混合動(dòng)力整車(chē)動(dòng)力響應(yīng)性測(cè)試分析

郭文翠，聶國(guó)樂(lè)，楊建軍,2，李菁元,2

混合動(dòng)力整車(chē)動(dòng)力響應(yīng)性測(cè)試分析

郭文翠1，聶國(guó)樂(lè)1，楊建軍1,2，李菁元1,2

（1.中汽研汽車(chē)檢驗(yàn)中心（天津）有限公司，天津 300300；2.中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

整車(chē)動(dòng)力響應(yīng)性的提升有助于動(dòng)力性水平的改善，是提升消費(fèi)者駕駛感受的重要指標(biāo)之一。有些車(chē)型動(dòng)力性很足，動(dòng)力響應(yīng)性卻不佳，嚴(yán)重影響消費(fèi)者的駕駛感受。論文從消費(fèi)者對(duì)響應(yīng)性需求高的實(shí)際駕駛場(chǎng)景出發(fā)，針對(duì)某款混合動(dòng)力車(chē)型設(shè)計(jì)了蠕行起步、原地起步、動(dòng)態(tài)起步、急加速、急加速kick down降擋和模式切換6種測(cè)試工況，并制定了蠕行起步響應(yīng)時(shí)間、原地起步響應(yīng)時(shí)間等7項(xiàng)響應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)及相應(yīng)分析方法，從消費(fèi)者實(shí)際使用角度提出動(dòng)力性開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)關(guān)注的響應(yīng)性指標(biāo)，進(jìn)而提升消費(fèi)者對(duì)品牌的滿(mǎn)意度。分析結(jié)果表明，混動(dòng)車(chē)型動(dòng)力響應(yīng)性受整車(chē)性能調(diào)校及動(dòng)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(dòng)力性；混合動(dòng)力車(chē)型；控制策略；測(cè)試分析；消費(fèi)者滿(mǎn)意度

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

響應(yīng)性快慢不僅跟消費(fèi)者駕駛感受直接相關(guān)，同時(shí)對(duì)零部件匹配選型和性能開(kāi)發(fā)水平提升有較大影響，是提升品牌價(jià)值、降低用戶(hù)抱怨度的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。特別是針對(duì)兼顧經(jīng)濟(jì)性和續(xù)航能力的混合動(dòng)力車(chē)型[3]，混合動(dòng)力車(chē)輛動(dòng)力傳動(dòng)系的扭矩響應(yīng)特性與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛有較大差別，其動(dòng)力學(xué)響應(yīng)品質(zhì)的關(guān)注要點(diǎn)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(dòng)力車(chē)輛動(dòng)力傳動(dòng)系技術(shù)特征的動(dòng)力學(xué)品質(zhì)評(píng)價(jià)體系[4]。因此，本文將從混合動(dòng)力車(chē)型的動(dòng)力響應(yīng)性測(cè)試指標(biāo)、評(píng)價(jià)方法和優(yōu)化方向三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，為研發(fā)高品質(zhì)混合動(dòng)力車(chē)輛的動(dòng)力性能提供基礎(chǔ)，以提升消費(fèi)者駕乘體驗(yàn)。

1 基本信息

1.1 測(cè)試對(duì)象

被測(cè)車(chē)輛為P2.5構(gòu)型（如圖1所示）的混合動(dòng)力轎車(chē)，電機(jī)位于變速箱內(nèi)偶數(shù)擋輸入軸上，動(dòng)力源由1.5 L增壓發(fā)動(dòng)機(jī)和60 kW的永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)組合而成，匹配7速濕式雙離合自動(dòng)變速器輸出動(dòng)力，整車(chē)參數(shù)如表1所示。

被測(cè)車(chē)輛的駕駛模式主要有5種，分別為純電模式（Electric Vehicle, EV）、混動(dòng)經(jīng)濟(jì)模式（Hybrid Electric Vehicle-Ecology Conservation Optimization, HEV-ECO）、混動(dòng)舒適模式（Hybrid Electric Vehicle -Comfort, HEV-Comfort）、混動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(dòng)車(chē)輛，最經(jīng)濟(jì)；混動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)功率，動(dòng)力最充沛；而車(chē)輛默認(rèn)的駕駛模式為動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)兼顧的混動(dòng)舒適模式，本文測(cè)試數(shù)據(jù)均是在此模式下開(kāi)展的，電池電量（State of Charge, SOC）保持在60%～90%之間。

