電動汽車單踏板駕駛模式控制原理分析

吳格 杜瑞 李錦 周衡 黨鑫 魏俊天

【摘? 要】電動汽車單踏板駕駛模式通過加速踏板，可控制車輛加速、勻速行駛和減速停車過程，簡化駕駛操作并在實際使用時可增大能量回收比例，給用戶帶來全新的駕駛體驗。文章介紹單踏板駕駛功能的控制原理，并對單踏板駕駛模式下車輛常見工況的控制過程進行分析和總結。

【關鍵詞】單踏板;純電動汽車;滑行能量回收

中圖分類號：U469.72? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2024 ）05-0006-03

Analysis of the One Pedal Driving Mode Control Principle on Electric Vehicle

WU Ge1，DU Rui1，LI Jin1，ZHOU Heng1，DANG Xin1，WEI Juntian2

（1.SAIC General Motors Co.，Ltd.，Wuhan Branch，Wuhan 430000;

2. Pan Asia Technical Automotive Center Co.，Ltd.，Shanghai 201201，China）

【Abstract】The one pedal driving mode of electric vehicles can control the vehicle's acceleration，constant speed driving，and deceleration parking processes through the accelerator pedal. One pedal driving mode simplifies driving operation and increases the proportion of energy recovery in actual use，bringing users a new driving experience. This paper introduces the control principle of single pedal driving function and analyzes the control process of common working conditions of vehicles under one pedal driving mode.

【Key words】one pedal;electric vehicle;coast regen

作者簡介

吳格（1990—），男，工程師，主要從事純電動汽車三電系統整車集成工作。

發展純電動汽車是解決能源問題的其中一個重要途徑[1]，隨著純電動汽車的發展，汽車廠商在多種加速模式和多種能量回收強度組合的基礎功能之上，為用戶提供了可單獨激活的單踏板（One Pedal）駕駛模式。單踏板模式只操作加速踏板便可在常規工況下滿足加速、勻速行駛及減速停車等全部駕駛需求，減少踏板切換頻率，減輕駕駛負擔，并提供更好的駕駛體驗。本文介紹單踏板駕駛功能的實現原理，分析單踏板模式的控制目標，以及單踏板駕駛模式典型工況的控制過程。

1? 單踏板駕駛功能控制邏輯

根據整車縱向動力學[2]，影響車輛的外部縱向力包括空氣阻力、重力、輪胎縱向力和滾動阻力。圖1為整車在坡度為α的坡道上沿縱向方向的受力示意圖。

沿車輛縱向方向上力的平衡方程式如下：

mx = Fxf + Fxr - Faero - Rxf - Rxr - mgsin（α）

式中：Fxf ——前輪輪胎縱向力;Fxr——后輪輪胎縱向力;Faero——縱向空氣阻力;Rxf ——前輪滾動阻力;Rxr——后輪滾動阻力;m——車輛質量;g——重力加速度;α——車輛行駛坡度。

對于常見的前驅車型，其單踏板駕駛系統由加速踏板、制動踏板、整車集成控制器、電機控制器、驅動電機、單級減速箱、半軸和驅動輪及線束等零件組成，其系統框圖如圖2所示。

車輛提供旋鈕開關或組合儀表選項為用戶提供獨立的單踏板模式激活選項，以便用戶在單踏板模式和其它駕駛模式（非單踏板模式）之間進行選擇。

實際駕駛過程中，駕駛員通過開關旋鈕或組合儀表操作選擇單踏板駕駛模式后，在加速階段，整車集成控制器根據Pedal Map（踏板特性）解析加速踏板的開度百分比信號，結合車速信號確定整車需要的加速度值x，并對車輛質量m、坡度α等參數進行實時估算。根據縱向力平衡方程，計算輪胎對應的輪胎縱向力，并結合有效輪胎半徑以及減速比，計算電機的需求扭矩值。扭矩請求通過總線發送給電機控制器，電機控制器根據扭矩指令控制電機輸出需要的扭矩，驅動車輪轉動，實現駕駛員的駕駛意圖并對全過程進行動態控制。

