基于純電動汽車的駕駛性評價技術(shù)研究

馬騰 張?zhí)鞆?劉元治 張鑫

（1. 中國第一汽車股份有限公司 新能源開發(fā)院，長春130013；2. 汽車振動噪聲與安全控制綜合技術(shù)國家重點實驗室，長春130013）

主題詞：純電動汽車 駕駛性 主觀評價 客觀評價

1 引言

隨著全球能源形勢緊張和環(huán)境保護意識增強，節(jié)能環(huán)保的新能源汽車得到全社會高度重視[1]。純電動汽車具備零排放、結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)門檻低、噪音小、加速快和使用成本低的特點[2]受到國家、汽車行業(yè)重視和消費者青睞，《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到汽車新車銷售總量的20%左右[3]。

絕大部分純電動汽車由電機通過剛性連接一級齒輪減速機構(gòu)直接驅(qū)動車輪，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，電機具備轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快、低速輸出大轉(zhuǎn)矩、同一轉(zhuǎn)動方向下正負轉(zhuǎn)矩快速切換的特性[4]。如果對電機轉(zhuǎn)矩控制不合理，極易造成車輛縱向竄動、駕乘人員眩暈等不適駕乘體驗。給客戶提供良好的駕駛體驗是各大汽車廠商贏得客戶口碑、保持品牌競爭力的重要指標[5]。

車輛行駛時駕駛員的動態(tài)感覺、決策行為、行為動作和車輛瞬態(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價的最終依據(jù)[6]。

本文在理論分析和實踐基礎(chǔ)上，基于純電動汽車，對車輛駕駛性評價技術(shù)進行研究，分析了駕駛性主要影響因素，提出了駕駛性評價工況、主觀評價指標和客觀評價指標，同時根據(jù)客觀評價方法可進行駕駛性驗證優(yōu)化，提升車輛駕駛性能及乘坐舒適性。

2 純電動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，對于純電動汽車，指在規(guī)定的環(huán)境、駕駛條件下，車輛的電機及傳動系統(tǒng)平順地執(zhí)行駕駛員輸入指令的能力。在駕駛性評價中，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力性、舒適性方面的駕駛預(yù)期，以便實現(xiàn)最好的駕駛體驗。

2.2 典型兩驅(qū)純電動汽車構(gòu)型

純電動汽車構(gòu)型根據(jù)電機個數(shù)和變速箱類型進行分類，主要包括單電機直驅(qū)、前后軸雙電機直驅(qū)、輪轂電機和單電機兩擋變速箱4類?，F(xiàn)在市場上大部分電動車為電機剛性連接一級齒輪減速機構(gòu)直接驅(qū)動車輪的單電機直驅(qū)構(gòu)型，如圖1所示。本文以單電機直驅(qū)構(gòu)型的純電動汽車為研究對象，對車輛駕駛性評價技術(shù)進行研究。

圖1 單電機直驅(qū)構(gòu)型示意

2.3 駕駛性影響因素分析

對于純電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車，由于電機與發(fā)動機扭矩響應(yīng)特性不同以及車輛傳動系統(tǒng)不同的特點，使得純電動汽車駕駛性影響因素主要體現(xiàn)在以下2個方面。

（1）傳動系統(tǒng)中齒輪的間隙，此為機械系統(tǒng)固有特性，雖然傳動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。同時由于純電動汽車驅(qū)動電機與傳動系之間為剛性連接，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，使得傳動系間隙特性被放大，對駕駛性影響非常突出；同時，傳動系剛度特性也對駕駛性有一定影響。

（2）對電機轉(zhuǎn)矩控制時，由于電機具備轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快、低速輸出大轉(zhuǎn)矩、同一轉(zhuǎn)動方向下正負轉(zhuǎn)矩快速切換等特性，使得電機轉(zhuǎn)矩控制精度、電機轉(zhuǎn)矩變化率等對駕駛性影響很大。

因此，在車輛開發(fā)階段，需設(shè)計駕駛工況測評車輛表現(xiàn)，根據(jù)車輛表現(xiàn)結(jié)果，對電機轉(zhuǎn)矩控制進行針對性標定優(yōu)化，來提升車輛駕駛性。

