帶斷開(kāi)裝置的純電動(dòng)汽車(chē)駕駛性評(píng)價(jià)研究

中圖分類號(hào)：U469.72；U471.22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19822/j.cnki.1671-6329.20240080

【歡迎引用】，等.帶斷開(kāi)裝置的純電動(dòng)汽車(chē)駕駛性評(píng)價(jià)研究[J].汽車(chē)文摘，2025（5）：34-36.

[Cite thispaperMATLUYZZHANGOetalReseachonDrivabilityEvaluatinofBateryElectricehicleswithDiscoctDevices[J]. Automotive Digest （Chinese）， 2025（5）： 34-36.

Research on Drivability Evaluation of Battery Electric Vehicles with Disconnect Devices

[Abstract】To enhance driving performance during drive mode transitions in battery electricvehicles，acontrollable disengagementdevice isintegratedbetweenthefront axleelectricdriveassemblyandthediferentialenabling timely switching between four-wheel-drive（4WD）and two-wheel-drive（2WD）modes.First，adual-motor four-wheel-drive pure electric vehicleconfigurationincorporatingthedisengagementdeviceisconstructed，andtheenergy flowcharacteristicsof 2WD and 4WD modes are analyzed. Second，mode transition conditions are designed based on driving scenario requirements，andaphasedtorquetransfercotrolstrategyisdeveloped.Finallsevencategoiesofdrivabilityevaluation scenarios are proposed，along withobjectiveevaluation metrics.Experimentalvalidationdemonstrates thatthe proposed configuration significantly enhances the vehicle's driving performance and ride comfort.

Key words： Battery Electric Vehicle （BEV）， Disconnect device， Drivability， Evaluation cycle

0 引言

在政策驅(qū)動(dòng)、技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展背景下，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入全球市場(chǎng)滲透率加速與競(jìng)爭(zhēng)格局重構(gòu)的新發(fā)展階段-2]。對(duì)于雙電機(jī)四驅(qū)純電動(dòng)汽車(chē)，在前軸電驅(qū)總成與差速器之間增加斷開(kāi)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)輛四驅(qū)和兩驅(qū)適時(shí)切換。當(dāng)有動(dòng)力性需求或者操縱穩(wěn)定性需求時(shí)，車(chē)輛切換四驅(qū)模式；當(dāng)沒(méi)有動(dòng)力性需求和操縱穩(wěn)定性需求時(shí)，車(chē)輛切換兩驅(qū)模式，完全消除前軸電驅(qū)系統(tǒng)拖曳損耗，同時(shí)使前電機(jī)關(guān)管、后電機(jī)工作在高效區(qū)，改善車(chē)輛經(jīng)濟(jì)性，提升續(xù)駛里程3。但是，增加的斷開(kāi)裝置在結(jié)合、分離過(guò)程中，通常會(huì)影響車(chē)輛的駕駛性能4。本文通過(guò)精確控制斷開(kāi)裝置結(jié)合、分離過(guò)程，并對(duì)過(guò)程控制進(jìn)行駕駛性評(píng)價(jià)，提出了駕駛性評(píng)價(jià)工況和客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)根據(jù)客觀評(píng)價(jià)方法進(jìn)行駕駛性驗(yàn)證優(yōu)化，旨在提高動(dòng)力系統(tǒng)效率，提升車(chē)輛駕駛性能及乘坐舒適性。

1車(chē)輛構(gòu)型

1.1 車(chē)輛構(gòu)型分析

雙電機(jī)四驅(qū)純電動(dòng)汽車(chē)加裝斷開(kāi)裝置的構(gòu)型示意如圖1所示。當(dāng)斷開(kāi)裝置分離時(shí)，車(chē)輛由后電機(jī)驅(qū)

動(dòng)，動(dòng)力系統(tǒng)模式為兩驅(qū)模式；當(dāng)斷開(kāi)裝置結(jié)合時(shí)，車(chē)輛由前后電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力系統(tǒng)模式為四驅(qū)模式。

1.2 動(dòng)力系統(tǒng)模式分析

1.2.1 兩驅(qū)模式

在兩驅(qū)模式下，斷開(kāi)裝置分離，前電機(jī)處于關(guān)管停轉(zhuǎn)狀態(tài)，車(chē)輛由后電機(jī)驅(qū)動(dòng)，如圖2所示。

1.2.2 四驅(qū)模式

四驅(qū)模式下，斷開(kāi)裝置結(jié)合，前后電機(jī)均參與驅(qū)動(dòng)，并根據(jù)車(chē)輛狀態(tài)適時(shí)分配駕駛員需求扭矩給前后軸電機(jī)，如圖3所示。

