重型混合动力车辆排放能耗评价方法研究

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能源危机和环境污染引发了人们对新能源汽车的研究和开发。重型混合动力车辆(HD-HEV, Heavy Duty Hybrid Electric Vehicle)因其较高的燃油经济性和减排效果而成为各汽车生产厂家竞相开发的热点。随着技术的不断成熟完善,混合动力电动汽车已经开始进入商品化、市场化阶段。而最终促成混合动力车辆的技术成熟和市场普及,则必须建立其完整的评价体系。本文调研了国内外HD-HEV能耗排放测试的方法和相关标准,并针对基于重型底盘测功机及全流定容稀释采样系统(FFDSS, Full-Flow Dilution Sampling System)的测试方法和基于PEMS的实际道路测试方法进行了深入试验研究。集成了重型底盘测功机及FFDSS测试系统,利用该系统测量了一辆并联式混合动力车辆的能耗和排放情况,试验结果表明,重型底盘测功机可以以小于3%误差模拟试验车辆的行驶阻力,混合动力车辆的制动能量回收过程也可以复现。在测试结果重复性方面,除HC和PM排放外,试验车辆CO排放因子各重复测试相对误差小于7%, CO2、NOx、百公里油耗和测试里程各重复测试相对误差则小于5%,测试有比较好的可重复性。冷热态测试结果表明,冷态测试条件试验车辆燃油消耗量、HC、CO、CO2和PM排放明显高于热态测试条件,混合动力模式下分别是热态测试条件的1.1倍、2.34倍、1.25倍、1.1倍和1.7倍,HC排放明显增加,NOx排放受冷热态测试条件影响不明显。集成了基于PEMS的实际道路测试系统,利用该系统测量了一辆混联式混合动力车辆的能耗排放情况,同时利用PEMS也在底盘测功机上测量了试验车辆的能耗排放。实际道路测试结果表明,通过工况跟踪系统,驾驶员可以较好的复现测试循环,跟踪车速与实际车速的相关性系数在0.98附近,目标车速与跟踪车速拟合直线的斜率大于0.97;在试验结果重复性方面,除HC和PM里程排放因子外,其他几个测量参数的重复性可以保证在10%以内,满足试验精度要求,实际道路测试方案也是可行的。重型底盘测功机和实际道路测试方案的对比结果表明,两种测试方案,试验车辆均能够以较高的精度复现测试循环,底盘测功机方案试验车辆跟踪行驶循环好于实际道路;从测试结果重复性对比来看,底盘测功机试验测试结果重复性好于实际道路测试;从测试结果相关性和一致性来看,两种测试方案试验车辆的百公里油耗结果偏差0.1497%,但从排放结果看,两种测试方案排放结果偏差过大,一致性较差,偏差在5%-20%之间。实际道路测试条件试验车辆的排放结果比底盘测功机测试恶劣,但两种测试方案测试结果相关性较好,相关性系数为0.9986。
中文摘要第4-5页
ABSTRACT第5-6页
目录第7-10页
第1章 绪论第10-14页
    1.1 课题研究背景第10-11页
    1.2 课题研究目的及意义第11-12页
    1.3 课题研究内容及技术路线第12-14页
        1.3.1 课题的研究内容第12-13页
        1.3.2. 课题研究的技术路线第13-14页
第2章 重型混合动力车辆排放能耗测试方法概述第14-28页
    2.1 重型混合动力车辆测试方法第14-19页
        2.1.1 重型底盘测功机测试方法第14-15页
        2.1.2 基于PEMS的道路测试方法第15-16页
        2.1.3 基于发动机台架的测试方法第16-17页
        2.1.4 整车模拟法(HILS)第17-19页
    2.2 排放能耗测试标准国内外研究现状第19-26页
        2.2.1 美国第19-23页
            2.2.1.1 美国汽车工程师协会(SAE)第19-21页
            2.2.1.2 美国环境保护署(EPA)第21-23页
        2.2.2 日本第23-24页
        2.2.3 中国第24-25页
            2.2.3.1 重型混合动力车辆能量消耗量标准第24-25页
            2.2.3.2 重型混合动力车辆排气污染物测试标准第25页
        2.2.4 国际标准化组织(ISO)第25-26页
    2.3 我国重型混合动力车辆能耗和排放标准制修订的建议第26-27页
    2.4 本章小结第27-28页
第3章 基于重型转鼓及全流排放测试系统的重型混合动力车辆排放能耗测试方法研究第28-57页
    3.1 试验车辆第28-29页
    3.2 试验测试系统第29-34页
        3.2.1 重型底盘测功机测试系统第29-30页
        3.2.2 全流定容稀释采样系统FFDSS第30-31页
            3.2.2.1 定容采样系统CVS第30-31页
            3.2.2.2 颗粒物采样系统PSS第31页
        3.2.3 气体污染物分析仪AMA I60第31-32页
        3.2.4 燃油质量流量计735S和燃油温控系统753C第32-33页
        3.2.5 排放测试主控系统第33-34页
    3.3 试验循环第34-35页
    3.4 车辆滑行试验第35-39页
        3.4.1 车辆道路滑行试验原理第35页
        3.4.2 试验车辆实际道路滑行第35-37页
        3.4.3 滑行实验数据分析第37-38页
        3.4.4 车辆道路行驶阻力计算第38-39页
