一种基于整车工况的传统能源汽车发电机能效评价方法和系统

摘要

本发明公开了一种基于整车工况的传统能源汽车发电机能效评价方法和系统，包括第一燃油经济性试验结果获取模块、第二燃油经济性试验结果获取模块、发动机端循环能量获取模块、敏感度系数计算模块、发电机能效计算模块和额外功率加载模块。利用本发明所述系统和方法，本发明通过定量在发电机输出端加载电子负荷，加上适当运用仿真分析手段，使得发电机能效计算结果科学合理；同时该方法技术成本较低，降低了整车开发期间的经济成本；使得整车燃油经济性指标分解及验收工作更加完善，更加能够适应未来电气化、智能化程度越来越高的车型规划需求。

说明书

技术领域

本发明属于传统能源汽车燃料消耗量评价技术领域，具体涉及一种基于整车工况的传统能源汽车发电机能效评价方法和系统。

背景技术

随着汽车行业的快速发展，国家和市场对于油耗和尾气排放要求日益严格，与此同时，车辆电气化、智能化程度越来越高，导致车载用电设备也将越来越多，对车载用电设备对于车辆燃油经济性影响越来越大，在控制车载用电设备的功耗同时，对于发电机能效也必须提出更高的要求。但是目前发电机的能效评价基本停留在台架阶段，其多用于评估标准环境条件下的发电机能效技术水平，应用场景仅为发电机单体开发阶段的能效指标定义和评估，无法替代实车阶段的电机能效评估及验收。因此对于整车环境的发电机能效评价还缺乏行之有效的方案，导致车型项目开发中无法进行整车阶段的发电机能效验收测试，使得车型项目的燃油经济性开发有一定风险，因此如何在整车环境对发电机能效进行合理评价，已经成为传统能源汽车燃油经济性开发的重难点，直接决定该类车型的整车性能开发风险可控程度。

发明内容

本发明专利的目的是为了解决车型项目在实车验证阶段能够对发电机能效技术水平进行科学且客观地评估和验收，以适应油耗法规工况和用户使用工况的需求，从而降低整车燃油经济性达标风险，提升产品市场竞争力。

实现本发明目的之一的一种基于整车工况的传统能源汽车发电机能效评价方法，包括如下步骤：

S1、获取车辆在非仿真环境下在设定整车工况下的标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的燃油经济性试验结果Fuel

获取车辆基于仿真环境下的上述设定整车工况下的标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的燃油经济性试验结果Fuel

获取基于仿真环境下的车辆在上述设定整车工况下的标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的发动机端循环能量E

所述标准油耗试验方案包括按照国家标准或者企业标准的油耗试验方法，进行特定工况下的整车油耗试验；所述设定工况包括NEDC、WLTC、CLTC或者企业自定义工况；

所述非标准油耗试验方案包括在上述标准油耗试验方案的基础上对发电机加载额外功率P；

进一步地，所述额外功率P的优选范围为[200W,500W]；

根据上述步骤得到的Fuel

其中，η

进一步地：

其中，η

S2、根据对发电机加载的额外功率P、所述设定整车工况的采样时长t、车辆在非仿真环境下在上述设定整车工况下标准油耗试验方案下的燃油经济性试验结果Fuel

其中，η

进一步地，所述发动机和发电机之间的皮带轮传动效率η

进一步地，所述车辆在非仿真环境下在上述设定整车工况下的标准油耗试验方案下的发动机端循环能量E

进一步地，所述车辆在非仿真环境下在上述设定整车工况下的标准油耗试验方案下的发动机端循环能量E

其中：

t

E

t

η

f

其中E

当F

当F

F

d

V

t

TM:整备质量加上固定加载值，企业也可以根据测试工况要求自行设计，单位为千克(kg)

f

a

实现本发明目的之二的基于整车工况的传统能源汽车发电机能效评价方法的系统，包括第一燃油经济性试验结果获取模块、第二燃油经济性试验结果获取模块、发动机端循环能量获取模块、敏感度系数计算模块、发电机能效计算模块和额外功率加载模块；

所述第一燃油经济性试验结果获取模块用于获取车辆在非仿真环境下在设定整车工况下的标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的燃油经济性试验结果Fuel

所述第二燃油经济性试验结果获取模块用于获取车辆基于仿真环境下的上述设定整车工况下的标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的燃油经济性试验结果Fuel

所述发动机端循环能量获取模块用于获取基于仿真环境下的车辆在上述设定整车工况下的标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的发动机端循环能量E

所述敏感度系数计算模块用于根据第二燃油经济性试验结果获取模块得到的Fuel

所述额外功率加载模块用于对发电机加载额外功率P；

所述发电机能效计算模块用于根据额外功率加载模块对发电机加载的额外功率P、所述整车工况下的数据采样时长t、所述第一燃油经济性试验结果获取模块得到的车辆在非仿真环境下在设定整车工况下的标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的燃油经济性试验结果Fuel

