电式混合动力新能源汽车能耗测试方法

摘要

本发明提出了一种用于新能源插电式混合动力汽车能耗测试方法，包括：S1，通过在测试环境下进行电量维持测试和满电量测试，对于每种路况进行瞬态运行特征测试；S2，在测试过程中通过环境舱进行温度测试，根据四驱转鼓对时间、车速和行驶里程进行分别测试，通过CAN总线获取发动机转速和电池总成工作数据；S3，通过将S2中数据进行汇总后，通过状态分界点进行过渡能耗测试划分；S4，将过渡能耗测试划分后，形成能耗加权两个阶段，通过根据S2获取的能耗值进行测试能耗循环的加权工作，形成新能源汽车的能耗测试指标。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机分析领域，尤其涉及一种插电式混合动力汽车能耗测试方法。

背景技术

插电式混合动力汽车(Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)以其良好的环保性和实用性诠释了内燃机、动力电池和耦合技术的有机结合，解决了当前动力电池能量密度低、纯电动车辆续驶里程短的问题，成为零排放的有效解决方案之一。由于使用了多能源动力耦合技术，并具备从外部电网获取能量的途径，使得对其能耗(油耗和电耗)的评价变得困难。

近年来，SAE J1711、ECE R101、GB/T 19753等标准法规进行了修订，以适应 PHEV的能耗评价。一些研究人员根据混合型(Blended)和全电型(All Electric Range， AER)两种不同控制策略，研究FCT(Full Charge Test，FCT)试验法和根据驾驶行为对电量消耗(Charge Depleting，CD)和电量维持(Charge Sustaining，CS)两个阶段加权的必要性，提出针对SAE J1711-1999的修改建议。一些研究人员分析影响 PHEV能耗的因素，从车辆构型、测试循环、行驶里程、充电行为等角度研究了PHEV 的能耗测试方法，但其试验截止条件、CD/CS两阶段的加权不够严谨。还有一些文献对SAE J1711-2010进行补充说明，介绍了CD/CS两阶段的划分和加权方法、与能耗相关的行驶里程计算方法，并针对Blended和AER两种控制策略的PHEV进行验证。上述研究主要集中在法规认证、试验方法、评价指标计算等方面，形成了欧洲 (含中国)、美国、日本三大PHEV能耗测试评价体系。但是现有测试评价体系在物理意义、系统性、完整性、可实施性方面存在一定的缺失，特别是，针对中国实际情况的能耗测试评价体系可能存在缺失和补充的地方。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题缺失，特别创新地提出了一种用于新能源插电式混合动力汽车能耗测试方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了用于新能源插电式混合动力汽车能耗测试方法，包括如下步骤：

S1，选取代表城市驾驶风格的城市循环工况和代表激烈驾驶风格的高速循环工况，通过分别针对城市循环工况(cycle_城市)和高速循环工况(cycle_高速)进行电量消耗测试和电量维持测试，采集测试过程中车辆的瞬态运行特征；

S2，在测试过程中：通过环境舱模拟环境温度、湿度和光照；通过四驱转鼓获取车辆行驶时间、车速和里程；通过排放分析仪采集燃油消耗量和污染物排放量；通过电流传感器采集动力电池母线电流；通过电压传感器采集动力电池母线电压；通过CAN总线采集发动机转速和动力电池SOC；

S3，将S2中数据进行计算，确定纯粹的电量消耗循环、过渡循环和纯粹的电量维持循环；通过状态分界点划分过渡循环的电量消耗部分和电量维持部分；

S4，以状态分界点处的时刻为基准，状态分界点之前的记为电量消耗阶段；状态分界点之后的记为电量维持阶段，形成电量消耗和电量维持两个阶段。通过根据 S1和S2获取的试验数据进行加权计算：

加权城市循环工况的电量消耗和电量维持两个阶段，获取城市循环工况的能耗；

加权高速循环工况的电量消耗和电量维持两个阶段，获取高速循环工况的能耗；

加权城市循环工况的能耗和高速循环工况的能耗，形成最终的能耗测试指标。

所述的用于新能源插电式混合动力汽车能耗测试方法，优选的，所述S3包括：

通过下述公式判断纯粹的电量消耗循环、过渡循环和纯粹的电量维持循环，

式中，NEC为电池净能量；NHV为燃油的焦耳热；m为试验消耗的燃油质量；V为CS阶段的电池系统电压；K为转换系数。

通过状态分界点划分过渡循环的电量消耗(CD)和电量维持(CS)部分，该状态分界点通过下述公式进行计算得出，

TS_CO2＝K_CD×CD_CO2+(1-K_CD)×CS_CO2(7)