圖1 被測(cè)車(chē)輛構(gòu)型簡(jiǎn)圖

表1 整車(chē)參數(shù)

車(chē)型參數(shù) 整備質(zhì)量/kg1 840 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩/Nm265 電機(jī)扭矩/Nm160 電池容量/Ah37 系統(tǒng)綜合扭矩/Nm425

1.2 測(cè)試設(shè)備

利用AVL-DRIVE系統(tǒng)和自主開(kāi)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(chē)載自動(dòng)診斷系統(tǒng)（On-Board Diagnostics, OBD）連接線及測(cè)試電腦，三向加速度傳感器裝于車(chē)內(nèi)靠近質(zhì)心的位置，為測(cè)試的最主要的傳感器[5]，用于采集車(chē)輛控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network, CAN）總線信號(hào)和加速度傳感器信號(hào)，進(jìn)而研究并計(jì)算車(chē)輛在縱向動(dòng)力學(xué)上的響應(yīng)性水平，并對(duì)混動(dòng)車(chē)型在不同工況下的響應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行分析和客觀評(píng)價(jià)。

2 測(cè)評(píng)工況及指標(biāo)

根據(jù)消費(fèi)者日常駕駛對(duì)響應(yīng)性需求比較高的實(shí)際駕駛場(chǎng)景，將測(cè)試工況分為蠕行起步、原地起步、動(dòng)態(tài)起步、急加速、急加速kick down降擋和駕駛模式切換6個(gè)主要工況。再結(jié)合消費(fèi)者在不同駕駛場(chǎng)景下的主觀需求，制定相應(yīng)工況下的響應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，關(guān)注消費(fèi)者日常駕駛的中小油門(mén)扭矩跟隨情況，其中，駕駛模式切換工況為混動(dòng)車(chē)型特色測(cè)試工況，評(píng)價(jià)指標(biāo)依據(jù)不同動(dòng)力源切換完成的主觀感受制定。整車(chē)響應(yīng)性評(píng)價(jià)工況及相應(yīng)指標(biāo)如表2所示。

表2 整車(chē)響應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)

測(cè)試工況評(píng)價(jià)指標(biāo)單位 蠕行起步松制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間s 原地起步起步響應(yīng)時(shí)間s 動(dòng)態(tài)起步跟車(chē)響應(yīng)時(shí)間s 急加速急踩踏板響應(yīng)時(shí)間s 急加速kick down降擋降擋響應(yīng)時(shí)間s 駕駛模式切換EV至HEV-Sport響應(yīng)時(shí)間s HEV-Sport至EV響應(yīng)時(shí)間s

其中，蠕行起步工況是模擬駕駛員低速駛離停車(chē)地點(diǎn)等駕駛場(chǎng)景。測(cè)評(píng)指標(biāo)為松制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，是計(jì)算從松開(kāi)制動(dòng)踏板開(kāi)始，不踩加速踏板情況下，縱向加速度增加0.1 m/s2的時(shí)間。

原地起步工況是模擬駕駛員以稍高車(chē)速駛離停車(chē)地點(diǎn)等駕駛場(chǎng)景。測(cè)評(píng)指標(biāo)為起步響應(yīng)時(shí)間，起步響應(yīng)時(shí)間是計(jì)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(shí)間。

動(dòng)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(chē)行駛等駕駛場(chǎng)景。測(cè)評(píng)指標(biāo)為跟車(chē)響應(yīng)時(shí)間，是計(jì)算車(chē)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(shí)間。

急加速工況是模擬駕駛員在駕車(chē)過(guò)程中快速超車(chē)等駕駛場(chǎng)景。測(cè)評(píng)指標(biāo)為急踩踏板響應(yīng)時(shí)間，是計(jì)算從踩下加速踏板到縱向加速度增加0.5 m/s2的時(shí)間。

