考虑复杂工况的混合动力汽车动力总成匹配对整车性能影响

摘要：混合动力汽车的动力总成系统结构复杂、能量路径多样，其性能表现不仅受到发动机与电机本身参数影响，更与动力总成匹配策略密切相关。在多变道路环境与驾驶工况下，合理匹配各组成部件参数与工作协同关系，是提升整车动力性、经济性与环境适应性的关键。本文从复杂工况特征出发，分析动力系统匹配对整车动态响应、能量管理及运行效率的影响机制，提出面向不同工况优化设计的匹配路径与仿真分析方法，助力混合动力汽车综合性能提升。

关键词：混合动力；动力总成；整车性能

一、复杂工况条件下动力总成系统匹配要素解析

（一）驾驶工况变化对驱动系统结构选型的制约作用

动力总成结构在复杂工况下对驱动系统提出多样化响应能力要求，需兼顾动力性、燃油经济性与瞬态加速需求。城市道路频繁启停、高速工况需高速巡航、山区路段面临爬坡负载变化，构成不同工况下对发动机、电机与电池的输出特性匹配的约束边界。针对启动频繁的城郊交通，串联架构电机主驱模式优势明显；面对高速长距离工况，并联结构依赖发动机直驱节油效果更佳。不同结构选择直接影响控制策略制定与整车响应时延，因此结构匹配需从工况概率分布、典型运行区间与能量转化路径多维综合评估，才能构建兼顾多场景适应性的系统基础。

（二）动力单元参数对能量管理策略响应边界的影响

发动机排量、电机额定功率、电池放电倍率等关键参数直接决定动力单元的能量输出能力与响应速度，进而影响能量管理策略的实际可执行性。在复杂道路场景中，频繁变载要求电机具备足够的峰值扭矩能力支撑加速需求，而大排量发动机在低速工况下效率偏低，需通过优化控制策略提升其运行点聚集程度。电池容量与倍率设定若偏离整车工况特征，将导致能量切换延迟或能耗异常上升，严重时影响驾驶平顺性。参数匹配必须以典型工况的转矩需求与功率响应频谱为基础，结合多目标优化方法确定各组件的设计工况区域，确保各能量单元能够在策略要求下稳定协同运行。

（三）控制耦合关系对整车综合性能的间接调节效应

复杂工况下，动力总成各组成单元协同关系对整车运行效率起间接调节作用。能量传递过程中的耦合控制主要体现为发动机、电机扭矩分配机制与电池荷电状态调节策略。工况切换过程中若电机与发动机响应延迟不一致，将导致驱动扭矩波动，引发车辆冲击感或油耗升高。荷电状态的目标窗口若设置不合理，会造成发动机频繁启停，增加热机损耗。匹配设计过程中，需通过系统动态响应建模，评估多单元控制间的相互干扰与协同效果。结合模糊控制、模型预测控制等先进方法构建耦合响应调节器，可有效提升整车平顺性与响应一致性，为系统稳定运行提供保障。

二、混合动力动力总成匹配对整车性能的影响机理

（一）对动力性响应能力与加速性能的一致性影响

动力总成匹配关系对整车动力性表现具有基础决定作用，在起步、加速及高速超车等动态工况中，动力输出的稳定性与响应速度直接关系到驾驶体验与安全性能。若发动机响应滞后或电机峰值扭矩不足，将导致起步加速迟缓或中途动力中断。动力性指标如0-100km/h加速时间、30%-80%中段加速时间等均可作为评价动力匹配合理性的量化依据。不同架构混动系统在响应路径、能量切换逻辑上的差异，对动力协调能力提出差异化设计要求。例如，功率分流型系统在控制响应速度上优于传统并联模式，但对控制策略精度要求更高。通过仿真平台建立典型工况动力响应曲线，对不同配置下整车加速能力、超车反应与系统延迟进行对比分析，可精准评估动力总成匹配对整车动态性能的综合影响，并据此调整发动机电机组合形式与动力输出路径。