其中，CD_CO2为过渡循环前一个CD循环的CO2排放；TS_CO2为过渡循环的>CO2为过渡循环后一个CS循环的CO2排放，K_CD为状态分界点参数。

所述的用于新能源插电式混合动力汽车能耗测试方法，优选的，所述S4包括：

通过状态分界点确定电量消耗和电量维持两个阶段，将纯粹的电量消耗循环和过渡循环的电量消耗部分计入电量消耗阶段；将过渡循环的电量维持部分和纯粹的电量维持循环计入电量维持阶段；

以状态分界点确定的真实的CD阶段里程R_CDA为距离参数，通过居民出行特征系数针对电量消耗和电量维持的两阶段中油耗和电耗进行加权，且针对电量消耗阶段进行逐个循环依次加权，针对电量维持阶段进行整体加权；

假设满电量测试FCT的第N个循环为过渡循环，通过如下公式进行城市循环工况或者高速循环工况的能耗测试加权，

式中，Y、E为居民出行特征系数UF加权后的油耗、电耗；d_N-1为前N-1个循环行驶的距离；Y_N-1、E_N-1为第N-1个循环的油耗和交流电耗；Y_R、E_R为过渡循环>CDA为真实的CD阶段里程；Y_CS为CST的油耗。

所述的用于新能源插电式混合动力汽车能耗测试方法，优选的，所述S4包括：

通过加权电量消耗和电量维持两个阶段的能耗，获取城市循环工况(cycle_城市)>高速)的能耗数值，实现电量消耗和电量维持两个阶段的加权；

通过加权城市循环工况(cycle_城市)和高速循环工况(cycle_高速)的能耗数值，实现驾驶循环工况的加权；

其中循环工况的加权包括如下计算：

其中x₁+x₂＝100％，x₁为城市工况的能耗数值，x₂为高速工况的能耗数值；x₁和x₂的比例根据测试过程模拟的驾驶风格和交通环境的不同而相应的进行适配和调整。

所述的用于新能源插电式混合动力汽车能耗测试方法，优选的，所述S4包括：

通过状态分界点，获取电量消耗和电量维持两阶段的准确划分；

通过状态分界点及其确定的R_CDA距离参数，以UF(R_CDA)针对电量消耗和电量维持两阶段的能耗数值进行加权，获取两阶段加权能耗；

通过对电量消耗阶段的能耗进行逐项加权，对电量维持阶段的能耗进行整体加权，兼容了插电式混合动力汽车的全电里程型和混合型两类不同的能量管理策略，体现了插电式混合动力汽车能量消耗过程的本质特点；

通过选择城市循环工况和高速循环工况，涵盖了多种功率输入条件的测试需求；通过不同的城市循环工况和高速循环工况的比例划分，实现了测试循环能耗的可加权性；上述保证了该插电式混合动力汽车测试的物理意义更为准确。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明从测试循环的选择与加权、CD/CS两阶段的划分与加权等方面设计PHEV 的能耗测评方法，对插电式混合动力汽车的能耗测算物理意义计算更加准确，提供了重要的数据支撑。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明流程图；

图2是本发明CST和FCT测试示意图；

图3是本发明数据验证线形图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

新能源插电式混合动力汽车能耗测试的第一种方式为：

根据CD/CS两阶段特征制定了条件A(最高荷电状态)和条件B(最低荷电状态)分别测试。条件A可进行一个或N个连续循环，条件B只进行一个循环。利用碳平衡法计算油耗，利用电网充入的能量计算电耗，通过式(1)和式(2)，对条件A和条件B进行加权，综合能耗由油耗和电耗两部分组成，不进行油电转换的折算。

式中，C、E为加权后的油耗、电耗；C₁、C₂、E₁、E₂为条件A和条件B所测的油耗、电耗；D_av为电池两次充电之间的平均行驶里程，取25km；D根据条件A>ovc。

