純電動汽車駕駛平順性研究

高力，楊依楠

（1.華晨汽車工程研究院新能源工程處，遼寧 沈陽 110411；2.華晨汽車工程研究院電控工程處，遼寧 沈陽 110411）

前言

傳統(tǒng)車輛由于傳動系統(tǒng)扭振會引起車輛在前后方向上的振動，這種現(xiàn)象在電動車上更明顯。由于純電動車輛使用的是電機(jī)，較之發(fā)動機(jī)在低速下轉(zhuǎn)矩更大，所以振動會更加明顯，而且電機(jī)響應(yīng)速度比發(fā)動機(jī)快，當(dāng)駕駛員猛踩加速踏板時，由于扭振的作用給駕駛員駕駛性方面的體驗(yàn)會更差[1]。針對上述問題，本文提供一種在不犧牲動力響應(yīng)能力的基礎(chǔ)上，改善車輛駕駛平順性的控制方法。

1 車輛動態(tài)的分類

車輛駕駛平順性主要關(guān)注車輛在 X軸方向加速度的變化，所有純電動車輛在X方向的動作大致可以分為如下幾個方面：換擋、電爬行、起步、加速、減速、定車速，這些項(xiàng)中換擋的權(quán)重最大[2]，也是用戶對車抱怨最多的地方。這些項(xiàng)又可繼續(xù)拆分很多子項(xiàng)，例如可以將加速分為緩慢加速、緊急加速、倒檔加速等。把其中的一個子項(xiàng)繼續(xù)細(xì)化，可得到一些關(guān)系到駕駛感受的指標(biāo)，如加速延遲、加速度線性度、沖擊、高頻震蕩等。

2 駕駛員動作的分類

駕駛員操作汽車，在直線行駛時掛在D擋，駕駛員如果不踩制動踏板，只踩加速踏板，駕駛員操作行為大致分為三種。

2.1 kickdown

在極短的時間將加速踏板踩下去，加速踏板開度 0%到100%耗時不到1 s的時間，加速踏板變化率超過100%/s，我們稱為tip-in，踩下去造成直接降檔，我們稱為kickdown。

2.2 rising pedal

在較短的時間將加速踏板踩下去，加速踏板從 0%踩到100%耗時1 s到2.5 s之間，加速踏板變化率介于40%/s～100%/s之間，稱為rising pedal。

在較長的時間將加速踏板踩下去，加速踏板從 0%踩到100%耗時3 s到6 s之間，加速踏板變化率小于33%/s，也稱為rising pedal[3]。

3 駕駛平順性評價方法

汽車駕駛平順性的評價方法，通常是根據(jù)人體對振動的生理反應(yīng)及保持貨物完整性的影響來定制的，并用振動的物理量，如頻率、振幅、加速度、加速、變化率等作為行駛平順性的評價指標(biāo)。目前常用汽車車身振動的固有頻率和振動加速度評價汽車的行駛平順性。為了保持汽車具有良好的行駛平順性，車身振動的固有頻率應(yīng)為人體所習(xí)慣的步行時，身體上、下運(yùn)動的頻率[4]。它約為1 Hz～1.6 Hz，振動加速度極限值為0.2 g～0.3 g。

4 駕駛平順性總體方案

首先獲取車輛電動機(jī)的當(dāng)前扭矩和需求扭矩，根據(jù)這兩個扭矩判斷是否觸發(fā)預(yù)設(shè)的平滑過渡條件，當(dāng)判斷結(jié)果為是時，根據(jù)預(yù)設(shè)傳動系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值，控制電動機(jī)的扭矩從當(dāng)前扭矩以漸近線式變化規(guī)律變化。其中，所述預(yù)設(shè)傳動系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值為車輛抖動產(chǎn)生扭矩臨界值。

4.1 觸發(fā)條件

觸發(fā)平滑過渡條件包括：電動機(jī)當(dāng)前扭矩小于所述結(jié)合點(diǎn)預(yù)設(shè)值，或電動機(jī)當(dāng)前扭矩與需求扭矩方向相反。

4.2 信號采集

獲取車輛電動機(jī)的當(dāng)前扭矩和需求扭矩的步驟包括：獲取車輛電動機(jī)的當(dāng)前扭矩、當(dāng)前駕駛模式、車速和加速踏板開度，然后根據(jù)當(dāng)前駕駛模式、車速和加速踏板開度計(jì)算出需求扭矩，從而獲取車輛電動機(jī)的當(dāng)前扭矩和需求扭矩。

