郭文翠，聶國樂，楊建軍,2，李菁元,2

混合動力整車動力響應(yīng)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(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

整車動力響應(yīng)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(biāo)之一。有些車型動力性很足，動力響應(yīng)性卻不佳，嚴(yán)重影響消費者的駕駛感受。論文從消費者對響應(yīng)性需求高的實際駕駛場景出發(fā)，針對某款混合動力車型設(shè)計了蠕行起步、原地起步、動態(tài)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(yīng)時間、原地起步響應(yīng)時間等7項響應(yīng)性評價指標(biāo)及相應(yīng)分析方法，從消費者實際使用角度提出動力性開發(fā)過程中應(yīng)關(guān)注的響應(yīng)性指標(biāo)，進而提升消費者對品牌的滿意度。分析結(jié)果表明，混動車型動力響應(yīng)性受整車性能調(diào)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(yīng)性的提升。

響應(yīng)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(jù)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(yīng)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(xiàn)，屬于絕對動力輸出，而動力響應(yīng)性是指車輛達(dá)到駕駛員需求扭矩的時間，屬于相對動力輸出。動力響應(yīng)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(yīng)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(yīng)性占絕對影響力。

響應(yīng)性快慢不僅跟消費者駕駛感受直接相關(guān)，同時對零部件匹配選型和性能開發(fā)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(biāo)之一。特別是針對兼顧經(jīng)濟性和續(xù)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(yīng)特性與傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛有較大差別，其動力學(xué)響應(yīng)品質(zhì)的關(guān)注要點和特征指標(biāo)也發(fā)生了較大變化，迫切需要重新構(gòu)建面向混合動力車輛動力傳動系技術(shù)特征的動力學(xué)品質(zhì)評價體系[4]。因此，本文將從混合動力車型的動力響應(yīng)性測試指標(biāo)、評價方法和優(yōu)化方向三個關(guān)鍵技術(shù)進行研究，為研發(fā)高品質(zhì)混合動力車輛的動力性能提供基礎(chǔ)，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(gòu)型（如圖1所示）的混合動力轎車，電機位于變速箱內(nèi)偶數(shù)擋輸入軸上，動力源由1.5 L增壓發(fā)動機和60 kW的永磁同步驅(qū)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(shù)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(jīng)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(qū)動車輛，最經(jīng)濟；混動運動模式充分利用發(fā)動機和電機功率，動力最充沛；而車輛默認(rèn)的駕駛模式為動力和經(jīng)濟兼顧的混動舒適模式，本文測試數(shù)據(jù)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(gòu)型簡圖

表1 整車參數(shù)

車型參數(shù) 整備質(zhì)量/kg1 840 發(fā)動機扭矩/Nm265 電機扭矩/Nm160 電池容量/Ah37 系統(tǒng)綜合扭矩/Nm425

1.2 測試設(shè)備

利用AVL-DRIVE系統(tǒng)和自主開發(fā)的客觀數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以及三向加速度傳感器、車載自動診斷系統(tǒng)（On-Board Diagnostics, OBD）連接線及測試電腦，三向加速度傳感器裝于車內(nèi)靠近質(zhì)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(wǎng)（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(xué)上的響應(yīng)性水平，并對混動車型在不同工況下的響應(yīng)指標(biāo)進行分析和客觀評價。

2 測評工況及指標(biāo)

根據(jù)消費者日常駕駛對響應(yīng)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(tài)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(jié)合消費者在不同駕駛場景下的主觀需求，制定相應(yīng)工況下的響應(yīng)性評價指標(biāo)，關(guān)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(biāo)依據(jù)不同動力源切換完成的主觀感受制定。整車響應(yīng)性評價工況及相應(yīng)指標(biāo)如表2所示。

表2 整車響應(yīng)性評價指標(biāo)

測試工況評價指標(biāo)單位 蠕行起步松制動響應(yīng)時間s 原地起步起步響應(yīng)時間s 動態(tài)起步跟車響應(yīng)時間s 急加速急踩踏板響應(yīng)時間s 急加速kick down降擋降擋響應(yīng)時間s 駕駛模式切換EV至HEV-Sport響應(yīng)時間s HEV-Sport至EV響應(yīng)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(biāo)為松制動響應(yīng)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(biāo)為起步響應(yīng)時間，起步響應(yīng)時間是計算從踩下加速踏板到縱向加速度達(dá)到最大加速度70%的時間。

動態(tài)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(biāo)為跟車響應(yīng)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(biāo)為急踩踏板響應(yīng)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(fā)了kick down開關(guān)的駕駛場景。測評指標(biāo)為降擋響應(yīng)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(jié)油或動力更足而主動切換駕駛模式的駕駛場景?？紤]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(biāo)分別為EV至HEV-Sport響應(yīng)時間、HEV-Sport至EV響應(yīng)時間。EV至HEV-Sport模式響應(yīng)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(yīng)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(jié)果