新能源插电式混合动力汽车能耗测试的第二种方式为：

该方式分两部分：一是针对电量维持CS阶段的CST(Charge Sustaining Test，CST)，与常规混合动力汽车的测试方法一致；二是针对CD阶段的FCT，自电池充满电开始，重复进行一系列的测试循环，直到电池中储存的电网能量耗尽。

CST的本质是电网能量耗尽后，整车由发动机和再生制动维持电池SOC处于一种平衡的状态，要求电池的净能量变化NEC(Net Energy Change，NEC)处于一个狭窄的偏差范围内。式(3)是NEC判别法原理，规定NEC＞5％时，CST试验无效； NEC≤1％时，CST的油耗可直接用于加权；1％＜NEC≤5％时，存在一部分不能被忽视的油电转换过程，可通过线性校核和回归校核对油耗进行修正。

式中，NEC为电池净能量；NHV为燃油的焦耳热；m为试验消耗的燃油质量； V为CS阶段的电池系统电压；K为转换系数。

FCT的本质是对电网能量的充分利用。要求整车自CD运行至CS阶段，因此过渡循环CD/CS两种状态分界点K_CD和FCT截止条件的确定，不仅关系到两阶段的划分，更涉及到续驶里程的定义和两阶段的加权。SAE>

根据CD/CS阶段的本质，加权两阶段实际上是对一系列测试循环进行加权。引入了UF系数(Utility Factor，UF)，假设一天充满一次电，并结合居民出行特征，利用式(4)对两阶段的油耗进行加权。根据CD阶段各循环的电池放电速率不一致、CS 阶段各循环的可重复性的特点，对CD阶段的循环进行逐项加权，对CS阶段的循环进行整体加权。

式中，Y_UF为利用UF加权的油耗；UF(x)为距离x对应的系数；Y_i为FCT第i>CDC为CD阶段的循环里程；Y_CS为CST油耗。

如图2所示，由于CS阶段不消耗电网的能量，因此第二种方法只加权CD阶段各个循环的电耗，将FCT的各循环直流电耗折算成该循环对应的交流电耗，见式(5)，进而加权两阶段的电网电能消耗，见式(6)。

式中，E_i、E_DCi为FCT第i个循环的交流电耗和直流电耗；E_AC为电网充入的交流电能；E_UF为利用UF系数加权的交流电耗。

新能源插电式混合动力汽车能耗测试的第三种方式为：

采用了类似第二种方式的CST和FCT测试方法，但在两阶段的划分和加权方面同第二种方法存在差异。为定量划分两阶段，第三种方式将过渡循环的CO₂分为两部分，K_CD之前的CO₂排放等于过渡循环前的一个CD循环的对应部分；K_CD之后的等于过渡循环后的一个CS循环的对应部分，见图3，K_CD的计算见式(7)。

TS_CO2＝K_CD×CD_CO2+(1-K_CD)×CS_CO2>

其中，CD_CO2为过渡循环前一个CD循环的CO₂排放；TS_CO2为过渡循环的CO₂排放；CS_CO2为过渡循环后一个CS循环的CO₂排放。

第三种方式也利用UF系数对油耗进行加权，其CD阶段使用整体加权，见式(8)。电耗加权不再考虑居民出行特征，其电耗计算见式(9)，反映了电网能量的均布性。

Y_UF(R_CDA)Y_CD+[1-UF(R_CDA)]Y_CS(8)

其中，Y_UF为利用UF加权的油耗；E为电耗；R_CDA为真实的CD里程；Y_CD、>CS为两阶段油耗；EER为等效纯电动里程；E_AC为电网充入的电能。

上述三种能耗测试方式的比较

上述三种方法均根据两阶段的特点，设置了针对CD阶段的FCT(或条件A)、CS阶段的CST(或条件B)，但在测试循环的选择、两阶段的本质揭示、两阶段的划分和加权方面存在一定的差异。

