混合动力整车动力响应性测试分析

郭文翠，聂国乐，杨建军,2，李菁元,2

混合动力整车动力响应性测试分析

郭文翠1，聂国乐1，杨建军1,2，李菁元1,2

（1.中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300300；2.中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300）

整车动力响应性的提升有助于动力性水平的改善，是提升消费者驾驶感受的重要指标之一。有些车型动力性很足，动力响应性却不佳，严重影响消费者的驾驶感受。论文从消费者对响应性需求高的实际驾驶场景出发，针对某款混合动力车型设计了蠕行起步、原地起步、动态起步、急加速、急加速kick down降挡和模式切换6种测试工况，并制定了蠕行起步响应时间、原地起步响应时间等7项响应性评价指标及相应分析方法，从消费者实际使用角度提出动力性开发过程中应关注的响应性指标，进而提升消费者对品牌的满意度。分析结果表明，混动车型动力响应性受整车性能调校及动力源匹配策略影响，尽早释放需求扭矩的控制策略有利于响应性的提升。

响应性；动力性；混合动力车型；控制策略；测试分析；消费者满意度

混合动力车辆的动力性水平依据GB/T 19752－2005进行评定[1]，主要包含混合动力模式和纯电动模式下的最高车速、最大爬坡度、加速时间和起步能力[2]。整车动力响应性作为动力性的一个方面，在一定程度上代表着动力性的水平，却也有别于动力性。一般动力性主要是外特性的体现，属于绝对动力输出，而动力响应性是指车辆达到驾驶员需求扭矩的时间，属于相对动力输出。动力响应性加快有助于动力性水平的提升，而动力性足的车子动力响应性却未必快，这也是大部分驾驶员抱怨动力足的车开起来却比较肉的主要原因。相较于绝对动力输出，车子能否如影随形地跟随驾驶者的意图，响应性占绝对影响力。

响应性快慢不仅跟消费者驾驶感受直接相关，同时对零部件匹配选型和性能开发水平提升有较大影响，是提升品牌价值、降低用户抱怨度的重要评价指标之一。特别是针对兼顾经济性和续航能力的混合动力车型[3]，混合动力车辆动力传动系的扭矩响应特性与传统内燃机车辆有较大差别，其动力学响应品质的关注要点和特征指标也发生了较大变化，迫切需要重新构建面向混合动力车辆动力传动系技术特征的动力学品质评价体系[4]。因此，本文将从混合动力车型的动力响应性测试指标、评价方法和优化方向三个关键技术进行研究，为研发高品质混合动力车辆的动力性能提供基础，以提升消费者驾乘体验。

1 基本信息

1.1 测试对象

被测车辆为P2.5构型（如图1所示）的混合动力轿车，电机位于变速箱内偶数挡输入轴上，动力源由1.5 L增压发动机和60 kW的永磁同步驱动电机组合而成，匹配7速湿式双离合自动变速器输出动力，整车参数如表1所示。

被测车辆的驾驶模式主要有5种，分别为纯电模式（Electric Vehicle, EV）、混动经济模式（Hybrid Electric Vehicle-Ecology Conservation Optimization, HEV-ECO）、混动舒适模式（Hybrid Electric Vehicle -Comfort, HEV-Comfort）、混动运动模式（Hybrid Electric Vehicle-Sport, HEV-Sport）、电量保持模式（SAVE）。其中纯电模式仅消耗电池电量驱动车辆，最经济；混动运动模式充分利用发动机和电机功率，动力最充沛；而车辆默认的驾驶模式为动力和经济兼顾的混动舒适模式，本文测试数据均是在此模式下开展的，电池电量（State of Charge, SOC）保持在60%～90%之间。

图1 被测车辆构型简图

表1 整车参数

车型参数 整备质量/kg1 840 发动机扭矩/Nm265 电机扭矩/Nm160 电池容量/Ah37 系统综合扭矩/Nm425

1.2 测试设备

利用AVL-DRIVE系统和自主开发的客观数据采集设备，以及三向加速度传感器、车载自动诊断系统（On-Board Diagnostics, OBD）连接线及测试电脑，三向加速度传感器装于车内靠近质心的位置，为测试的最主要的传感器[5]，用于采集车辆控制器局域网（Controller Area Network, CAN）总线信号和加速度传感器信号，进而研究并计算车辆在纵向动力学上的响应性水平，并对混动车型在不同工况下的响应指标进行分析和客观评价。

