3. 动力性与经济性评价指标
在混合动力系统标定工程中,评价指标是标定目标的量化表达,也是判断标定结果是否达标的唯一依据。动力性与经济性是一对天然矛盾体:电机扭矩响应快、低速效率高,发动机高速效率高但瞬态响应慢,二者耦合后整车表现既取决于构型,也取决于标定策略。因此,标定工程师必须先把"好"定义清楚,再谈如何调参。本节围绕动力性指标、经济性指标以及二者之间的换算桥梁——等效油耗展开。
一、动力性指标:三个维度定义"能跑多快、多猛、多陡"
动力性通常由三项核心指标构成,它们分别对应不同的物理场景与标定关注点。
- 加速时间:常用 0–100 km/h 原地起步加速时间、0–50 km/h 城市工况加速时间、60–100 km/h 超车加速时间。它反映的是整车在瞬态大扭矩需求下的响应能力,标定中重点关注电机峰值扭矩介入时机、发动机与电机扭矩分配比例、换挡策略以及电池放电功率限值。
- 最高车速:分为持续最高车速与 30 分钟最高车速。前者考验短时功率输出,后者考验热管理与电池持续放电能力。混动车型的最高车速往往由发动机直驱功率与电机辅助功率共同决定,标定时需确认高速段是否进入功率分流或并联模式。
- 爬坡度:包括起步爬坡度与持续爬坡度。它直接关联低速大扭矩输出与电池 SOC 保持能力。对于串并联构型,爬坡时若 SOC 偏低,发动机需同时驱动车辆与发电,容易出现"越爬越没电"的功率失衡。
二、经济性指标:从循环工况到等效油耗
经济性指标不能只看一个数字。不同地区采用不同测试循环,其速度曲线、怠速比例、加速度分布差异显著,导致同一辆车在不同循环下的能耗结果可能相差 15% 以上。
| 循环工况 | 适用地区 | 时长 | 平均车速 | 特征 |
|---|---|---|---|---|
| NEDC | 欧洲(旧) | 1180 s | 约 33 km/h | 稳态为主,加速度平缓,怠速比例高 |
| WLTC | 欧洲/全球 | 1800 s | 约 46 km/h | 瞬态多,高速段占比高,更接近真实驾驶 |
| CLTC | 中国 | 1800 s | 约 29 km/h | 低速占比高,怠速多,贴合中国城市拥堵路况 |
能耗指标通常以 L/100km(燃油)或 kWh/100km(电能)表示。对于插电混动车型,还需区分亏电油耗与综合油耗。亏电油耗反映的是电池不参与能量供给时的真实燃油经济性,是衡量混动系统效率的硬指标;综合油耗则按一定里程比例折算电能消耗,公式上常采用欧洲 WLTP 的 utility factor 方法。
三、等效油耗:把电耗折算成油耗的统一尺度
混动车型同时消耗燃油与电能,二者单位不同,无法直接相加。等效油耗(Equivalent Fuel Consumption)通过一个换算系数,将电能消耗折算为等效的燃油消耗,从而得到统一的评价尺度。
等效油耗 = 实际油耗 + 电能消耗 × 换算系数
其中换算系数常用:
汽油:1 L ≈ 8.9 kWh(低热值)
考虑发电效率与充电效率后,工程取值约 3.0~3.5 kWh/L
示例:
某 PHEV 亏电油耗 5.2 L/100km
电耗 18 kWh/100km
取换算系数 3.2 kWh/L
等效油耗 = 5.2 + 18 / 3.2 ≈ 10.8 L/100km
等效油耗的换算系数并非固定值,它取决于发电效率、充电效率以及电网发电的燃料链效率。标定中常用它来比较不同能量管理策略的优劣:如果某策略让发动机更多工作在高效区发电,电耗下降但油耗上升,等效油耗可能反而更低。
四、指标之间的耦合关系与标定取舍
动力性与经济性指标并非孤立。加速时间要求大功率输出,会拉高瞬态油耗;最高车速要求高速功率储备,可能迫使发动机偏离高效区;爬坡度要求持续大扭矩,考验 SOC 平衡策略。标定工程师需要在一张"指标雷达图"上寻找平衡点。
从图中可以看出,动力性指标与经济性指标通过"标定耦合关系"相互牵制,而等效油耗是二者之间的换算桥梁。实际标定中,工程师通常先锁定法规必须满足的经济性指标(如 WLTC 亏电油耗),再在剩余功率裕度内优化动力性;或者先满足动力性硬指标,再通过能量管理策略把经济性拉回目标区间。
五、案例与复盘:某 PHEV 车型指标失衡的排查
某 PHEV 车型在 CLTC 工况下亏电油耗为 6.8 L/100km,高于目标值 5.5 L/100km,但 0–100 km/h 加速时间为 6.9 s,优于目标 7.5 s。初步判断为动力性标定过于激进,导致发动机频繁进入高油耗区间。
- 检查扭矩分配 MAP:发现 30%–60% 油门开度区间电机辅助扭矩偏大,发动机工作点被拉低至低效区。
- 检查换挡策略:升挡转速设定为 2800 r/min,高于该发动机高效区上限 2400 r/min。
- 检查 SOC 平衡策略:亏电状态下发动机充电功率设定为 8 kW,导致发动机长时间在低效区发电。
调整后:将升挡转速降至 2300 r/min,电机辅助扭矩在中等油门区间下调 15%,充电功率改为 5 kW 并允许 SOC 在 18%–25% 之间浮动。复测 CLTC 亏电油耗降至 5.3 L/100km,0–100 km/h 加速时间变为 7.4 s,仍在目标范围内。这一案例说明:动力性指标与经济性指标并非零和博弈,关键在于让发动机尽可能工作在高效区,同时用电机填补瞬态扭矩缺口。