在测试循环的选择方面，三种方法均沿用了传统汽车的测试循环，其目的是为了与传统车保持一致的评价基础。

在两阶段的本质揭示方面，后两种方式根据CD阶段将电网能量完全耗尽，CS 阶段无电网能量消耗的本质特点，将PHEV严格划分为两个阶段。FCT完整的表达了整车由CD向CS阶段的过渡，CST体现了CS阶段电池SOC状态的收敛性。两部分测试的结合，充分揭示了两阶段的本质，完整再现了两次充电之间的运行特征，保证了对AER和Blended两种控制策略的兼顾。但是对于第一种方法，规定条件A 进行N个循环后，如果N+1个循环的放电量小于电池额定存储值的3％，认为条件 A可以截止，而对数据的处理则只针对前N个循环。这既不能确保条件A是一个完整的CD阶段，也不能判断条件A是否完全耗尽了电网能量。另外，获取条件B的方式是按照一定车速匀速行驶直至发动机起动，这也难以保证条件B是在电网能量耗尽的情况下实施的。因而第一种方法不能充分体现CD/CS两阶段的本质。

在两阶段的划分和加权方面，后两种方式的目的是还原两阶段运行本质并考虑驾驶行为和充电行为实现两阶段的加权，其油耗和电耗加权公式能够适应Blended 和AER两类控制策略的车型。但是，第二种存在试验过程繁杂、测试循环难以加权、对CD阶段的加权计入了过渡循环的CS部分(未针对UF(R_CDA)加权两阶段)等问题；第三种方法的弊端在于JC08工况不能描述车辆的高速运行特征，油耗加权过程没有考虑FCT各个循环的电池放电速率。而第一种方法对两阶段本质的揭示不充分，不能够严格划分两个阶段，并且两阶段加权的思路和计算方法过于简单，不利于>

能耗测试评价方法开发

结合上述三种方法的利弊，本发明能够兼容AER和Blended控制策略的能耗和排放测试评价方法，分为试验方法和数据处理两部分。

为了还原车辆实际运行特征，模拟拥堵且频繁起停的城市工况，驾驶风格激进且功率需求较高的复合工况，设计基于常温环境的城市驾驶循环工况UDDS、高速公路驾驶工况US06测试循环的CST和FCT，涵盖车辆在低、中、高速路段的瞬态运行特征。测试循环同NEDC工况的对比见表1。鉴于试验的可操作性、周期最小化、测试循环之间加权的可行性，暂时不考虑对高、低温环境及空调操作的模拟。

试验通过数据采集系统整合各信号通道的数据，按照10Hz的采样频率输出。依次进行CST和FCT，并按照式(3)判断CST的有效性和FCT的截止条件。

针对第二种方式没有严格按照两阶段的划分进行加权、第三种方式对CD阶段整体加权的弊端，以UF(R_CDA)严格针对CD/CS两阶段的油耗和电耗进行加权，见式>

式中，Y、E为国民出行特征UF加权后的油耗、电耗；d_N-1为前N-1个循环行驶的距离；Y_N-1、E_N-1为第N-1个循环的油耗和交流电耗；Y_R、E_R为过渡循环电量消耗CD部分的油耗和交流电耗；R_CDA为真实的电量消耗CD阶段里程；Y_CS为电量维持测试CST的油耗。

通过加权城市循环工况(cycle_城市)和高速循环工况(cycle_高速)的能耗数值，实现驾驶循环工况的加权；

其中循环工况的加权包括如下计算：

其中x₁+x₂＝100％，x₁为城市工况的能耗数值，x₂为高速工况的能耗数值；x₁和x₂的比例根据测试过程模拟的驾驶风格和交通环境的不同而相应的进行适配和调整。

如图1所示，本发明公开一种用于新能源插电式混合动力汽车能耗测试方法，包括如下步骤：

S1，通过在测试环境下进行电量维持测试和满电量测试，对于每种路况进行瞬态运行特征测试；

S2，在测试过程中通过环境舱进行温度测试，根据四驱转鼓对时间、车速和行驶里程进行分别测试，通过排放分析仪获取油耗和污染物排放量数据，电流传感器对新能源汽车的电池电流数据进行采集，通过电压传感器对新能源汽车的电池电源进行采集，通过CAN总线获取发动机转速和电池总成工作数据；

S3，通过将S2中数据进行汇总后，通过状态分界点进行过渡能耗测试划分；

S4，将过渡能耗测试划分后，形成能耗加权两个阶段，通过根据S2获取的能耗值进行测试能耗循环的加权工作，形成新能源汽车的能耗测试指标。

如图3所示，从测试循环的选择、两阶段本质揭示、两阶段的划分和加权等角度，对比三种能耗测评方法，并基于三类方法的利弊，从测试循环的选择和加权、 CD/CS两阶段划分和加权两方面开发了一种新的能耗测评方法。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。