基于純電動(dòng)汽車的駕駛性評(píng)價(jià)技術(shù)研究

馬騰 張?zhí)鞆?qiáng) 劉元治 張?chǎng)?/p>

（1. 中國(guó)第一汽車股份有限公司 新能源開發(fā)院，長(zhǎng)春130013；2. 汽車振動(dòng)噪聲與安全控制綜合技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春130013）

主題詞：純電動(dòng)汽車 駕駛性 主觀評(píng)價(jià) 客觀評(píng)價(jià)

1 引言

隨著全球能源形勢(shì)緊張和環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，節(jié)能環(huán)保的新能源汽車得到全社會(huì)高度重視[1]。純電動(dòng)汽車具備零排放、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)門檻低、噪音小、加速快和使用成本低的特點(diǎn)[2]受到國(guó)家、汽車行業(yè)重視和消費(fèi)者青睞，《新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃（2021-2035年）》提出，到2025年新能源汽車新車銷售量要達(dá)到汽車新車銷售總量的20%左右[3]。

絕大部分純電動(dòng)汽車由電機(jī)通過剛性連接一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)車輪，沒有傳統(tǒng)汽車中的變速箱，減少了離合器或液力變矩器這些柔性部件。同時(shí)，電機(jī)具備轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、低速輸出大轉(zhuǎn)矩、同一轉(zhuǎn)動(dòng)方向下正負(fù)轉(zhuǎn)矩快速切換的特性[4]。如果對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制不合理，極易造成車輛縱向竄動(dòng)、駕乘人員眩暈等不適駕乘體驗(yàn)。給客戶提供良好的駕駛體驗(yàn)是各大汽車廠商贏得客戶口碑、保持品牌競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)[5]。

車輛行駛時(shí)駕駛員的動(dòng)態(tài)感覺、決策行為、行為動(dòng)作和車輛瞬態(tài)響應(yīng)的交互感覺，都屬于駕駛性的研究范疇，駕駛員的期望和滿意度是駕駛性評(píng)價(jià)的最終依據(jù)[6]。

本文在理論分析和實(shí)踐基礎(chǔ)上，基于純電動(dòng)汽車，對(duì)車輛駕駛性評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行研究，分析了駕駛性主要影響因素，提出了駕駛性評(píng)價(jià)工況、主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)和客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)根據(jù)客觀評(píng)價(jià)方法可進(jìn)行駕駛性驗(yàn)證優(yōu)化，提升車輛駕駛性能及乘坐舒適性。

2 純電動(dòng)汽車駕駛性原理分析

2.1 駕駛性定義

駕駛性，即車輛的駕駛性能，對(duì)于純電動(dòng)汽車，指在規(guī)定的環(huán)境、駕駛條件下，車輛的電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)平順地執(zhí)行駕駛員輸入指令的能力。在駕駛性評(píng)價(jià)中，車輛的瞬態(tài)過程響應(yīng)占較大權(quán)重。駕駛性開發(fā)的目的主要是提高駕駛員在動(dòng)力性、舒適性方面的駕駛預(yù)期，以便實(shí)現(xiàn)最好的駕駛體驗(yàn)。

2.2 典型兩驅(qū)純電動(dòng)汽車構(gòu)型

純電動(dòng)汽車構(gòu)型根據(jù)電機(jī)個(gè)數(shù)和變速箱類型進(jìn)行分類，主要包括單電機(jī)直驅(qū)、前后軸雙電機(jī)直驅(qū)、輪轂電機(jī)和單電機(jī)兩擋變速箱4類。現(xiàn)在市場(chǎng)上大部分電動(dòng)車為電機(jī)剛性連接一級(jí)齒輪減速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)車輪的單電機(jī)直驅(qū)構(gòu)型，如圖1所示。本文以單電機(jī)直驅(qū)構(gòu)型的純電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，對(duì)車輛駕駛性評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行研究。

圖1 單電機(jī)直驅(qū)構(gòu)型示意

2.3 駕駛性影響因素分析

對(duì)于純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車，由于電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩響應(yīng)特性不同以及車輛傳動(dòng)系統(tǒng)不同的特點(diǎn)，使得純電動(dòng)汽車駕駛性影響因素主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面。

（1）傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪的間隙，此為機(jī)械系統(tǒng)固有特性，雖然傳動(dòng)系齒輪間隙可以通過齒輪雙面精磨、提高加工精度等工藝手段減小間隙影響，但無法完全去除。同時(shí)由于純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)與傳動(dòng)系之間為剛性連接，沒有傳統(tǒng)燃油汽車中的變速箱，缺少了離合器或液力變矩器等柔性部件，使得傳動(dòng)系間隙特性被放大，對(duì)駕駛性影響非常突出；同時(shí)，傳動(dòng)系剛度特性也對(duì)駕駛性有一定影響。