急加速kick down降擋工況是模擬駕駛員在急加速超車(chē)過(guò)程中踩下全加速踏板觸發(fā)了kick down開(kāi)關(guān)的駕駛場(chǎng)景。測(cè)評(píng)指標(biāo)為降擋響應(yīng)時(shí)間，是計(jì)算從踩下加速踏板到縱向加速度增加0.5 m/s2的時(shí)間。

駕駛模式切換工況是模擬駕駛員在正常行車(chē)過(guò)程中為了節(jié)油或動(dòng)力更足而主動(dòng)切換駕駛模式的駕駛場(chǎng)景?？紤]到行駛安全因素，駕駛員主動(dòng)切換駕駛模式的情況分為兩種，一是在加速時(shí)將駕駛模式從EV切換為HEV-Sport，二是在減速過(guò)程中將駕駛模式從HEV-Sport切換為EV，兩種工況下車(chē)速和加速踏板開(kāi)度均不高。測(cè)評(píng)指標(biāo)分別為EV至HEV-Sport響應(yīng)時(shí)間、HEV-Sport至EV響應(yīng)時(shí)間。EV至HEV-Sport模式響應(yīng)時(shí)間是計(jì)算從按下模式切換按鍵開(kāi)始至加速度增加1 m/s2的時(shí)間；HEV-Sport至EV模式響應(yīng)時(shí)間是計(jì)算從按下模式切換按鍵開(kāi)始至加速度下降至50%的時(shí)間。

3 測(cè)試結(jié)果

結(jié)合被測(cè)混動(dòng)車(chē)型的動(dòng)力傳動(dòng)路徑[6]，對(duì)被測(cè)車(chē)型在不同工況下的響應(yīng)性指標(biāo)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，并針對(duì)被測(cè)車(chē)輛混動(dòng)構(gòu)型對(duì)提升傳動(dòng)系響應(yīng)性能提供優(yōu)化方向[7]。指標(biāo)評(píng)分表示被測(cè)車(chē)型指標(biāo)數(shù)值與數(shù)據(jù)庫(kù)車(chē)型指標(biāo)數(shù)值相比的水平，目標(biāo)得分為7.0分。整車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)路徑如圖2所示。

圖2 被測(cè)車(chē)輛動(dòng)力傳遞路徑

3.1 蠕行起步

蠕行起步松制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間為0.62 s，得分6.4分，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

此工況下車(chē)輛主要?jiǎng)恿敵鰹殡姍C(jī)，根據(jù)動(dòng)力傳動(dòng)路徑分析，此過(guò)程影響響應(yīng)時(shí)間的主要因素為傳動(dòng)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(kāi)度的原地起步響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果如圖4所示。響應(yīng)時(shí)間為0.56 s，得分6.7分。

此工況下車(chē)輛主要?jiǎng)恿榘l(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)聯(lián)合輸出，動(dòng)力經(jīng)兩條路徑傳遞在輸出軸進(jìn)行動(dòng)力耦合共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，此過(guò)程影響響應(yīng)時(shí)間的主要因素為離合器接合特性和動(dòng)力源與變速箱匹配策略。

圖3 蠕行起步松制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間

圖4 原地起步響應(yīng)時(shí)間

3.3 動(dòng)態(tài)起步

動(dòng)態(tài)起步跟車(chē)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果如圖5所示。車(chē)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(shí)間為0.63 s，得分6.3分。

此工況下車(chē)輛主要的動(dòng)力來(lái)源取決于重新踩下加速踏板的深度和速率，本測(cè)試條件下仍以電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主，根據(jù)動(dòng)力傳遞路徑分析，此過(guò)程影響響應(yīng)時(shí)間的主要因素為電機(jī)扭矩控制策略。

圖5 動(dòng)態(tài)起步跟車(chē)響應(yīng)時(shí)間

3.4 急加速

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

急加速工況下主要?jiǎng)恿榘l(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)聯(lián)合輸出，動(dòng)力傳遞路徑與原地起步工況相同，此過(guò)程影響響應(yīng)時(shí)間的主要因素為電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力耦合策略和發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱動(dòng)力匹配策略。