进一步地，所述发动机端循环能量获取模块还包括总能量需求计算模块，用于根据车辆在非仿真环境下在上述设定整车工况下的数据采样时长t内的牵引力F

进一步地，所述总能量需求计算模块还包括牵引力计算模块，用于根据整车工况曲线下车辆在两个相邻采样周期对应的实际车速V

进一步地，所述总能量需求计算模块还包括车辆行驶距离计算模块，用于计算车辆在两个相邻采样周期下行驶的距离。

通过本发明所述的系统和方法，通过定量在发电机输出端加载电子负荷，试验过程完全受控，加上适当运用仿真分析手段，使得发电机能效计算结果科学合理；同时该方法技术成本较低，降低了整车开发期间的经济成本；使得整车燃油经济性指标分解及验收工作更加完善，更加能够适应未来电气化、智能化程度越来越高的车型规划需求。同时该方法实施起来简单，可在短时间内完成所有发电机能效评价工作，不影响原有燃油经济性系统级指标验收的工作补充，不会对原有工作周期产生影响。

附图说明

图1是本发明所述系统的结构示意图；

图2是本发明所述方法的流程示意图；

图3是本发明所述方法的功率分析仪的测点示意图；

图4是本发明所述方法的电子负荷加载仪的连接示意图。

具体实施方式

下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了使本发明的特点及方法更加清晰明白，下面结合图2～4进一步说明本发明的其中一个实施例。

步骤1、试验准备：车辆准备和设备调试

进行车辆工况的传统能源汽车发电机能效评价的步骤中，油耗试验是不可或缺的一步，在试验开始之前，需要进行标准化的车辆准备和设备调试，这样做的好处是，可以客观评价车辆的燃油经济性能，即保证试验结果的客观性，同时还可以使得多次试验结果的差异较小，及保证试验结果的一致性，具体内容如表1所示。

表1车辆准备和设备调试汇总表

完成上表1相关工作，即可开展下述步骤的油耗试验，但是如果发现油耗试验过程数据中有任何异常现象，经分析是设备或车辆造成，建议有针对性地对上表中的某项工作进行确认调试，重新开展油耗试验。

步骤2、标准方案下的整车工况油耗试验

完成步骤1的相关工作，即将车辆运至整车环境模拟试验室，按照国家标准或者企业标准的油耗试验方法，进行整车工况(如NEDC、WLTC、CLTC或者企业自定义工况)下的整车油耗试验，同时需要连接功率分析仪以控制试验前后的蓄电池电平衡状态，具体电气线路连接点如图3所示，这样做的好处是可以确保整个试验过程的能量消耗全部来源于燃油，以免使得蓄电池充放电过程影响油耗试验结果。

如果无法做到试验前后蓄电池电平衡，则需要进行燃油修正，建议参考GB18352.6-2016附录中的Willans系数修正方法，将试验前后的蓄电池电量变化量修正至燃油消耗量，以得到客观科学的燃油经济性试验结果Fuel

步骤3、电子负荷加载方案下的整车工况油耗试验

完成步骤2相关工作后，即得到标准油耗方案的燃油经济性试验结果Fuel

至此已经完成传统能源汽车发电机能效评价工作中的实物试验阶段的相关工作，得到Fuel

步骤4、获取发动机端循环能量对油耗的敏感度仿真系数K

完成电子负荷加载前后的整车油耗试验之后，还需要建立该车型的整车油耗和发动机端循环能量之间的相互关系，即定量分析发动机端循环能量对油耗的敏感度，该部分工作使用试验方法得出结论的实操难度较大，利用虚拟仿真方法较为适宜，主要包括模型建立、仿真计算、数据处理等三部分工作。

基于某一仿真分析软件，通过传统整车建模技术，建立某车型的整车燃油经济性仿真模型。该模型中包含整车模块、发动机模块、发电机模块、车载电器负载模块、离合器模块、变速器模块、差速器模块、传动轴模块、车轮模块、驾驶员模块、ECU电控模块以及车载信息显示模块。然后，将各个模块按照能量传递顺序进行机械连接，依次为发动机模块、离合器模块、变速器模块、差速器模块、传动轴模块、车轮模块，最后进行各个模块之间的电子信号连接，使得ECU电控模块及车载信息显示模块与其他机械模块的交互通过电子信号进行传输。该整车燃油经济性仿真分析模型的建立可以基于任何一款商业或自研软件。

