混合動力整車動力響應性測試分析

郭文翠，聶國樂，楊建軍,2，李菁元,2

混合動力整車動力響應性測試分析

郭文翠1，聶國樂1，楊建軍1,2，李菁元1,2

（1.中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津 300300；2.中國汽車技術研究中心有限公司，天津 300300）

整車動力響應性的提升有助于動力性水平的改善，是提升消費者駕駛感受的重要指標之一。有些車型動力性很足，動力響應性卻不佳，嚴重影響消費者的駕駛感受。論文從消費者對響應性需求高的實際駕駛場景出發，針對某款混合動力車型設計了蠕行起步、原地起步、動態起步、急加速、急加速kick down降擋和模式切換6種測試工況，并制定了蠕行起步響應時間、原地起步響應時間等7項響應性評價指標及相應分析方法，從消費者實際使用角度提出動力性開發過程中應關注的響應性指標，進而提升消費者對品牌的滿意度。分析結果表明，混動車型動力響應性受整車性能調校及動力源匹配策略影響，盡早釋放需求扭矩的控制策略有利于響應性的提升。

響應性；動力性；混合動力車型；控制策略；測試分析；消費者滿意度

混合動力車輛的動力性水平依據GB/T 19752－2005進行評定[1]，主要包含混合動力模式和純電動模式下的最高車速、最大爬坡度、加速時間和起步能力[2]。整車動力響應性作為動力性的一個方面，在一定程度上代表著動力性的水平，卻也有別于動力性。一般動力性主要是外特性的體現，屬于絕對動力輸出，而動力響應性是指車輛達到駕駛員需求扭矩的時間，屬于相對動力輸出。動力響應性加快有助于動力性水平的提升，而動力性足的車子動力響應性卻未必快，這也是大部分駕駛員抱怨動力足的車開起來卻比較肉的主要原因。相較于絕對動力輸出，車子能否如影隨形地跟隨駕駛者的意圖，響應性占絕對影響力。

響應性快慢不僅跟消費者駕駛感受直接相關，同時對零部件匹配選型和性能開發水平提升有較大影響，是提升品牌價值、降低用戶抱怨度的重要評價指標之一。特別是針對兼顧經濟性和續航能力的混合動力車型[3]，混合動力車輛動力傳動系的扭矩響應特性與傳統內燃機車輛有較大差別，其動力學響應品質的關注要點和特征指標也發生了較大變化，迫切需要重新構建面向混合動力車輛動力傳動系技術特征的動力學品質評價體系[4]。因此，本文將從混合動力車型的動力響應性測試指標、評價方法和優化方向三個關鍵技術進行研究，為研發高品質混合動力車輛的動力性能提供基礎，以提升消費者駕乘體驗。

1 基本信息

1.1 測試對象

被測車輛為P2.5構型（如圖1所示）的混合動力轎車，電機位于變速箱內偶數擋輸入軸上，動力源由1.5 L增壓發動機和60 kW的永磁同步驅動電機組合而成，匹配7速濕式雙離合自動變速器輸出動力，整車參數如表1所示。

被測車輛的駕駛模式主要有5種，分別為純電模式（Electric Vehicle, EV）、混動經濟模式（Hybrid Electric Vehicle-Ecology Conservation Optimization, HEV-ECO）、混動舒適模式（Hybrid Electric Vehicle -Comfort, HEV-Comfort）、混動運動模式（Hybrid Electric Vehicle-Sport, HEV-Sport）、電量保持模式（SAVE）。其中純電模式僅消耗電池電量驅動車輛，最經濟；混動運動模式充分利用發動機和電機功率，動力最充沛；而車輛默認的駕駛模式為動力和經濟兼顧的混動舒適模式，本文測試數據均是在此模式下開展的，電池電量（State of Charge, SOC）保持在60%～90%之間。