圖6 急加速急踩踏板響應(yīng)時(shí)間

為了對(duì)比不同加速踏板開(kāi)度對(duì)節(jié)氣門(mén)響應(yīng)性的影響，測(cè)試了在急加速工況下30%、50%、75%和100%加速踏板開(kāi)度的節(jié)氣門(mén)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(kāi)度的增加，節(jié)氣門(mén)響應(yīng)速率有變快的趨勢(shì)，最大油門(mén)比最小油門(mén)的節(jié)氣門(mén)響應(yīng)時(shí)間快0.09 s，縮短約11%。因此，在標(biāo)定油門(mén)-扭矩特性時(shí)，在保證經(jīng)濟(jì)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(mén)響應(yīng)性。

圖7 急加速工況節(jié)氣門(mén)響應(yīng)性對(duì)比

3.5 急加速kick down降擋

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

圖8 急加速kick down降擋響應(yīng)時(shí)間

此工況下主要?jiǎng)恿榘l(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)聯(lián)合輸出，動(dòng)力傳遞路徑為兩條，路徑與原地起步工況相同，此過(guò)程影響響應(yīng)時(shí)間的主要因素為電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力耦合策略和發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱動(dòng)力匹配策略。

3.6 駕駛模式切換

EV至HEV-Sport模式響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果如圖9所示，響應(yīng)時(shí)間為1.93 s。HEV-Sport至EV模式響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果如圖10所示，響應(yīng)時(shí)間為1.33 s。模式切換響應(yīng)時(shí)間雖無(wú)專(zhuān)項(xiàng)評(píng)分，但參考相關(guān)文獻(xiàn)，其時(shí)間控制在2 s內(nèi)是可接受的[8]，被測(cè)車(chē)型均控制在2 s以?xún)?nèi)。

圖9 EV模式切換至HEV-Sport模式響應(yīng)時(shí)間

圖10 HEV-Sport模式切換至EV模式響應(yīng)時(shí)間

在EV模式向HEV-Sport模式切換過(guò)程中，根據(jù)EV模式和HEV-Sport模式下不同的動(dòng)力傳遞路徑分析，此過(guò)程影響模式切換響應(yīng)時(shí)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(guò)程中，原本發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同提供滑行減速拖滯力，在車(chē)速降至60 km/h時(shí)按下模式切換按鍵瞬間，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)不再提供拖滯力，電機(jī)回收能量繼續(xù)提供拖滯力。影響模式切換響應(yīng)時(shí)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(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值及得分情況如表3所示。

表3 被測(cè)車(chē)型響應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值及得分

評(píng)價(jià)指標(biāo)響應(yīng)時(shí)間/s得分/分目標(biāo)分/分 松制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間0.626.47.0 起步響應(yīng)時(shí)間0.566.77.0 跟車(chē)響應(yīng)時(shí)間0.636.37.0 急踩踏板響應(yīng)時(shí)間0.456.77.0 降擋響應(yīng)時(shí)間0.438.07.0 EV至HEV-Sport響應(yīng)時(shí)間1.93 7.0 HEV-Sport至EV響應(yīng)時(shí)間1.33 7.0

通過(guò)上述分析可以得到以下結(jié)論：

（1）響應(yīng)性對(duì)整車(chē)品質(zhì)及匹配策略有較高的要求，同時(shí)對(duì)提升駕駛者的駕駛感受有較大促進(jìn)作用；

（2）通過(guò)對(duì)被測(cè)混動(dòng)車(chē)型動(dòng)力傳遞路徑的分析，在響應(yīng)性提升方面以提升不同動(dòng)力源與變速箱匹配的標(biāo)定性能為主；

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

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能試驗(yàn)方法:GBT 19752—2005[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

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

[8] 陳夢(mèng)青,劉宏江,李連豹,等.整車(chē)動(dòng)力響應(yīng)性影響因素研究[J].內(nèi)燃機(jī),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

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.021.024

郭文翠（1985—），女，碩士，工程師，研究方向?yàn)檎?chē)駕駛性開(kāi)發(fā)及動(dòng)力系統(tǒng)匹配標(biāo)定，E-mail:guowencui @catarc.ac.cn。