基于上述整车燃油经济性仿真分析模型，针对步骤2和步骤3的整车工况，分别仿真计算两种循环能量负荷下的燃油经济性，即在仿真分析模型的基础上，对发动机端循环能量在设定范围内进行调整，所述设定范围可以为200～500w，但不限于此值。仿真计算调整前后的燃油经济性，即车辆在整车工况下标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的燃油经济性试验结果Fuel

基于上述步骤可以得到发动机端循环能量调整前后的油耗Fuel

首先，可以得到油耗公式如下

Fuel

Fue

其中：

Fuel

E

d：综合工况行驶里程，单位为km；

燃油密度：汽油建议取值0.745kg/L；

汽油热值：汽油建议取值44000kj/kg；

3.6是千焦(kj)和瓦时(Wh)之间的换算系数；

η

η

然后，将上述计算公式变形可以得到如下计算公式：

从以上公式可得到油耗比例、循环能量比例和发动机热效率比例之间的关系，进而可得知发动机端循环能量对油耗的敏感度关键取决于发动机热效率比例，即η

步骤5、基于整车工况下的油耗的发电机能效计算

完成步骤2～步骤4相关工作后，即可根据油耗试验和油耗仿真的相关结果数据，按照整车能量流原理进行动力系统公式整合，得到发电机能效计算公式，便可完成整车工况的发电机能效评价工作，具体如下：

根据步骤2和步骤3的油耗试验，可以得到如下油耗Fuel

Fuel

Fuel

其中，E

Fuel

d：综合工况行驶里程，单位为km；

燃油密度：汽油建议取值0.745kg/L；

汽油热值：汽油建议取值44000kj/kg；

3.6是千焦(kj)和瓦时(Wh)之间的换算系数；

根据整车能量流原理，可以得到如下能量计算公式

P×t＝(E

其中：

P表示对发电机进行的额外加载功率，本实施例中为200～500W，不限于此值；

t表示采样时长，仿真和非仿真环境下的采样时长相同，单位为秒；

η

η

将公式(2)和公式(3)代入公式(4)，得到公式(5)：

将公式(5)整理可得到发电机能效计算公式为公式(6)：

将公式(6)进一步变形，得到公式(6.1)：

将公式(2)代入公式(6.1)变形，得到公式(6.2)：

将公式(6.2)进一步变形，得到公式(6.3)：

根据公式(1)可知，

其中：

P：电子负荷加载仪加载的电功率，取值200～500w；

t：整车工况的持续时长，WLTC、CLTC或企业自定义工况，其中WLTC或CLTC取值1800s，但不限于此值；

K：发动机端循环能量对油耗的敏感度系数，来源于公式(1)的计算结果；

η

E

E

η

f

E

其中：

E

E

其中E

当F

当F

F

d

V

t

TM:车辆整备质量+100kg，企业也可以根据测试工况要求自行设计，单位为千克(kg)

f

a

至此已经完成整车工况下的传统能源汽车发电机能效评价工作，上面公式(7)即为发动机能效计算公式，其用于基于设定整车工况的传统能源汽车发电机能效评价，评价结果可以用于车型项目开发中整车性能验收的实物验证评价工作，为该领域的工作有较好的工程应用价值和应用前景。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

下面结合图1所示讲述本发明另外一个实施例，本发明所述系统包括第一燃油经济性试验结果获取模块、第二燃油经济性试验结果获取模块、发动机端循环能量获取模块、敏感度系数计算模块、发电机能效计算模块和额外功率加载模块；

所述第一燃油经济性试验结果获取模块用于获取车辆在非仿真环境下在设定整车工况下的标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的燃油经济性试验结果Fuel

所述第二燃油经济性试验结果获取模块用于获取车辆基于仿真环境下的上述设定整车工况下的标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的燃油经济性试验结果Fuel

所述发动机端循环能量获取模块用于获取基于仿真环境下的车辆在上述设定整车工况下的标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的发动机端循环能量E

所述敏感度系数计算模块用于根据第二燃油经济性试验结果获取模块得到的Fuel

所述额外功率加载模块用于对发电机加载额外功率P；

所述发电机能效计算模块用于根据额外功率加载模块对发电机加载的额外功率P、所述整车工况下的数据采样时长t、所述第一燃油经济性试验结果获取模块得到的车辆在非仿真环境下在设定整车工况下的标准油耗试验方案和非标准油耗试验方案下的燃油经济性试验结果Fuel

所述发动机端循环能量获取模块还包括总能量需求计算模块，用于根据车辆在非仿真环境下在上述设定整车工况下的数据采样时长t内的牵引力F

所述总能量需求计算模块还包括牵引力计算模块，用于根据整车工况曲线下车辆在两个相邻采样周期对应的实际车速V

所述总能量需求计算模块还包括车辆行驶距离计算模块，用于计算车辆在两个相邻采样周期下行驶的距离。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。