4.3 駕駛平順性詳細(xì)控制策略

當(dāng)傳動系統(tǒng)達(dá)到KissPoint（結(jié)合點(diǎn)）時，控制電動機(jī)扭矩從KissPoint過渡到需求扭矩，然后輸出需求扭矩。使傳動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“傳動間隙-剛性鏈接”的平滑過渡。比如當(dāng)電動機(jī)扭矩?fù)Q相時，首先控制電動機(jī)輸出小扭矩實(shí)現(xiàn)傳動系統(tǒng)的平滑過渡，保證車輛的駕駛平順性，當(dāng)傳動系統(tǒng)完成平滑過渡后，輸出駕駛員需求扭矩，保證車輛的動力響應(yīng)能力，在不犧牲動力響應(yīng)能力的前提下，大幅提升駕駛平順性[5]。

踏板開度大小表明了駕駛員對扭矩的請求多少，VCU（Vehicle Control Unit，整車控制單元）中有專門的軟件可以將當(dāng)前駕駛模式、車速和加速踏板開度轉(zhuǎn)化成駕駛員需求扭矩，基本的規(guī)律是隨著踏板開度增加，請求扭矩增加，扭矩大小直接反映了駕駛員對動力的需求。

傳動系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值為車輛抖動產(chǎn)生扭矩臨界值，根據(jù)電動機(jī)當(dāng)前扭矩T與駕駛員需求扭矩TTarget的變化識別駕駛員需求，判斷是否觸發(fā)平滑過渡條件，實(shí)現(xiàn)平滑過渡。當(dāng)駕駛員需求滿足觸發(fā)平滑過渡條件時，將駕駛員TTarget拆分為傳動系統(tǒng)平滑過渡扭矩 TShift和驅(qū)動輸出扭矩TDrive兩部分。其中，TShift使傳動系統(tǒng)間隙以最快速度消除同時不產(chǎn)生剛性沖擊， TShift包含從電動機(jī)的當(dāng)前扭矩以漸近線變化規(guī)律變化的扭矩目標(biāo)值集合，它的最大值為車輛抖動產(chǎn)生扭矩臨界值，TDrive包含電動機(jī)的扭矩達(dá)到平滑過渡后從達(dá)到平滑過渡的扭矩變化到需求扭矩的目標(biāo)值集合，TDrive目標(biāo)值在數(shù)值上等于TTarget，這個拆分是為了拆分扭矩執(zhí)行的階段控制。假如電動機(jī)當(dāng)前扭矩 T為-80 N，TTarget為110 N，將TTarget拆分成傳統(tǒng)系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值2 N，即車輛抖動產(chǎn)生扭矩臨界值為2 N，驅(qū)動輸出扭矩目標(biāo)值即需求扭矩110 N。

TShift的大小和變化規(guī)律對傳動系統(tǒng)的結(jié)合效果即傳動的平順性起關(guān)鍵作用， TShift的最大值為車輛抖動產(chǎn)生扭矩臨界值，然后以該值作為目標(biāo)值通過變化率限制產(chǎn)生“先快后慢”的漸近線式變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)傳動系統(tǒng)的平滑過渡[6]。扭矩差值為車輛電動機(jī)的當(dāng)前扭矩和預(yù)設(shè)傳動系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值的差值；通過一階低通濾波器對目標(biāo)值的趨近特性實(shí)行漸近線式變化，如圖1所示，電動機(jī)當(dāng)前扭矩與預(yù)設(shè)傳動系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值偏差越大，變化率越大，電動機(jī)當(dāng)前扭矩與預(yù)設(shè)傳動系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值偏差越小，變化率越小。以2 N為目標(biāo)值控制電動機(jī)扭矩從-80 N以漸近線式變化規(guī)律變化，實(shí)時更新電動機(jī)扭矩。

圖1 扭矩差值隨時間變化圖

平滑過渡過程耗時僅為毫秒級別，在不犧牲動力響應(yīng)能力的前提下大幅提高駕駛平順性，有效地解決了車輛動力響應(yīng)能力與駕駛平順性的矛盾。駕駛平順性不再是車輛動力響應(yīng)標(biāo)定的瓶頸，此外還能有效減少傳動系統(tǒng)磨損，延長使用壽命。

5 結(jié)論

采用平滑過渡控制策略在不改變純電動汽車傳動系統(tǒng)硬件的情況下，通過軟件控制，把駕駛員的需求扭矩與車輛的傳動特性完美地結(jié)合，使得即使駕駛員在極短的時間內(nèi)將加速踏板踩下，傳動系統(tǒng)仍然能夠平滑過渡，保證了車輛的駕駛平順性，真正讓“人-車”成為一體，一個好的駕駛平順性的車輛不僅讓用戶抱怨減少，讓車輛變得更有價值。