    3.5 底盘测功机试验程序第39-43页
        3.5.1 试验车辆的检查第39页
        3.5.2 试验车辆的预处理第39-40页
        3.5.3 转鼓热机第40页
        3.5.4 试验车辆安装第40页
        3.5.5 试验车辆在转鼓上阻力设定第40-42页
            3.5.5.1 转鼓阻力设定原理第40-41页
            3.5.5.2 转鼓阻力设定程序第41-42页
        3.5.6 试验车辆预循环第42页
        3.5.7 测试项目第42-43页
            3.5.7.1 试验车辆冷热态测试第42-43页
            3.5.7.2 试验车辆在传统模式和混合动力模式下能耗排放比对第43页
    3.6 试验结果计算与处理第43-45页
        3.6.1 气态污染物和颗粒物排放测试结果计算第43-45页
            3.6.1.1 总稀释排气量计算第43-44页
            3.6.1.2 取样袋中污染物的校正浓度计算第44页
            3.6.1.3 NO_x湿度校正系数的确定第44页
            3.6.1.4 气态污染物和颗粒物排放量计算第44-45页
        3.6.2 油耗量测试结果计算第45页
        3.6.3 电耗量测试结果计算第45页
    3.7 试验结果分析第45-55页
        3.7.1 转鼓对车辆行驶阻力模拟精度分析第45-47页
        3.7.2 试验车辆对测试循环跟踪结果第47-51页
        3.7.3 测试结果重复性分析第51-53页
        3.7.4 冷热态测试结果分析第53-55页
        3.7.5 混合动力模式和传统模式试验车辆排放能耗结果对比第55页
    3.8 本章小结第55-57页
第4章 基于PEMS的重型混合动力车辆排放能耗实际道路测试方法研究第57-79页
    4.1 试验车辆第57-58页
    4.2 试验测试系统第58-65页
        4.2.1 OBS-2200第59-60页
        4.2.2 OBS-2200流量计的原理第60-61页
        4.2.3 ELPI第61-62页
        4.2.4 油耗仪第62-63页
        4.2.5 电功计第63页
        4.2.6 工况跟踪系统OBDCTS(on Board Driving Cycle Testing System)第63-64页
        4.2.7 车载排放测试功能的集成和扩展第64-65页
    4.3 测试循环第65-66页
    4.4 车载排放测试系统测试精度试验验证第66-71页
        4.4.1 气态污染物测试验证第66-70页
            4.4.1.1 验证方案第66-67页
            4.4.1.2 OBS系统与试验室测试系统测试精度分析第67-68页
            4.4.1.3 气态污染物浓度测量重复性分析第68-69页
            4.4.1.4 排气流量测量重复性分析第69-70页
        4.4.2 颗粒物测试系统试验验证第70-71页
    4.5 实际道路试验程序第71-73页
        4.5.1 试验车辆检查第71页
        4.5.2 试验车辆预处理第71页
        4.5.3 试验车辆测试设备安装第71-72页
        4.5.4 预循环第72页
        4.5.5 实际道路测试试验流程第72-73页
    4.6 实际道路测试结果计算及数据分析第73-78页
        4.6.1 试验样车对测试循环跟踪结果第73-75页
        4.6.2 试验车辆排放能耗结果计算第75-76页
            4.6.2.1 电量消耗量计算第75页
            4.6.2.2 燃油消耗量计算第75页
            4.6.2.3 气态污染物排放因子计算第75页
            4.6.2.4 颗粒物排放因子计算第75-76页
            4.6.2.5 试验车辆排放能耗测试结果第76页
        4.6.3 实际道路测试测试结果重复性分析第76-78页
    4.7 本章小结第78-79页
第5章 实际道路测试方法和重型底盘测功机测试方法相关性研究第79-87页
    5.1 测试方案第79页
    5.2 实际道路滑行试验第79-80页
    5.3 试验车辆实际道路和底盘测功机试验第80-81页
    5.4 测试结果分析第81-86页
        5.4.1 转鼓对试验车辆行驶阻力模拟精度分析第81页
        5.4.2 循环跟踪精度对比第81-83页
        5.4.3 测试结果重复精度对比第83-84页
        5.4.4 测试结果一致性和相关性分析第84-86页
    5.5 本章小结第86-87页
第6章 全文总结及展望第87-89页
    6.1 本文研究内容及成果第87-88页
    6.2 研究展望第88-89页
参考文献第89-92页
致谢第92-93页
硕士期间发表的论文第93页
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