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[摘 要]为提高城市客车的燃油经济性，开展了一种新型混联式混合动力客车匹配控制策略研究。根据该混联系统的结构特点，制定了串联与并联模式间的切换条件及控制规则，通过确定电池等效燃油模型，以各时刻下客车燃油消耗率最小为优化目标，对电池和发动机功率进行实时优化控制。并分别采用SAE和GB/T推荐的方法计算等效油耗，评价PHEV 的节油效果，并考察了整车质量和空调运转对PHEV 燃油经济性的影响。
[关键词]并联混合；动力客车；等效燃油经济性
中图分类号：TP581 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）36-0035-01
并联式混合动力客车（PHEV）是在传统客车动力传动系统的基础上并联了一套电驱动装置，发动机和电动机共同驱动车辆，因此，PHEV的性能更趋向于传统内燃机客车，成为国内客车厂家竞相开发的热点，在新型的混合动力城市客车中，并联式动力系统构型占有很大的比例。由于电驱动系统的加入，PHEV通常选择较小的发动机功率，且工作在高效区，同时PHEV可利用城市工况制动频繁的特点，有效回收制动能量，因此具有较高的燃油经济性。
一、混合动力汽车的技术分析
混合动力汽车在燃油经济性和排放性方面有着传统汽车不可比拟的优势，同时又避免了纯电动汽车的续驶里程短、充電时间长、蓄电池尺寸大等缺点，进而降低制造成本。近年来，在国家政策的大力支持以及各企业单位的积极努力下，混合动力汽车的研发和生产取得了长足的进步和发展。然而，不可忽视的是混合动力汽车仍面临着诸多挑战，如相比于传统汽车更高的生产成本，由于动力源的增加而引起的零部件装配和协调的复杂性的提高，由高功率元件引起的电磁干扰，整车控制和能量管理以及动力电池和管理系统等引起的人们对混合动力汽车的安全性和可靠性的担忧。综合来讲，目前混合动力最为关键的三大核心技术仍然是动力耦合系统、电机电控系统、电池及管理系统，与此同时，混合动力汽车上的关键动力源发动机、再生制动控制、能量管理和整车控制以及建模仿真、汽车设计和优化等技术的改善和提高也是目前亟需解决的主要问题。
二、试验设计
1、试验车辆。试验车辆分别为一辆11m和一辆12m的并联混合动力客车，两辆试验车皆可选择传统模式或混合动力模式，试验时车辆试验质量为整备质量+满载载荷的65%，燃油使用国Ⅲ标准柴油。
2、测试系统。如图，为试验测试系统的组成，其中非接触式速度传感器、工况跟踪系统和实时工况显示系统构成车载工况跟踪系统，用以复现测试循环和跟踪车辆的实际行驶工况，以便驾驶员按照测试循环要求操纵车辆。油耗仪用于记录试验车辆在测试过程中的油耗。电功计用于记录试验车辆在测试过程中的瞬时电压和瞬时电流。试验车辆的储能装置为超级电容，试验中只测量超级电容的瞬时电压。
三、数据计算
1、电能消耗量计算。试验循环中超级电容器电能消耗量的计算公式为：
2、燃油经济性计算。对于燃用柴油的重型混合动力车辆的燃油消耗量计算，GB/T推荐采用换算法。基于柴油的低热值，将电耗量转化为等效的柴油消耗量，即1L柴油=3.02kW·h电量；而SAE中规定，在车辆测试前后，当K（K为储能装置电能消耗量与循环总驱动能量的比值的绝对值）≤1%时，试验所测得的燃油消耗量不必修正；当1%5%时，试验结果无效。
表为PHEV11和PHEV12连续3次重复试验的试验结果。由表可见，试验车辆的K值均在1%以下，根据SAE的规定，油耗结果不需要电量修正，采用原始油耗值。采用SAE和GB/T中规定的方法得到的100km油耗计算结果接近，最大偏差为-0.6731%，最小偏差只有0.04209%。采用SAE推荐的方法计算试验车辆的100km油耗。
四、试验数据分析