結(jié)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(yīng)性指標(biāo)進行分析和評價，并針對被測車輛混動構(gòu)型對提升傳動系響應(yīng)性能提供優(yōu)化方向[7]。指標(biāo)評分表示被測車型指標(biāo)數(shù)值與數(shù)據(jù)庫車型指標(biāo)數(shù)值相比的水平，目標(biāo)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(yīng)時間為0.62 s，得分6.4分，測試結(jié)果如圖3所示。

此工況下車輛主要動力輸出為電機，根據(jù)動力傳動路徑分析，此過程影響響應(yīng)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(yīng)時間測試結(jié)果如圖4所示。響應(yīng)時間為0.56 s，得分6.7分。

此工況下車輛主要動力為發(fā)動機和電機聯(lián)合輸出，動力經(jīng)兩條路徑傳遞在輸出軸進行動力耦合共同驅(qū)動車輛，此過程影響響應(yīng)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(yīng)時間

圖4 原地起步響應(yīng)時間

3.3 動態(tài)起步

動態(tài)起步跟車響應(yīng)時間測試結(jié)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(qū)動為主，根據(jù)動力傳遞路徑分析，此過程影響響應(yīng)時間的主要因素為電機扭矩控制策略。

圖5 動態(tài)起步跟車響應(yīng)時間

3.4 急加速

急加速響應(yīng)時間的測試結(jié)果如圖6所示。響應(yīng)時間為0.45 s，得分為6.7分。

急加速工況下主要動力為發(fā)動機和電機聯(lián)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(yīng)時間的主要因素為電機與發(fā)動機動力耦合策略和發(fā)動機與變速箱動力匹配策略。

圖6 急加速急踩踏板響應(yīng)時間

為了對比不同加速踏板開度對節(jié)氣門響應(yīng)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(jié)氣門響應(yīng)數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖7所示。結(jié)果表明隨著加速踏板開度的增加，節(jié)氣門響應(yīng)速率有變快的趨勢，最大油門比最小油門的節(jié)氣門響應(yīng)時間快0.09 s，縮短約11%。因此，在標(biāo)定油門-扭矩特性時，在保證經(jīng)濟性的前提下，盡可能地將需求扭矩提前釋放，可提升節(jié)氣門響應(yīng)性。

圖7 急加速工況節(jié)氣門響應(yīng)性對比

3.5 急加速kick down降擋

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

圖8 急加速kick down降擋響應(yīng)時間

此工況下主要動力為發(fā)動機和電機聯(lián)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(yīng)時間的主要因素為電機與發(fā)動機動力耦合策略和發(fā)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(yīng)時間測試結(jié)果如圖9所示，響應(yīng)時間為1.93 s。HEV-Sport至EV模式響應(yīng)時間測試結(jié)果如圖10所示，響應(yīng)時間為1.33 s。模式切換響應(yīng)時間雖無專項評分，但參考相關(guān)文獻(xiàn)，其時間控制在2 s內(nèi)是可接受的[8]，被測車型均控制在2 s以內(nèi)。

圖9 EV模式切換至HEV-Sport模式響應(yīng)時間

圖10 HEV-Sport模式切換至EV模式響應(yīng)時間

在EV模式向HEV-Sport模式切換過程中，根據(jù)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(yīng)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(fā)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(fā)動機停機不再提供拖滯力，電機回收能量繼續(xù)提供拖滯力。影響模式切換響應(yīng)時間的主要因素是模式切換策略和能量回收策略。

4 總結(jié)

各工況下的響應(yīng)性評價指標(biāo)數(shù)值及得分情況如表3所示。

表3 被測車型響應(yīng)性評價指標(biāo)數(shù)值及得分

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

通過上述分析可以得到以下結(jié)論：

（1）響應(yīng)性對整車品質(zhì)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(yīng)性提升方面以提升不同動力源與變速箱匹配的標(biāo)定性能為主；

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

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[2] 章圣律.插電式混合動力汽車動力性及經(jīng)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(tǒng)模式切換平順性優(yōu)化控制[D].鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué), 2017.

[4] 程靜.混合動力汽車模式切換過程動力傳動系動力學(xué)響應(yīng)品質(zhì)評價方法[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2021.

[5] 陳銘,黃炯,魏喜樂.AVL DRIVE在整車駕駛性能開發(fā)的運用[J].汽車實用技術(shù),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(xué)學(xué)報(自然科學(xué)),2021,35(8): 39-47.

[7] 鄭晨飛,姚曉山,曹曉雨,等.兩軸驅(qū)動混合動力汽車動力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2021,42(1):22-27.

[8] 陳夢青,劉宏江,李連豹,等.整車動力響應(yīng)性影響因素研究[J].內(nèi)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(fā)及動力系統(tǒng)匹配標(biāo)定，E-mail:guowencui @catarc.ac.cn。