純電動乘用車駕駛性研究

陳書平，宮慶偉，李俊飛，王濤

（大運汽車股份有限公司，山西 運城 044000）

引言

在國家政策支持下，純電動新能源汽車技術的競爭日益激烈，各個主機廠不斷展現自家車的性能優勢，以獲得客戶的青睞并占據一定的市場份額。在車輛的各種性能中，駕駛性就是車輛關鍵的性能之一，駕駛性直接決定駕駛者在車輛行駛過程中的舒適程度。文獻[1]指出傳統燃油乘用車駕駛性的主觀評價是以駕乘人員的主觀感受為主，采用打分制的方式進行評價記錄[1]。文獻[2]提出一種駕駛性體系的建立方法，是通過收集新能源車性能試驗結果，建立專門的駕駛性數據庫，從而形成較為標準的評價體系[2]。文獻[3]對電動汽車駕駛性中換擋平順性的客觀評價指標進行理論推導，并建立神經網絡駕駛性仿真模型[3]。文獻[4]提出一種組合權重和改進TOPSIS法的駕駛性客觀評價工況選擇的方法，通過該方法可以分析各個工況對駕駛性的重要程度[4]。文獻[5]從起步加速性、換擋平順性、瞬態響應性、能量回收模式模式轉換和制動性能五個方面對電動汽車駕駛性主觀評價進行分析，建立駕駛性主觀評價體系[5]。文獻[6]從縱向、橫向和垂向三個振動方向對智能車輛的駕乘舒適性進行理論分析[6]。文獻[7]對部分油門開度、全油門開度、急踩/松油門和減速制動工況下的加速度進行分析，從靜態掛擋、爬行起步動力升擋、動力降擋、上坡爬行和起步方面，建立駕駛性測試標準[7]。文獻[8]在傳統燃油乘用車的全負荷動力性客觀評價基礎上引入車輛駕駛性的客觀評價內容，主要包括部分負荷特性、加速踏板感覺、換擋平順性和瞬態急踩/松加速踏板響應，并對急加/減瞬態響應進行研究[8]?；谏鲜鑫墨I可知，目前車輛駕駛性評價體系不健全，主觀評價依靠人的主觀感受進行評價，評價結果的差異性較大，需要有客觀的數據進行支撐，但在客觀性研究方面，仍不夠深入。與傳統乘用車相比，純電動乘用車采用電機驅動，而不是發動機驅動，電池包給電機提供電能，此外純電動汽車還具有能量回收功能，故純電動乘用車駕駛性與傳統燃油的乘用車駕駛性有一定差異，因此有必要對純電動乘用車進行研究，且有重要的現實意義。

1 數學模型

駕駛性客觀評價指標主要包括起步加速性能、換擋平順性和急加/減瞬態響應等。

1.1 起步加速性能數學模型

車輛在水平道路上，由靜止開始加速，全油門/部分油門工況下的指標計算如下。

（1）加速度數學模型：

式中，Ft為驅動力，N；Ff為滾動阻力，N；Fi為空氣阻力，N；a為加速度，m/s2；為旋轉質量轉換系數，m為電動汽車試驗質量，kg。

（2）加速時間數學模型：

式中，ve為結束車速，km/h。

1.2 換擋平順性數學模型

換擋平順性是整車駕駛性的重要構成部分，換擋平順性的評價指標主要包括縱向加速度、加速度均方根、沖擊度和振動劑量。

（1）縱向加速度數學模型：

式中，Fw為坡道阻力，N。

（2）加速度均方根數學模型：

式中，arms為加速度均方根值，m/s2； 濾波處理后的縱向加速度，m/s2；tb、te為起止時間，s。

（3）沖擊度數學模型：

式中，J為沖擊度，m/s3。

（4）振動劑量數學模型：

式中，VDV為振動劑量，m/s1.75。

1.3 急加/減瞬態響應數學模型

ISO2631“人體全身振動和沖擊評估方法”是一種基于頻率的評估方法。該方法中講述了車輛舒適性是受由加速度信號中的頻率成分影響的。

式中，RMS(x)為RMS函數；x(n)為測量信號的頻譜。

2 主觀評價

通過多款純電動乘用汽車為主觀評價對象，從起步加速性能、換擋平順性、加速踏板感覺、急加/減瞬態響應和能量回收模式轉換五個方面對車輛駕駛性主觀評價進行研究，從而建立純電動乘用車駕駛性評價體系。其中，起步加速性能是由全油門（Whole Open Throttle, WOT）工況的加速性能和部分油門（Part Open Throttle, POT）工況加速性能構成。