1、PHEV的节油效果分析。PHEV11和PHEV12在传统模式下，可以是同试验车辆参数基本相同的传统柴油车辆。试验车辆在混合动力模式和传统模式下100km油耗的对比。，与传统模式相比，混合动力模式下PHEV11的燃油经济性提高了15.65%，PHEV12的燃油经济性则提高了14.78%。这是因为混合动力系统通过电动机改善了发动机工况，使其工作在低油耗和低排放的区域，而采用何种方式驱动车辆由能量控制策略所决定。当车辆行驶在怠速以及低速工况时，车辆由电动机驱动，发动机以怠速运转，当超级电容的电量不足时，发动机提高转速为超级电容和电动机供电；车辆以中速平稳运行时，电动机关闭，由发动机驱动，发动机的富余功率用于为超级电容充电；车辆行驶在加速和高速工况时，车辆由发动机和电动机共同驱动，当车辆行驶在制动和减速工况时，利用超级电容瞬态响应快，快速充放电的特性快速回收制动能量。在能量控制策略的协调控制作用下，PHEV的油耗低，燃油经济性较好。
2、质量对PHEV燃油经济性的影响。为考察质量对PHEV燃油经济性的影响，对比分析了PHEV11传统模式、PHEV12传统模式和PHEV12混合动力模式下试验车辆在CCBC中100km油耗测试结果。在传统模式下，PHEV11的试验质量为14470kg，PHEV12试验质量为15725kg，相对于PHEV11，PHEV12的试验质量增加了8.67%，燃油消耗量提高了11.29%。与PHEV11传统模式下油耗结果相比，虽然PHEV12的整车质量增加了8.67%，但在混合动力模式下的燃油消耗量却下降了5.41%，燃油经济性明显提高，这说明混合动力驱动模式下的能量控制策略可以弥补因整车质量增加而引起的油耗增加。
3、空调负荷对PHEV燃油经济性的影响。空调负荷是重型车辆重要的燃料消耗源。由于空调负荷容易受温度、湿度和热量传输特性等外界因素的影响，测试过程中测试条件不易控制，空调开启工况下车辆油耗测试结果的准确性和重复性稍差，因此，GB/T和SAE中都不推荐测量混合动力车辆在空调开启工况下的燃油消耗量。但为了考察空调负荷对PHEV燃油经济性的影响，分别研究了试验车辆传统模式和混合动力模式在空调开启和空调关闭工况下燃油消耗量的差异。与空调关闭工况下试验车辆100km油耗测试结果相比，空调开启工况PHEV11和PHEV12混合动力模式的100km油耗分别增加了50.69%和42.27%，传统模式100km油耗则分别增加33.33%和34.53%。研究结果表明，空调开启工况显著增加了车辆负荷，导致车辆燃油消耗量急剧增加，燃油经济性恶化。从空调开启工况下车辆100km油耗增加率来看，混合动力模式的100km油耗增长率明显高于传统模式。在空调开启工况下，混合动力模式的试验车辆节油效果明显降低，PHEV11的节油效果降低了11%；PHEV12的节油效果降低了13%。这是由于混合动力车辆的能量控制策略并未针对空调开启工况的负荷分布做针对性的能量流优化，使发动机工况恶化，油耗增加。这也说明能量控制策略匹配好坏直接影响混合动力车辆节能减排的效果。
结论
（1）当K<1%时，分别采用SAE和G/T中推荐的方法对PHEV的油耗测试结果进行计算的结果表明，两种方法计算得到的100km油耗比较接近，最大相对差别在0.7%以内。
（2）PHEV的节油效果明显，与传统模式相比，混合动力模式下的燃油经济性提高了14.78%～15.65%。
（3）空调开启工况下，PHEV的100km油耗比空调关闭工况下增加42%～50.69%，燃油经济性严重恶化，节油效果降低在10%以上，建议增加空调等大功率附件对混合动力车辆燃油经济性影响的评价，同时在制定能量控制策略时，混合动力车辆生产厂家要研究车辆在空调等大功率附件开启工况下发动机负荷分布情况，并进行针对性的优化，以改善混合动力车辆在空调开启工况下的燃油经济性。
参考文献
[1]黄援军，张建武。并联式混合动力城市客车最优转矩分配策略[J].上海交通大学学报，2012，43（10）：10.