（2）對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，由于電機(jī)具備轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、低速輸出大轉(zhuǎn)矩、同一轉(zhuǎn)動(dòng)方向下正負(fù)轉(zhuǎn)矩快速切換等特性，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制精度、電機(jī)轉(zhuǎn)矩變化率等對(duì)駕駛性影響很大。

因此，在車輛開發(fā)階段，需設(shè)計(jì)駕駛工況測(cè)評(píng)車輛表現(xiàn)，根據(jù)車輛表現(xiàn)結(jié)果，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行針對(duì)性標(biāo)定優(yōu)化，來提升車輛駕駛性。

3 純電動(dòng)汽車駕駛性評(píng)價(jià)

3.1 駕駛性評(píng)價(jià)工況

基于純電動(dòng)汽車，駕駛性評(píng)價(jià)主要從換擋平順性能、起步加速性能、瞬態(tài)響應(yīng)性能、勻速行駛性能、能量回收減速性能、制動(dòng)穩(wěn)定性能方面進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

根據(jù)上述的6 個(gè)性能方向，駕駛性評(píng)價(jià)工況主要包含以下內(nèi)容。

（1）換擋平順性能：靜態(tài)擋位切換，車輛靜止不動(dòng)，擋位在P、R，P、D以及R、N、D之間快速切換；

（2）起步加速性能：

①爬行起步加速，車輛靜止不動(dòng)時(shí)，擋位掛在D或R擋，松開制動(dòng)踏板，不踩油門踏板，車輛自由加速至穩(wěn)定車速；

②原地起步加速，車輛靜止不動(dòng)時(shí)，擋位掛在D或R 擋，松開制動(dòng)踏板后，完全踩下或者部分踩下油門踏板，車輛加速至穩(wěn)定車速；

（3）瞬態(tài)響應(yīng)性能：

①勻速或減速行駛時(shí)加速響應(yīng)，車輛勻速或減速行駛時(shí)，擋位在D 擋，完全踩下或者部分踩下油門踏板，車輛加速至穩(wěn)定車速；

②勻速或加速行駛時(shí)減速響應(yīng)，車輛勻速或加速行駛，擋位在D 擋，完全松開油門踏板，不踩制動(dòng)踏板，使車輛進(jìn)入減速狀態(tài)；

（4）勻速行駛性能：勻速行駛，車輛加速至一定車速，擋位在D 擋，極小開度微調(diào)油門踏板使車輛保持勻速行駛；

（5）能量回收減速性能：零開度加速踏板制動(dòng)踏板減速感，車輛加速至一定車速以上，擋位在D擋時(shí)，完全松開油門踏板，不踩制動(dòng)踏板，使車輛進(jìn)入減速狀態(tài)，滑行至最低穩(wěn)定車速；

（6）制動(dòng)穩(wěn)定性能：不同制動(dòng)踏板開度減速感，車輛加速至一定車速以上，擋位在D 擋，完全松開油門踏板，完全踩下制動(dòng)踏板或者部分踩下制動(dòng)踏板，使車輛進(jìn)入減速狀態(tài)。

根據(jù)以上工況，對(duì)車輛駕駛性進(jìn)行測(cè)評(píng)，通過主觀評(píng)價(jià)直觀感受車輛表現(xiàn)，快速發(fā)現(xiàn)可能存在的問題；通過客觀評(píng)價(jià)，測(cè)試車輛具體問題點(diǎn)，有針對(duì)性進(jìn)行標(biāo)定優(yōu)化，提升車輛駕駛性。

3.2 駕駛性主觀評(píng)價(jià)

主觀評(píng)價(jià)指在不使用試驗(yàn)儀器的條件下，依靠人的視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺和身體深部感覺、平衡感覺、內(nèi)臟感覺對(duì)產(chǎn)品性能做出評(píng)定的工作。