當需要進行常規減速或停車時，減小加速踏板的開度，整車集成控制器根據Pedal Map解析加速踏板的開度百分比信號，結合當前車速確定整車需要的減速度值x，并對相關車輛參數進行實時估算。計算輪胎縱向力以及驅動輪端的扭矩和電機負扭矩值，電機控制器控制電機輸出負扭矩，通過能量回收給電池充電的同時，達到減速的目的。

一般選擇單踏板模式時，起步階段，加速踏板開度為0%時，車輛保持靜止狀態，需要踩下加速踏板，車輛才會加速。車輛具備一定初速度后，減小加速踏板開度到0%時，車輛會快速減速停車并維持0車速狀態。

2? 單踏板駕駛模式的控制目標

2.1? 單踏板駕駛模式的Pedal Map

單踏板駕駛模式下，某車型的車速、加速踏板開度和加減速度值組成的Pedal Map如圖3所示。其中各車速與橫軸的交點表征了維持勻速行駛需要的加速踏板開度值，各車速與縱軸的交點表征了0%加速踏板開度下車輛減速度值。

在單踏板駕駛模式下，當加速踏板開度為0%時，整車以0車速作為控制目標，可以實現平地以及一定坡度的停車功能。克服重力沿坡面的分量實現坡道停車的扭矩由電機提供，坡道停車到達一定時間后，液壓制動系統介入防止車輛溜坡。也可以選擇坡道停車后直接請求液壓系統介入，通過制動卡鉗實現坡道長時間停車功能。

單踏板駕駛功能為滿足臨時停車的控制目標，其滑行能量回收（Coast Regen）的強度設定強于普通駕駛模式。某些車型會設置駕駛員實時控制的能量回收強度調整功能，根據駕駛情況及時調整能量回收強度。

2.2? 單踏板駕駛模式停車控制過程

如前文所述，除Pedal Map和Coast Regen強度與普通駕駛模式的差異外，0%加速踏板開度下的減速控制過程是單踏板模式與普通模式的主要差異點。

1）普通駕駛模式下，車輛在前進擋加速到一定車速后，維持0%加速踏板開度，整車集成控制器請求負扭矩通過電機回收車輛動能，接近Creep（蠕行模式）車速時，電機控制器的扭矩請求由負扭矩平緩過渡為正扭矩，控制車輛進入Creep模式。

2）在單踏板模式下，當加速踏板開度為0%時，如果路面水平，電機維持負扭矩直到車速為0km/h。若車輛駛入坡道，整車集成控制器以0車速為控制目標，調整扭矩指令值，控制車輛平穩減速并保持坡道停車。停車后，電機控制器控制電機維持坡道停車扭矩輸出或請求液壓制動系統介入以維持坡道停車狀態。單踏板開啟和關閉時的減速控制過程如圖4所示，其中虛線代表單踏板模式下在不同坡度的坡道上實現停車時軸端扭矩變化過程。

在單踏板模式下，通過制動踏板使車輛減速的過程和普通模式下減速過程相同。制動控制系統根據電機控制器反饋的電機可用回收制動扭矩，對駕駛員意向制動扭矩進行分配，優先請求電機通過能量回收提供制動扭矩，在電機回收制動扭矩無法完全滿足駕駛員意向制動扭矩時，液壓制動系統介入，與電機制動能量回收扭矩共同作用使車輛減速并停車。

3? 單踏板起步和停車典型工況控制過程分析

在非單踏板模式下，車輛在水平路面由停車狀態開始加速到一定車速并松開加速踏板，車輛會在電機的Coast Regen作用下減速并進入Creep模式，電機輸出扭矩維持Creep車速。非單踏板模式加速和Creep過程如圖5所示。