[2]郭晋晟，王家明，杨林.无级变速混联式混合动力客车能量分配策略[J].中国公路学报，2013，21（5）：2O.
[3]殷承良，杜骞.重型混合动力电动汽车能耗测试及评价方法研究[D].武汉：武汉理工大学，2012
[关键词]并联混合；动力客车；等效燃油经济性
中图分类号：TP581 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）36-0035-01
并联式混合动力客车（PHEV）是在传统客车动力传动系统的基础上并联了一套电驱动装置，发动机和电动机共同驱动车辆，因此，PHEV的性能更趋向于传统内燃机客车，成为国内客车厂家竞相开发的热点，在新型的混合动力城市客车中，并联式动力系统构型占有很大的比例。由于电驱动系统的加入，PHEV通常选择较小的发动机功率，且工作在高效区，同时PHEV可利用城市工况制动频繁的特点，有效回收制动能量，因此具有较高的燃油经济性。
一、混合动力汽车的技术分析
混合动力汽车在燃油经济性和排放性方面有着传统汽车不可比拟的优势，同时又避免了纯电动汽车的续驶里程短、充電时间长、蓄电池尺寸大等缺点，进而降低制造成本。近年来，在国家政策的大力支持以及各企业单位的积极努力下，混合动力汽车的研发和生产取得了长足的进步和发展。然而，不可忽视的是混合动力汽车仍面临着诸多挑战，如相比于传统汽车更高的生产成本，由于动力源的增加而引起的零部件装配和协调的复杂性的提高，由高功率元件引起的电磁干扰，整车控制和能量管理以及动力电池和管理系统等引起的人们对混合动力汽车的安全性和可靠性的担忧。综合来讲，目前混合动力最为关键的三大核心技术仍然是动力耦合系统、电机电控系统、电池及管理系统，与此同时，混合动力汽车上的关键动力源发动机、再生制动控制、能量管理和整车控制以及建模仿真、汽车设计和优化等技术的改善和提高也是目前亟需解决的主要问题。
二、试验设计
1、试验车辆。试验车辆分别为一辆11m和一辆12m的并联混合动力客车，两辆试验车皆可选择传统模式或混合动力模式，试验时车辆试验质量为整备质量+满载载荷的65%，燃油使用国Ⅲ标准柴油。
2、测试系统。如图，为试验测试系统的组成，其中非接触式速度传感器、工况跟踪系统和实时工况显示系统构成车载工况跟踪系统，用以复现测试循环和跟踪车辆的实际行驶工况，以便驾驶员按照测试循环要求操纵车辆。油耗仪用于记录试验车辆在测试过程中的油耗。电功计用于记录试验车辆在测试过程中的瞬时电压和瞬时电流。试验车辆的储能装置为超级电容，试验中只测量超级电容的瞬时电压。
三、数据计算
1、电能消耗量计算。试验循环中超级电容器电能消耗量的计算公式为：
2、燃油经济性计算。对于燃用柴油的重型混合动力车辆的燃油消耗量计算，GB/T推荐采用换算法。基于柴油的低热值，将电耗量转化为等效的柴油消耗量，即1L柴油=3.02kW·h电量；而SAE中规定，在车辆测试前后，当K（K为储能装置电能消耗量与循环总驱动能量的比值的绝对值）≤1%时，试验所测得的燃油消耗量不必修正；当1%
表为PHEV11和PHEV12连续3次重复试验的试验结果。由表可见，试验车辆的K值均在1%以下，根据SAE的规定，油耗结果不需要电量修正，采用原始油耗值。采用SAE和GB/T中规定的方法得到的100km油耗计算结果接近，最大偏差为-0.6731%，最小偏差只有0.04209%。采用SAE推荐的方法计算试验车辆的100km油耗。
四、试验数据分析