2動(dòng)力系統(tǒng)模式切換控制策略

2.1動(dòng)力系統(tǒng)模式切換條件

2.1.1兩驅(qū)模式到四驅(qū)模式切換條件

當(dāng)駕駛員有急加速請(qǐng)求或者潛在急加速請(qǐng)求時(shí)，如駕駛員選擇駕駛模式為運(yùn)動(dòng)模式，或者駕駛員將加速踏板開(kāi)度踩到 70% 以上。

當(dāng)車(chē)輛底盤(pán)操縱穩(wěn)定性有請(qǐng)求時(shí)，如牽引力控制系統(tǒng)（TractionControlSystem，TCS）激活，或者車(chē)輛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)（VehicleDynamicsControl，VDC）激活等。

當(dāng)車(chē)輛部分總成處于故障狀態(tài)，如后電機(jī)故障，為了保證車(chē)輛破行等。

2.1.2 四驅(qū)模式到兩驅(qū)模式切換條件

當(dāng)駕駛員沒(méi)有急加速請(qǐng)求或者潛在緩加速請(qǐng)求時(shí)，如駕駛員選擇駕駛模式為經(jīng)濟(jì)模式，或者駕駛員將加速踏板開(kāi)度踩到 60% 以下。

當(dāng)車(chē)輛底盤(pán)操縱穩(wěn)定性無(wú)請(qǐng)求時(shí)，如TCS未激活，或者VDC未激活等。

當(dāng)車(chē)輛部分總成處于故障狀態(tài)，如前電機(jī)故障，此時(shí)切換為兩驅(qū)模式，不需要限制車(chē)速運(yùn)行。

2.2動(dòng)力系統(tǒng)模式切換過(guò)程控制

2.2.1 兩驅(qū)模式到四驅(qū)模式切換過(guò)程控制

兩驅(qū)模式向四驅(qū)模式切換依次分成3個(gè)步驟：前電機(jī)調(diào)速、斷開(kāi)裝置結(jié)合、前后電機(jī)扭矩轉(zhuǎn)移。

（1）前電機(jī)調(diào)速階段：前電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)速控制模式進(jìn)行調(diào)速，當(dāng)斷開(kāi)裝置輸人軸轉(zhuǎn)速（即前電驅(qū)的主減速器的輸出端轉(zhuǎn)速）和斷開(kāi)裝置輸出軸轉(zhuǎn)速（即車(chē)輪端轉(zhuǎn)速）的轉(zhuǎn)速差足夠小，前電機(jī)調(diào)速階段完成。

（2）斷開(kāi)裝置結(jié)合階段：當(dāng)斷開(kāi)裝置輸入軸轉(zhuǎn)速和輸出軸轉(zhuǎn)速的速差足夠小，且前電機(jī)扭矩接近零時(shí)，整車(chē)控制器給斷開(kāi)裝置發(fā)送結(jié)合指令。等待斷開(kāi)裝置反饋位置狀態(tài)為結(jié)合后，斷開(kāi)裝置結(jié)合階段完成。

（3）前后電機(jī)扭矩轉(zhuǎn)移階段：斷開(kāi)裝置結(jié)合階段完成后，前電機(jī)已經(jīng)通過(guò)斷開(kāi)裝置與車(chē)輛進(jìn)行了動(dòng)力連接，車(chē)輛處于四驅(qū)模式，由前后電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，VCU按照最優(yōu)前后軸扭矩分配比進(jìn)行扭矩分配和轉(zhuǎn)移。在向前電機(jī)的扭矩增加過(guò)程中，為了保持車(chē)輛的動(dòng)力平穩(wěn)，需要后電機(jī)的扭矩減少同樣值，保證結(jié)合前后總扭矩?zé)o階躍性突變。

2.2.2 四驅(qū)模式到兩驅(qū)模式切換過(guò)程控制

四驅(qū)模式向兩驅(qū)模式切換依次分成3個(gè)步驟：前后電機(jī)扭矩轉(zhuǎn)移、斷開(kāi)裝置分離、前電機(jī)調(diào)速。

（1）前后電機(jī)扭矩轉(zhuǎn)移階段：由于斷開(kāi)裝置硬件有自鎖結(jié)構(gòu)，要求沒(méi)有扭矩傳遞才可以分離，因此在斷開(kāi)裝置分離前需要將前電機(jī)扭矩轉(zhuǎn)移到后電機(jī)。該階段應(yīng)保證輪端扭矩?zé)o動(dòng)力突變，前電機(jī)扭矩減少過(guò)程中，后電機(jī)扭矩增加同樣值，最終實(shí)現(xiàn)前電機(jī)的扭矩降為零，前后電機(jī)扭矩轉(zhuǎn)移階段完成。