2 测评工况及指标

根据消费者日常驾驶对响应性需求比较高的实际驾驶场景，将测试工况分为蠕行起步、原地起步、动态起步、急加速、急加速kick down降挡和驾驶模式切换6个主要工况。再结合消费者在不同驾驶场景下的主观需求，制定相应工况下的响应性评价指标，关注消费者日常驾驶的中小油门扭矩跟随情况，其中，驾驶模式切换工况为混动车型特色测试工况，评价指标依据不同动力源切换完成的主观感受制定。整车响应性评价工况及相应指标如表2所示。

表2 整车响应性评价指标

测试工况评价指标单位 蠕行起步松制动响应时间s 原地起步起步响应时间s 动态起步跟车响应时间s 急加速急踩踏板响应时间s 急加速kick down降挡降挡响应时间s 驾驶模式切换EV至HEV-Sport响应时间s HEV-Sport至EV响应时间s

其中，蠕行起步工况是模拟驾驶员低速驶离停车地点等驾驶场景。测评指标为松制动响应时间，是计算从松开制动踏板开始，不踩加速踏板情况下，纵向加速度增加0.1 m/s2的时间。

原地起步工况是模拟驾驶员以稍高车速驶离停车地点等驾驶场景。测评指标为起步响应时间，起步响应时间是计算从踩下加速踏板到纵向加速度达到最大加速度70%的时间。

动态起步工况是模拟驾驶员在红绿灯路口或交通拥堵情况下缓慢跟车行驶等驾驶场景。测评指标为跟车响应时间，是计算车速降低至5 km/h～10 km/h后，重新踩下加速踏板到纵向加速度增加1 m/s²的时间。

急加速工况是模拟驾驶员在驾车过程中快速超车等驾驶场景。测评指标为急踩踏板响应时间，是计算从踩下加速踏板到纵向加速度增加0.5 m/s²的时间。

急加速kick down降挡工况是模拟驾驶员在急加速超车过程中踩下全加速踏板触发了kick down开关的驾驶场景。测评指标为降挡响应时间，是计算从踩下加速踏板到纵向加速度增加0.5 m/s²的时间。

驾驶模式切换工况是模拟驾驶员在正常行车过程中为了节油或动力更足而主动切换驾驶模式的驾驶场景。考虑到行驶安全因素，驾驶员主动切换驾驶模式的情况分为两种，一是在加速时将驾驶模式从EV切换为HEV-Sport，二是在减速过程中将驾驶模式从HEV-Sport切换为EV，两种工况下车速和加速踏板开度均不高。测评指标分别为EV至HEV-Sport响应时间、HEV-Sport至EV响应时间。EV至HEV-Sport模式响应时间是计算从按下模式切换按键开始至加速度增加1 m/s²的时间；HEV-Sport至EV模式响应时间是计算从按下模式切换按键开始至加速度下降至50%的时间。

3 测试结果

结合被测混动车型的动力传动路径[6]，对被测车型在不同工况下的响应性指标进行分析和评价，并针对被测车辆混动构型对提升传动系响应性能提供优化方向[7]。指标评分表示被测车型指标数值与数据库车型指标数值相比的水平，目标得分为7.0分。整车动力传动路径如图2所示。

图2 被测车辆动力传递路径

3.1 蠕行起步

蠕行起步松制动响应时间为0.62 s，得分6.4分，测试结果如图3所示。

此工况下车辆主要动力输出为电机，根据动力传动路径分析，此过程影响响应时间的主要因素为传动系间隙以及蠕行扭矩控制策略。

3.2 原地起步

50%加速踏板开度的原地起步响应时间测试结果如图4所示。响应时间为0.56 s，得分6.7分。

此工况下车辆主要动力为发动机和电机联合输出，动力经两条路径传递在输出轴进行动力耦合共同驱动车辆，此过程影响响应时间的主要因素为离合器接合特性和动力源与变速箱匹配策略。

图3 蠕行起步松制动响应时间

图4 原地起步响应时间

3.3 动态起步

动态起步跟车响应时间测试结果如图5所示。车速降低至5 km/h附近，重新踩下40%加速踏板加速到纵向加速度增加1 m/s²的时间为0.63 s，得分6.3分。

此工况下车辆主要的动力来源取决于重新踩下加速踏板的深度和速率，本测试条件下仍以电机驱动为主，根据动力传递路径分析，此过程影响响应时间的主要因素为电机扭矩控制策略。