1、PHEV的节油效果分析。PHEV11和PHEV12在传统模式下，可以是同试验车辆参数基本相同的传统柴油车辆。试验车辆在混合动力模式和传统模式下100km油耗的对比。，与传统模式相比，混合动力模式下PHEV11的燃油经济性提高了15.65%，PHEV12的燃油经济性则提高了14.78%。这是因为混合动力系统通过电动机改善了发动机工况，使其工作在低油耗和低排放的区域，而采用何种方式驱动车辆由能量控制策略所决定。当车辆行驶在怠速以及低速工况时，车辆由电动机驱动，发动机以怠速运转，当超级电容的电量不足时，发动机提高转速为超级电容和电动机供电；车辆以中速平稳运行时，电动机关闭，由发动机驱动，发动机的富余功率用于为超级电容充电；车辆行驶在加速和高速工况时，车辆由发动机和电动机共同驱动，当车辆行驶在制动和减速工况时，利用超级电容瞬态响应快，快速充放电的特性快速回收制动能量。在能量控制策略的协调控制作用下，PHEV的油耗低，燃油经济性较好。
2、质量对PHEV燃油经济性的影响。为考察质量对PHEV燃油经济性的影响，对比分析了PHEV11传统模式、PHEV12传统模式和PHEV12混合动力模式下试验车辆在CCBC中100km油耗测试结果。在传统模式下，PHEV11的试验质量为14470kg，PHEV12试验质量为15725kg，相对于PHEV11，PHEV12的试验质量增加了8.67%，燃油消耗量提高了11.29%。与PHEV11传统模式下油耗结果相比，虽然PHEV12的整车质量增加了8.67%，但在混合动力模式下的燃油消耗量却下降了5.41%，燃油经济性明显提高，这说明混合动力驱动模式下的能量控制策略可以弥补因整车质量增加而引起的油耗增加。
3、空调负荷对PHEV燃油经济性的影响。空调负荷是重型车辆重要的燃料消耗源。由于空调负荷容易受温度、湿度和热量传输特性等外界因素的影响，测试过程中测试条件不易控制，空调开启工况下车辆油耗测试结果的准确性和重复性稍差，因此，GB/T和SAE中都不推荐测量混合动力车辆在空调开启工况下的燃油消耗量。但为了考察空调负荷对PHEV燃油经济性的影响，分别研究了试验车辆传统模式和混合动力模式在空调开启和空调关闭工况下燃油消耗量的差异。与空调关闭工况下试验车辆100km油耗测试结果相比，空调开启工况PHEV11和PHEV12混合动力模式的100km油耗分别增加了50.69%和42.27%，传统模式100km油耗则分别增加33.33%和34.53%。研究结果表明，空调开启工况显著增加了车辆负荷，导致车辆燃油消耗量急剧增加，燃油经济性恶化。从空调开启工况下车辆100km油耗增加率来看，混合动力模式的100km油耗增长率明显高于传统模式。在空调开启工况下，混合动力模式的试验车辆节油效果明显降低，PHEV11的节油效果降低了11%；PHEV12的节油效果降低了13%。这是由于混合动力车辆的能量控制策略并未针对空调开启工况的负荷分布做针对性的能量流优化，使发动机工况恶化，油耗增加。这也说明能量控制策略匹配好坏直接影响混合动力车辆节能减排的效果。
结论
（1）当K<1%时，分别采用SAE和G/T中推荐的方法对PHEV的油耗测试结果进行计算的结果表明，两种方法计算得到的100km油耗比较接近，最大相对差别在0.7%以内。
（2）PHEV的节油效果明显，与传统模式相比，混合动力模式下的燃油经济性提高了14.78%～15.65%。
（3）空调开启工况下，PHEV的100km油耗比空调关闭工况下增加42%～50.69%，燃油经济性严重恶化，节油效果降低在10%以上，建议增加空调等大功率附件对混合动力车辆燃油经济性影响的评价，同时在制定能量控制策略时，混合动力车辆生产厂家要研究车辆在空调等大功率附件开启工况下发动机负荷分布情况，并进行针对性的优化，以改善混合动力车辆在空调开启工况下的燃油经济性。
参考文献
[1]黄援军，张建武。并联式混合动力城市客车最优转矩分配策略[J].上海交通大学学报，2012，43（10）：10.
[2]郭晋晟，王家明，杨林.无级变速混联式混合动力客车能量分配策略[J].中国公路学报，2013，21（5）：2O.
[3]殷承良，杜骞.重型混合动力电动汽车能耗测试及评价方法研究[D].武汉：武汉理工大学，2012