圖1 被測車輛構型簡圖

表1 整車參數

車型參數 整備質量/kg1 840 發動機扭矩/Nm265 電機扭矩/Nm160 電池容量/Ah37 系統綜合扭矩/Nm425

1.2 測試設備

利用AVL-DRIVE系統和自主開發的客觀數據采集設備，以及三向加速度傳感器、車載自動診斷系統（On-Board Diagnostics, OBD）連接線及測試電腦，三向加速度傳感器裝于車內靠近質心的位置，為測試的最主要的傳感器[5]，用于采集車輛控制器局域網（Controller Area Network, CAN）總線信號和加速度傳感器信號，進而研究并計算車輛在縱向動力學上的響應性水平，并對混動車型在不同工況下的響應指標進行分析和客觀評價。

2 測評工況及指標

根據消費者日常駕駛對響應性需求比較高的實際駕駛場景，將測試工況分為蠕行起步、原地起步、動態起步、急加速、急加速kick down降擋和駕駛模式切換6個主要工況。再結合消費者在不同駕駛場景下的主觀需求，制定相應工況下的響應性評價指標，關注消費者日常駕駛的中小油門扭矩跟隨情況，其中，駕駛模式切換工況為混動車型特色測試工況，評價指標依據不同動力源切換完成的主觀感受制定。整車響應性評價工況及相應指標如表2所示。

表2 整車響應性評價指標

測試工況評價指標單位 蠕行起步松制動響應時間s 原地起步起步響應時間s 動態起步跟車響應時間s 急加速急踩踏板響應時間s 急加速kick down降擋降擋響應時間s 駕駛模式切換EV至HEV-Sport響應時間s HEV-Sport至EV響應時間s

其中，蠕行起步工況是模擬駕駛員低速駛離停車地點等駕駛場景。測評指標為松制動響應時間，是計算從松開制動踏板開始，不踩加速踏板情況下，縱向加速度增加0.1 m/s2的時間。

原地起步工況是模擬駕駛員以稍高車速駛離停車地點等駕駛場景。測評指標為起步響應時間，起步響應時間是計算從踩下加速踏板到縱向加速度達到最大加速度70%的時間。

動態起步工況是模擬駕駛員在紅綠燈路口或交通擁堵情況下緩慢跟車行駛等駕駛場景。測評指標為跟車響應時間，是計算車速降低至5 km/h～10 km/h后，重新踩下加速踏板到縱向加速度增加1 m/s2的時間。

急加速工況是模擬駕駛員在駕車過程中快速超車等駕駛場景。測評指標為急踩踏板響應時間，是計算從踩下加速踏板到縱向加速度增加0.5 m/s2的時間。

急加速kick down降擋工況是模擬駕駛員在急加速超車過程中踩下全加速踏板觸發了kick down開關的駕駛場景。測評指標為降擋響應時間，是計算從踩下加速踏板到縱向加速度增加0.5 m/s2的時間。

駕駛模式切換工況是模擬駕駛員在正常行車過程中為了節油或動力更足而主動切換駕駛模式的駕駛場景。考慮到行駛安全因素，駕駛員主動切換駕駛模式的情況分為兩種，一是在加速時將駕駛模式從EV切換為HEV-Sport，二是在減速過程中將駕駛模式從HEV-Sport切換為EV，兩種工況下車速和加速踏板開度均不高。測評指標分別為EV至HEV-Sport響應時間、HEV-Sport至EV響應時間。EV至HEV-Sport模式響應時間是計算從按下模式切換按鍵開始至加速度增加1 m/s2的時間；HEV-Sport至EV模式響應時間是計算從按下模式切換按鍵開始至加速度下降至50%的時間。

3 測試結果

結合被測混動車型的動力傳動路徑[6]，對被測車型在不同工況下的響應性指標進行分析和評價，并針對被測車輛混動構型對提升傳動系響應性能提供優化方向[7]。指標評分表示被測車型指標數值與數據庫車型指標數值相比的水平，目標得分為7.0分。整車動力傳動路徑如圖2所示。

