新能源汽车对标以及系统能量流测评

本文为在中国汽研举办的“2019第二届新能源汽车测试评价技术国际论坛”上，美国西南研究院（SwRI）高级项目经理Michael Joo博士带来的《新能源汽车对标以及系统能量流测评》。

图1 丰田普锐斯混合动力系统

混合动力测试评价与常规动力总成测试评价存在较大差异，其主要原因在于混合动力系统的组成更为复杂，包含纯电驱动系统、发动机，同时还搭载专用的传动系统，空间布置紧凑。因此，仅对电驱动系统、发动机进行测试还不够，而且分割进行单体测试也难以实现，必须融合、集成地进行一体化测试评价。

以丰田普锐斯为例介绍新能源汽车对标以及系统能量流测评的工作流程及内容，主要分为4个任务。

任务1：整车基础性能测试。包括NEDC、WLTC等常规循环测试（含排放及能耗水平），测试过程中对整车安装的直接测量传感器及网关总线信号进行同步、高频、瞬态采集，以便于分析相应的控制策略。图2中为发动机在不同循环下的工作点分布情况，整车控制策略会使发动机工作在高效区，体现与常规发动机的区别。

图2 发动机工作点分布

任务2：整车能量流测试。系统能量流如图3所示，通过在发动机、电驱动系统、车桥/半轴等关键部件前后安装传感器，实时监测瞬态机械功率流、电功率流、液流等的能量及部件效率。其中，针对机械功率流，在发动机飞轮端定制了扭矩测量系统，涉及对飞轮进行改装，植入了测量仪器，需特别注意布点位置以及绝缘设计。

图3 系统能量流方案

任务3：发动机MAP测试。区别于发动机单体全MAP测试，仅包含控制系统控制发动机实际运行的工作区域。测试过程中发现：一些OEM不会在发动机未运行区域进行精细化标定，只会保证发动机在此区域能正常运行，因此，在未运行区域的相关研究可能是没有任何收获和意义。

混合动力搭载的发动机为专用发动机，每个发动机都有各自的特点，需要个性化的方法去衡量它们的特征。丰田普锐斯发动机独特的EGR系统如图4所示，2ZR-FXE发动机在各气缸均有独立的EGR通道，通过在进气口上游引入EGR以减小各缸差异。进气歧管内EGR与空气未进行充分混合，因此不能用行业标准CO2平衡法测定EGR率；而通过介入式直接测量会影响EGR流量，改变其特性。因此，采用测量2张MAP及控制参数，通过计算获取EGR率。其中，测量第一张MAP时EGR阀的位置以及其他控制参数均与实际情况一致；而测量第二张MAP时关闭EGR阀，其他控制参数与EGR阀开启时的条件一致；最终利用相同速度下的空气流量和MAP计算得到发动机的EGR率。

图4 丰田普锐斯EGR系统

任务4：摩擦分解测试。摩擦分解测试流程如图5所示，在发动机台架上，通过逐级拆解发动机的各个组件，并在不同油温下测试摩擦阻力，通过计算得到各个对应部件的摩擦阻力。其中，活塞环的摩擦阻力是发动机摩擦的主要组成之一，其主要原因是在于活塞环外圈压力，如果外圈太过“僵硬”将会导致摩擦增加。因此，在测试的时候，通过对发动机缸内进行加压，模拟发动机燃烧压力，测量实际的摩擦损失。