图5 动态起步跟车响应时间

3.4 急加速

急加速响应时间的测试结果如图6所示。响应时间为0.45 s，得分为6.7分。

急加速工况下主要动力为发动机和电机联合输出，动力传递路径与原地起步工况相同，此过程影响响应时间的主要因素为电机与发动机动力耦合策略和发动机与变速箱动力匹配策略。

图6 急加速急踩踏板响应时间

为了对比不同加速踏板开度对节气门响应性的影响，测试了在急加速工况下30%、50%、75%和100%加速踏板开度的节气门响应数据，结果如图7所示。结果表明随着加速踏板开度的增加，节气门响应速率有变快的趋势，最大油门比最小油门的节气门响应时间快0.09 s，缩短约11%。因此，在标定油门-扭矩特性时，在保证经济性的前提下，尽可能地将需求扭矩提前释放，可提升节气门响应性。

图7 急加速工况节气门响应性对比

3.5 急加速kick down降挡

急加速lick down降挡响应时间的测试结果如图8所示。降挡响应时间为0.43 s，得分为8.0分。

图8 急加速kick down降挡响应时间

此工况下主要动力为发动机和电机联合输出，动力传递路径为两条，路径与原地起步工况相同，此过程影响响应时间的主要因素为电机与发动机动力耦合策略和发动机与变速箱动力匹配策略。

3.6 驾驶模式切换

EV至HEV-Sport模式响应时间测试结果如图9所示，响应时间为1.93 s。HEV-Sport至EV模式响应时间测试结果如图10所示，响应时间为1.33 s。模式切换响应时间虽无专项评分，但参考相关文献，其时间控制在2 s内是可接受的[8]，被测车型均控制在2 s以内。

图9 EV模式切换至HEV-Sport模式响应时间

图10 HEV-Sport模式切换至EV模式响应时间

在EV模式向HEV-Sport模式切换过程中，根据EV模式和HEV-Sport模式下不同的动力传递路径分析，此过程影响模式切换响应时间的主要因素是模式切换策略以及离合器控制策略。

在HEV-Sport至EV模式切换过程中，原本发动机和电机共同提供滑行减速拖滞力，在车速降至60 km/h时按下模式切换按键瞬间，发动机停机不再提供拖滞力，电机回收能量继续提供拖滞力。影响模式切换响应时间的主要因素是模式切换策略和能量回收策略。

4 总结

各工况下的响应性评价指标数值及得分情况如表3所示。

表3 被测车型响应性评价指标数值及得分

评价指标响应时间/s得分/分目标分/分 松制动响应时间0.626.47.0 起步响应时间0.566.77.0 跟车响应时间0.636.37.0 急踩踏板响应时间0.456.77.0 降挡响应时间0.438.07.0 EV至HEV-Sport响应时间1.93 7.0 HEV-Sport至EV响应时间1.33 7.0

通过上述分析可以得到以下结论：

（1）响应性对整车品质及匹配策略有较高的要求，同时对提升驾驶者的驾驶感受有较大促进作用；

（2）通过对被测混动车型动力传递路径的分析，在响应性提升方面以提升不同动力源与变速箱匹配的标定性能为主；

（3）在标定车辆油门-扭矩特性时，在保证经济性的前提下，尽可能地将需求扭矩提前释放，对提升节气门响应性有所帮助。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.混合动力电动汽车动力性能试验方法:GBT 19752—2005[S].北京:中国标准出版社,2005.

[2] 章圣律.插电式混合动力汽车动力性及经济性综合分析[J]. 时代汽车,2020(14):106-107.

[3] 贺春荣.混合动力系统模式切换平顺性优化控制[D].镇江:江苏大学, 2017.

[4] 程静.混合动力汽车模式切换过程动力传动系动力学响应品质评价方法[D].合肥:合肥工业大学,2021.

[5] 陈铭,黄炯,魏喜乐.AVL DRIVE在整车驾驶性能开发的运用[J].汽车实用技术,2021,46(12):117-119.

[6] 罗勇,韦永恒,王佳男,等.驾驶员起步意图识别的P2.5 插混单离合起步控制策略[J].重庆理工大学学报(自然科学),2021,35(8): 39-47.

[7] 郑晨飞,姚晓山,曹晓雨,等.两轴驱动混合动力汽车动力系统的优化设计[J].江苏大学学报(自然科学版), 2021,42(1):22-27.

[8] 陈梦青,刘宏江,李连豹,等.整车动力响应性影响因素研究[J].内燃机,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，硕士，工程师，研究方向为整车驾驶性开发及动力系统匹配标定，E-mail:guowencui @catarc.ac.cn。