圖2 被測車輛動力傳遞路徑

3.1 蠕行起步

蠕行起步松制動響應時間為0.62 s，得分6.4分，測試結果如圖3所示。

此工況下車輛主要動力輸出為電機，根據動力傳動路徑分析，此過程影響響應時間的主要因素為傳動系間隙以及蠕行扭矩控制策略。

3.2 原地起步

50%加速踏板開度的原地起步響應時間測試結果如圖4所示。響應時間為0.56 s，得分6.7分。

此工況下車輛主要動力為發動機和電機聯合輸出，動力經兩條路徑傳遞在輸出軸進行動力耦合共同驅動車輛，此過程影響響應時間的主要因素為離合器接合特性和動力源與變速箱匹配策略。

圖3 蠕行起步松制動響應時間

圖4 原地起步響應時間

3.3 動態起步

動態起步跟車響應時間測試結果如圖5所示。車速降低至5 km/h附近，重新踩下40%加速踏板加速到縱向加速度增加1 m/s2的時間為0.63 s，得分6.3分。

此工況下車輛主要的動力來源取決于重新踩下加速踏板的深度和速率，本測試條件下仍以電機驅動為主，根據動力傳遞路徑分析，此過程影響響應時間的主要因素為電機扭矩控制策略。

圖5 動態起步跟車響應時間

3.4 急加速

急加速響應時間的測試結果如圖6所示。響應時間為0.45 s，得分為6.7分。

急加速工況下主要動力為發動機和電機聯合輸出，動力傳遞路徑與原地起步工況相同，此過程影響響應時間的主要因素為電機與發動機動力耦合策略和發動機與變速箱動力匹配策略。

圖6 急加速急踩踏板響應時間

為了對比不同加速踏板開度對節氣門響應性的影響，測試了在急加速工況下30%、50%、75%和100%加速踏板開度的節氣門響應數據，結果如圖7所示。結果表明隨著加速踏板開度的增加，節氣門響應速率有變快的趨勢，最大油門比最小油門的節氣門響應時間快0.09 s，縮短約11%。因此，在標定油門-扭矩特性時，在保證經濟性的前提下，盡可能地將需求扭矩提前釋放，可提升節氣門響應性。

圖7 急加速工況節氣門響應性對比

3.5 急加速kick down降擋

急加速lick down降擋響應時間的測試結果如圖8所示。降擋響應時間為0.43 s，得分為8.0分。

圖8 急加速kick down降擋響應時間

此工況下主要動力為發動機和電機聯合輸出，動力傳遞路徑為兩條，路徑與原地起步工況相同，此過程影響響應時間的主要因素為電機與發動機動力耦合策略和發動機與變速箱動力匹配策略。

3.6 駕駛模式切換

EV至HEV-Sport模式響應時間測試結果如圖9所示，響應時間為1.93 s。HEV-Sport至EV模式響應時間測試結果如圖10所示，響應時間為1.33 s。模式切換響應時間雖無專項評分，但參考相關文獻，其時間控制在2 s內是可接受的[8]，被測車型均控制在2 s以內。

圖9 EV模式切換至HEV-Sport模式響應時間

圖10 HEV-Sport模式切換至EV模式響應時間

在EV模式向HEV-Sport模式切換過程中，根據EV模式和HEV-Sport模式下不同的動力傳遞路徑分析，此過程影響模式切換響應時間的主要因素是模式切換策略以及離合器控制策略。

在HEV-Sport至EV模式切換過程中，原本發動機和電機共同提供滑行減速拖滯力，在車速降至60 km/h時按下模式切換按鍵瞬間，發動機停機不再提供拖滯力，電機回收能量繼續提供拖滯力。影響模式切換響應時間的主要因素是模式切換策略和能量回收策略。