（2）斷開(kāi)裝置分離階段：前后電機(jī)扭矩轉(zhuǎn)移階段完成后，整車(chē)控制器給斷開(kāi)裝置發(fā)送斷開(kāi)指令，同時(shí)整車(chē)控制器控制前電機(jī)進(jìn)行跨零小扭矩振蕩，斷開(kāi)裝置狀態(tài)反饋為分離后，斷開(kāi)裝置分離階段完成。

（3）前電機(jī)調(diào)速階段：當(dāng)斷開(kāi)裝置分離階段完成后，前電機(jī)與車(chē)輪的連接被斷開(kāi)裝置分離，車(chē)輛處于兩驅(qū)模式，由后電機(jī)驅(qū)動(dòng)，前電機(jī)不再給車(chē)輛傳遞扭矩。前電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)速控制模式將電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)線性降為 0r/min ，使前電機(jī)停轉(zhuǎn)并關(guān)管。

3駕駛性評(píng)價(jià)

3.1 駕駛性評(píng)價(jià)工況

兩驅(qū)模式和四驅(qū)模式切換過(guò)程，本質(zhì)上是斷開(kāi)裝置結(jié)合、分離過(guò)程，也是車(chē)輛動(dòng)力源在單電機(jī)驅(qū)動(dòng)和雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)之間切換過(guò)程。因此，駕駛性評(píng)價(jià)主要關(guān)注在不同工況下結(jié)合、分離過(guò)程是否有沖擊、涌動(dòng)、加減速感不一致、平順性不佳等問(wèn)題。

評(píng)價(jià)工況主要包含以下內(nèi)容：

（1）靜止：車(chē)輛靜止?fàn)顟B(tài)下，操作車(chē)輛設(shè)置開(kāi)關(guān)，使車(chē)輛實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)切換四驅(qū)，四驅(qū)切換兩驅(qū)。（2）蠕行：車(chē)輛蠕行狀態(tài)下，操作車(chē)輛設(shè)置開(kāi)關(guān)，使車(chē)輛實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)切換四驅(qū)，四驅(qū)切換兩驅(qū)。（3）等速：車(chē)輛 40/80/120km/h±2km/h 等速行駛狀態(tài)下，操作車(chē)輛設(shè)置開(kāi)關(guān)，使車(chē)輛實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)切換四驅(qū)，四驅(qū)切換兩驅(qū)。（4）滑行：車(chē)輛以初始車(chē)速 40/80/120km/h±2km/h 等速行駛時(shí)，松開(kāi)加速踏板、不踩制動(dòng)踏板，使車(chē)輛進(jìn)入滑行狀態(tài)后，操作車(chē)輛設(shè)置開(kāi)關(guān)，使車(chē)輛實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)切換四驅(qū)，四驅(qū)切換兩驅(qū)。（5）制動(dòng)：車(chē)輛以初始車(chē)速 40/80/120km/h±2km/h 等速行駛時(shí)，松開(kāi)加速踏板、踩下制動(dòng)踏板并保持在可使車(chē)輛產(chǎn)生 0.2～0.3g 減速度的位置，操作車(chē)輛設(shè)置開(kāi)關(guān)，使車(chē)輛實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)切換四驅(qū)，四驅(qū)切換兩驅(qū)。（6）原地加速：車(chē)輛靜止?fàn)顟B(tài)下，在 0.3s 內(nèi)松開(kāi)制動(dòng)踏板后，在0.5s內(nèi)將加速踏板踩到底，使車(chē)輛加速至車(chē)速達(dá)到 以上。（7）超車(chē)加速：車(chē)輛以初始車(chē)速 40/80/120km/h± 2km/h 等速行駛時(shí)，在 0.2s 內(nèi)將加速踏板踩到底，加速至車(chē)速增加 或達(dá)到最高車(chē)速。

3.2 實(shí)車(chē)評(píng)價(jià)

本文基于一汽一款帶有斷開(kāi)裝置的雙電機(jī)四驅(qū)純電動(dòng)汽車(chē)，根據(jù)3.1中所述的評(píng)價(jià)工況，進(jìn)行了駕駛性評(píng)價(jià)。本文中試驗(yàn)樣車(chē)參數(shù)如表1所示。駕駛評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。

4結(jié)束語(yǔ)

本文基于帶有斷開(kāi)裝置的雙電機(jī)四驅(qū)純電動(dòng)汽車(chē)，進(jìn)行了動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析、驅(qū)動(dòng)模式分析、控制策略設(shè)計(jì)。同時(shí)，針對(duì)斷開(kāi)裝置結(jié)合、分離特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了靜止、蠕行、等速、滑行、制動(dòng)、原地加速、超車(chē)加速等評(píng)價(jià)工況，實(shí)車(chē)評(píng)價(jià)車(chē)輛駕駛性，使其滿足產(chǎn)品開(kāi)發(fā)要求，提升車(chē)輛競(jìng)爭(zhēng)力。

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（責(zé)任編輯 明慧）