以某純電動乘用車為駕駛性主觀評價對象，通過對車輛的起步加速性能和換擋平順性等五個方面內容進行評價，該車輛的駕駛性主觀評價結果如表1所示。從主觀評價結果中，可以看出起步加速性能在該車輛的駕駛性主觀評價中得分最高，其次是加速踏板感覺。

表1 主觀評價體系

3 客觀試驗

3.1 扭矩未標定的起步加速試驗

以某純電動車為試驗對象，對其進行POT工況下0～100 km/h加速性能試驗，利用VBOX設備進行數據采集，通過試驗數據分析該車型不同駕駛模式下的前3 s平均加速度和峰值加速度，如圖1和圖2所示。

由圖1與圖2可知，前3 s平均加速度曲線與峰值加速度曲線是折線，在某些開度下起步加速會出現加速無力或者有頓挫感的現象發生，同時也會給客戶帶來較差的駕駛性體驗。隨著加速踏板開度的增加，SPORT/ECO/NORMAL三種駕駛模式下的前3 s平均加速度和峰值加速度區分不明顯，特別在加速踏板開度為10%、20%、40%和70%處出現加速度數值相同或者基本接近的現象。

圖1 前3 s平均加速度曲線

圖2 峰值加速度曲線

3.2 扭矩標定后的起步加速試驗

通過對上述的前3 s平均加速度和峰值加速度試驗結果進行分析，并對三種駕駛模式下的整車輸出扭矩MAP進行整車標定，對標定后的車輛進行POT工況下0～100 km/h加速性能試驗，利用VBOX設備進行數據采集，通過試驗數據分析該車型不同駕駛模式下的前3 s平均加速度和峰值加速度，如圖3和圖4所示。

（1）由圖3前3 s平均加速度曲線知：

圖3 前3 s平均加速度曲線

1）隨著加速踏板開度的增加，前3 s平均加速度曲線呈現上升趨勢。

2）SPORT模式下的前3 s平均加速度曲線最大值為2.77 m/s2，最小值為0.49 m/s2；NORMAL模式下的前3 s平均加速度曲線最大值為2.52 m/s2，最小值為0.44 m/s2；ECO模式下的前3 s平均加速度曲線最大值為2.33 m/s2，最小值為0.40 m/s2。

3）在不同加速踏板開度下，SPORT模式下的前3 s平均加速度大于NORMAL模式下的前3 s平均加速度，NORMAL模式下的前3 s平均加速度大于ECO模式下的前3 s平均加速度。

（2）由圖4峰值加速度曲線知：

圖4 峰值加速度曲線

1）隨著加速踏板開度的增加，峰值加速度曲線呈現上升趨勢。

2）SPORT模式下的峰值加速度曲線最大值為3.16 m/s2，最小值為0.76 m/s2；NORMAL模式下的峰值加速度曲線最大值為2.92 m/s2，最小值為0.68 m/s2；ECO模式下的峰值加速度曲線最大值為2.59 m/s2，最小值為0.60 m/s2。

3）在不同加速踏板開度下，SPORT模式下的峰值加速度大于NORMAL模式下的峰值加速度，NORMAL模式下的峰值加速度大于ECO模式下的峰值加速度。

4 結論

（1）建立純電動乘用車駕駛性數學模型和駕駛性主觀評價體系，對某純電動乘用車進行駕駛性主觀評價，得到該車輛的駕駛性主觀評價結果。

（2）對該純電動乘用車進行客觀性試驗標定，得到較為優越的駕駛性能。標定試驗是通過調整三種駕駛模式下的整車輸出扭矩MAP的方式進行的，獲得試驗測試數據，為駕駛性主觀評價提供支撐，同時也為純電動乘用車駕駛性的研發提供參考。