4 總結

各工況下的響應性評價指標數值及得分情況如表3所示。

表3 被測車型響應性評價指標數值及得分

評價指標響應時間/s得分/分目標分/分 松制動響應時間0.626.47.0 起步響應時間0.566.77.0 跟車響應時間0.636.37.0 急踩踏板響應時間0.456.77.0 降擋響應時間0.438.07.0 EV至HEV-Sport響應時間1.93 7.0 HEV-Sport至EV響應時間1.33 7.0

通過上述分析可以得到以下結論：

（1）響應性對整車品質及匹配策略有較高的要求，同時對提升駕駛者的駕駛感受有較大促進作用；

（2）通過對被測混動車型動力傳遞路徑的分析，在響應性提升方面以提升不同動力源與變速箱匹配的標定性能為主；

（3）在標定車輛油門-扭矩特性時，在保證經濟性的前提下，盡可能地將需求扭矩提前釋放，對提升節氣門響應性有所幫助。

[1] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.混合動力電動汽車動力性能試驗方法:GBT 19752—2005[S].北京:中國標準出版社,2005.

[2] 章圣律.插電式混合動力汽車動力性及經濟性綜合分析[J]. 時代汽車,2020(14):106-107.

[3] 賀春榮.混合動力系統模式切換平順性優化控制[D].鎮江:江蘇大學, 2017.

[4] 程靜.混合動力汽車模式切換過程動力傳動系動力學響應品質評價方法[D].合肥:合肥工業大學,2021.

[5] 陳銘,黃炯,魏喜樂.AVL DRIVE在整車駕駛性能開發的運用[J].汽車實用技術,2021,46(12):117-119.

[6] 羅勇,韋永恒,王佳男,等.駕駛員起步意圖識別的P2.5 插混單離合起步控制策略[J].重慶理工大學學報(自然科學),2021,35(8): 39-47.

[7] 鄭晨飛,姚曉山,曹曉雨,等.兩軸驅動混合動力汽車動力系統的優化設計[J].江蘇大學學報(自然科學版), 2021,42(1):22-27.

[8] 陳夢青,劉宏江,李連豹,等.整車動力響應性影響因素研究[J].內燃機,2021(6):32-35.

Dynamic Responsiveness Test and Analysis of Hybrid Electric Vehicles

GUO Wencui1, NIE Guole1, YANG Jianjun1,2, LI Jingyuan1,2

( 1.CATARC Automotive Test Center (Tianjin) Company Limited, Tianjin 300300, China;2.China Automotive Technology and Research Center Company Limited, Tianjin 300300, China )

The improvement of vehicle dynamic responsiveness is conducive to the improvement of power level, and is one of the important indicators to improve consumers' driving experience. Some models have sufficient power but poor power response, which seriously affects the driving experience of consumers. Starting from the actual driving scenario with high responsiveness demand of consumers, this paper designed six test conditions for a hybrid electric vehicle, including creep start, in place start, dynamic start, rapid acceleration, kick down downshift and mode switching, and formulated seven responsiveness evaluation indexes and corresponding analysis methods, including creep start response time and in place start response time. From the perspective of consumers' actual use, this paper put forward the responsive indicators that should be paid attention to in the process of dynamic development, so as to improve consumers' satisfaction with the brand. The analysis results show that the dynamic responsiveness of hybrid electric vehicles is affected by the vehicle performance adjustment and power source matching strategy, and the control strategy of releasing the required torque as soon as possible is conducive to the improvement of responsiveness.

Responsiveness; Dynamic property; Hybrid electric vehicle; Control strategy; Test and analysis;Consumers'satisfaction

U461.2

A

1671-7988(2022)21-127-06

U461.2

A

1671-7988(2022)21-127-06

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.021.024

郭文翠（1985—），女，碩士，工程師，研究方向為整車駕駛性開發及動力系統匹配標定，E-mail:guowencui @catarc.ac.cn。