車輛進入Ready（可行駛）狀態后，在水平路面由停車狀態開啟OPD模式，此時松開制動踩下加速踏板后，整車集成控制器根據加速踏板開度解析駕駛員意向，輸出意向扭矩。意向扭矩經過仲裁和抑制處理后，通過總線發送給電機控制器，電機控制器控制電機輸出扭矩，驅動車輛按照駕駛員意圖進行平穩加速。

停車狀態Auto Hold（自動駐車）或者EPB（電子駐車制動）等液壓制動系統也可能介入以維持長時間制動狀態。此時，踩下加速踏板進行加速，電機輸出扭矩根據加速踏板開度計算的用戶加速意圖結合縱向力平衡方程進行控制，同時需要與液壓制動系統在輪端施加制動力減小過程進行協同，避免出現扭矩輸出波動過大，引起起步頓挫。

1）單踏板模式平地停車。在一定車速下，駕駛員松開加速踏板，保持加速踏板0%開度情況下，電機控制器會控制電機進入能量回收狀態，車輛在電機負扭矩作用下，平穩減速并停車，此時可激活Auto Hold或者EPB，維持長時間停車。單踏板模式停車過程如圖6所示。

2）單踏板模式坡道起步。當車輛處于坡道停車狀態時，例如車頭朝上停車，此時電機處于正扭矩輸出狀態，當駕駛員踩下加速踏板時，電機扭矩加大，驅動車輛在坡道平穩向前行駛。如果Auto Hold或者EPB已激活，此時電機扭矩為0，液壓制動扭矩作用使車輛維持坡道停車。在加速踏板踩下的同時，液壓制動系統開始泄壓，制動扭矩逐步減少，同時電機扭矩從0開始增加，制動扭矩和電機扭矩需要相互協同，在保持車輛不會溜坡的情況下，快速實現車輛平穩起步。單踏板模式坡道起步過程如圖7所示。

3）單踏板模式坡道停車。在單踏板模式下，當車輛以一定的初速度向前行駛到坡道并完全釋放加速踏板后，整車集成控制器需要根據當前車速、坡道估算值和整車質量估算值的綜合計算結果，減少電機的正扭矩輸出，實現車輛減速并平穩實現車輛在坡道上停車。待Auto Hold或者EPB激活并建立駐車制動力矩后，驅動電機停止扭矩輸出。液壓駐車制動扭矩的建立和電機扭矩的減小過程需要相互協同，避免車輛在停車過程中出現頓挫或溜坡的情況。坡道停車過程中，單踏板坡道停車過程如圖8所示。

4? 結束語

本文介紹了單踏板駕駛模式的控制方法和典型工況的控制過程。單踏板駕駛模式可以通過加速踏板的操作實現加速和減速停車的全程操作。在一般駕駛工況下，駕駛員不需要來回切換加速踏板和制動踏板，提高了駕駛的便利性。

目前單踏板駕駛模式及其子功能有很多衍生概念和方案，例如通過方向盤裝置調整單踏板模式的能量回收強度，回收強度等級由施加于該裝置的動作來確定[3]。例如將制動踏板和加速踏板合并成一個踏板[4]，踩下踏板為加速，松開踏板為減速，從安全角度出發杜絕緊急制動時誤踩加速踏板導致非預期加速的可能性。

隨著電動汽車的智能化以及自動駕駛的發展，單踏板駕駛模式及其子功能會越來越豐富，具體的操作方式會越來越人性化，在保證安全的同時，為用戶提供更加優質的駕乘體驗。

參考文獻：

[1] 何春麗. 新能源汽車市場需求與政策導向研究[D]. 成都：西南財經大學，2020.

[2] RAJAMANI R. 車輛動力學及控制：第2版[M]. 北京：機械工業出版社，2018：64-68.

[3] 徐丹，李鵬雨，李玉平. 能量回收系統和車輛：中國，CN210390794U[P]. 2020-04-24.

[4] 徐明毅. 電動汽車單踏板動力控制策略優化[J]. 科技與創新，2022（7）：85-87，90.

（編輯? 楊凱麟）

收稿日期：2023-10-11