（二）对整车能耗水平与热效率分布的能量影响

整车能耗的高低与各能量单元的工作状态密切相关，而动力总成匹配关系决定了能量流动路径与主要能量载体的负荷分配。发动机在高负荷区工作效率较高，但长时间维持高负荷运行将提升冷却系统压力与油耗波动。电机高效区相对集中，通过电机主驱模式可使整车在低速段保持较高效率；若匹配不当，部分工况下电机负载过高，导致电池放电倍率超限，影响系统稳定性与电池寿命。匹配策略应将整车工况划分为若干运行子域，分别构建发动机、电机工作效率等值面图，叠加整车运行概率密度函数，求解不同配置组合下的全局热效率期望值。在此基础上，利用遗传算法或粒子群优化算法调整发动机曲线、电机布置与传动比设置，实现驱动区间与高效区间的最大重叠，确保整车能量输出路径最优，全面降低百公里等效油耗并提升系统能量利用率。

（三）对整车驾驶平顺性与动态稳定性的调节作用

在动态驾驶工况中，动力总成切换过程是否平稳直接决定车辆的舒适性与控制稳定性。发动机介入时的转速匹配、电机切断时的扭矩交接、电池荷电状态波动引起的能量管理策略变化，均可引发整车扭矩输出的非连续性。若动力系统设计过程中未充分考虑工况突变、传动系统回差与控制延迟等因素，车辆在加减速或再加速过程中易产生冲击感，影响驾驶体验并加剧动力系统部件磨损。通过建立以转矩波动率、系统延迟时间与切换冲击量为核心指标的平顺性评价模型，结合实车测试与硬件在环仿真技术，可对不同动力总成结构在工况变化过程中的动态行为进行量化分析。优化控制策略时，应增加电机缓冲带与动态滤波机制，在发动机介入初期提前设定电机扭矩补偿值，通过相位匹配技术减缓动力输出突变，实现高阶工况响应过程的平稳过渡，提升整车稳定性。

（四）对整车续航能力与能量回收效率的影响机制

续航能力不仅由电池容量与能耗水平决定，更与动力系统的能量管理策略与回收路径匹配程度紧密相关。在复杂工况如城市拥堵、山地道路或频繁制动环境下，能量回收能力成为决定实际续航水平的关键因素。若系统未能实现电机制动与液压制动的合理耦合，将导致能量回收机会损失或制动稳定性下降。电池荷电状态管理亦需与能量回收能力匹配，否则可能因电量过满无法吸收回收能量，降低能效。构建以能量回收功率、制动工况强度与荷电状态变化率为输入的多变量优化模型，通过仿真平台评估不同匹配策略下的能量回收效率，分析电机功率等级、减速阶段分配与电池容量调整对整车续航能力的复合作用机制。在匹配过程中引入滚动预测与工况识别技术，提升能量管理系统对未来状态的适应能力，在保障安全的前提下，实现能量回收效率最大化，进而显著延长整车续航里程，满足不同场景使用需求。

结束语：混合动力汽车在复杂工况下的整车性能表现高度依赖于动力总成各组成单元的匹配关系与协同机制。通过合理设定发动机、电机、电池等关键部件的技术参数，构建针对多工况环境的匹配模型与控制策略，能够有效提升整车动力响应、能量利用与运行稳定性。未来动力总成匹配设计应更多融合大数据分析与智能优化方法，实现系统从被动控制向主动预测转型，为混合动力整车性能持续优化提供坚实支撑。

参考文献

[1]张泽宇，孟庆岩.面向工况优化的混合动力系统参数匹配方法研究[J].汽车工程，2023，45（03）：317-323.

[2]刘鹏，赵一鸣.动力总成匹配对HEV整车性能影响分析[J].机械设计与制造，2023，43（02）：94-98.