基于純電動(dòng)汽車，駕駛性主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包含：沖擊、遲滯、涌動(dòng)、加速感、減速感、平順性、眩暈感。其中，沖擊指標(biāo)主要評(píng)價(jià)車輛加減速過程中，車輛前后方向的內(nèi)部撞擊、振動(dòng)的感受。遲滯、加速感兩項(xiàng)指標(biāo)主要評(píng)價(jià)車輛加速過程中，車輛前后方向的加速響應(yīng)急緩、整體加速過程的感受。涌動(dòng)、減速感兩項(xiàng)指標(biāo)主要評(píng)價(jià)車輛減速過程中，車輛前后方向的一次性加速、整體減速過程感受。平順性、眩暈感兩項(xiàng)指標(biāo)主要評(píng)價(jià)車輛加減速過程中，車輛整體加減速連續(xù)性感受以及身體平衡感受。

主觀評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)有3名以上具有主觀評(píng)價(jià)資質(zhì)的工程師組成的評(píng)價(jià)團(tuán)隊(duì)，按照3.1 所述的駕駛性工況分別進(jìn)行測(cè)評(píng)，測(cè)評(píng)結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行團(tuán)隊(duì)討論，最終形成評(píng)價(jià)結(jié)果。

3.3 駕駛性客觀評(píng)價(jià)

客觀評(píng)價(jià)指使用試驗(yàn)儀器，通過將試驗(yàn)儀器布置在車輛特定位置測(cè)試車輛數(shù)值對(duì)產(chǎn)品性能做出評(píng)定的工作。

基于純電動(dòng)汽車，駕駛性客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包含最大加速度、響應(yīng)時(shí)間、電機(jī)轉(zhuǎn)速峰峰值、加速度峰峰值和沖擊度。其中，最大加速度指標(biāo)主要評(píng)價(jià)車輛縱向最大加速能力；響應(yīng)時(shí)間指標(biāo)主要評(píng)價(jià)車輛加減速需要的時(shí)間；電機(jī)轉(zhuǎn)速峰峰值主要評(píng)價(jià)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)變化；加速度峰峰值和沖擊度指標(biāo)主要評(píng)價(jià)車輛加減速過程中縱向加速度變化。

駕駛性客觀評(píng)價(jià)使用的主要試驗(yàn)儀器為加速度傳感器、GPS 和CAN 工具。其中，加速度傳感器主要測(cè)試車輛縱向加速度變化，GPS主要測(cè)試車輛縱向車速變化，CAN工具主要測(cè)試加速踏板、制動(dòng)踏板、電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)矩的CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

客觀評(píng)價(jià)，應(yīng)將試驗(yàn)儀器安裝在車輛特定位置上，按照3.1 所述的駕駛性工況進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)束后對(duì)試驗(yàn)儀器采集到的加速踏板、制動(dòng)踏板、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、車輛速度和車輛加速度數(shù)據(jù)分析客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，可通過優(yōu)化不同踏板開度下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩值、踏板變化時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩變化率、電機(jī)轉(zhuǎn)矩隨踏板開度和車速變化的變化值進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后，需要對(duì)車輛狀態(tài)進(jìn)行復(fù)測(cè)，分析客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)化結(jié)果，同時(shí)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。

3.4 實(shí)車測(cè)試驗(yàn)證

本文基于某款單電機(jī)直驅(qū)構(gòu)型純電動(dòng)汽車（表1），根據(jù)3.1 中所述的駕駛性工況進(jìn)行了駕駛性主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)，并對(duì)客觀評(píng)價(jià)結(jié)果（表2）進(jìn)行分析優(yōu)化，提升了車輛的駕駛性。

表1 樣車技術(shù)參數(shù)

表2 客觀評(píng)價(jià)優(yōu)化結(jié)果

4 總結(jié)

本文基于純電動(dòng)汽車，通過對(duì)駕駛性主要影響因素分析，對(duì)駕駛性評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行了深入研究和實(shí)車測(cè)試驗(yàn)證，形成了以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）確定了靜態(tài)換擋、起步加速、勻速、滑行減速和制動(dòng)的駕駛性評(píng)價(jià)工況；

（2）確定了沖擊、遲滯、涌動(dòng)、加速感、減速感、平順性和眩暈感的主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)；

（3）確定了最大加速度、響應(yīng)時(shí)間、電機(jī)轉(zhuǎn)速峰峰值、加速度峰峰值和沖擊度的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。

通過駕駛性評(píng)價(jià)工況、主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)、客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，可快速、系統(tǒng)優(yōu)化車輛駕駛性，滿足產(chǎn)品開發(fā)要求，提升車輛競(jìng)爭(zhēng)力，為純電動(dòng)汽車整車性能設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了依據(jù)。同時(shí)，隨著產(chǎn)品開發(fā)的深入，可以逐步形成產(chǎn)品評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，支撐產(chǎn)品開發(fā)。