3 純電動汽車駕駛性評價

3.1 駕駛性評價工況

基于純電動汽車，駕駛性評價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、制動穩(wěn)定性能方面進行評價分析。

根據(jù)上述的6 個性能方向，駕駛性評價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，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，車輛靜止不動時，擋位掛在D或R擋，松開制動踏板，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，車輛靜止不動時，擋位掛在D或R 擋，松開制動踏板后，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勻速或減速行駛時加速響應(yīng)，車輛勻速或減速行駛時，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，不踩制動踏板，使車輛進入減速狀態(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踏板減速感，車輛加速至一定車速以上，擋位在D擋時，完全松開油門踏板，不踩制動踏板，使車輛進入減速狀態(tài)，滑行至最低穩(wěn)定車速；

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

根據(jù)以上工況，對車輛駕駛性進行測評，通過主觀評價直觀感受車輛表現(xiàn)，快速發(fā)現(xiàn)可能存在的問題；通過客觀評價，測試車輛具體問題點，有針對性進行標定優(yōu)化，提升車輛駕駛性。

3.2 駕駛性主觀評價

主觀評價指在不使用試驗儀器的條件下，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)臟感覺對產(chǎn)品性能做出評定的工作。

基于純電動汽車，駕駛性主觀評價指標主要包含：沖擊、遲滯、涌動、加速感、減速感、平順性、眩暈感。其中，沖擊指標主要評價車輛加減速過程中，車輛前后方向的內(nèi)部撞擊、振動的感受。遲滯、加速感兩項指標主要評價車輛加速過程中，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、減速感兩項指標主要評價車輛減速過程中，車輛前后方向的一次性加速、整體減速過程感受。平順性、眩暈感兩項指標主要評價車輛加減速過程中，車輛整體加減速連續(xù)性感受以及身體平衡感受。

主觀評價時應(yīng)有3名以上具有主觀評價資質(zhì)的工程師組成的評價團隊，按照3.1 所述的駕駛性工況分別進行測評，測評結(jié)束后應(yīng)進行團隊討論，最終形成評價結(jié)果。

3.3 駕駛性客觀評價

客觀評價指使用試驗儀器，通過將試驗儀器布置在車輛特定位置測試車輛數(shù)值對產(chǎn)品性能做出評定的工作。

基于純電動汽車，駕駛性客觀評價指標主要包含最大加速度、響應(yīng)時間、電機轉(zhuǎn)速峰峰值、加速度峰峰值和沖擊度。其中，最大加速度指標主要評價車輛縱向最大加速能力；響應(yīng)時間指標主要評價車輛加減速需要的時間；電機轉(zhuǎn)速峰峰值主要評價電機轉(zhuǎn)速波動變化；加速度峰峰值和沖擊度指標主要評價車輛加減速過程中縱向加速度變化。

駕駛性客觀評價使用的主要試驗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試車輛縱向加速度變化，GPS主要測試車輛縱向車速變化，CAN工具主要測試加速踏板、制動踏板、電機轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)矩的CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

客觀評價，應(yīng)將試驗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行測試。測試結(jié)束后對試驗儀器采集到的加速踏板、制動踏板、電機轉(zhuǎn)速、電機轉(zhuǎn)矩、車輛速度和車輛加速度數(shù)據(jù)分析客觀評價指標，可通過優(yōu)化不同踏板開度下的電機轉(zhuǎn)矩值、踏板變化時的電機轉(zhuǎn)矩變化率、電機轉(zhuǎn)矩隨踏板開度和車速變化的變化值進行優(yōu)化。優(yōu)化后，需要對車輛狀態(tài)進行復測，分析客觀評價指標優(yōu)化結(jié)果，同時進行主觀評價。

3.4 實車測試驗證

本文基于某款單電機直驅(qū)構(gòu)型純電動汽車（表1），根據(jù)3.1 中所述的駕駛性工況進行了駕駛性主觀評價和客觀評價，并對客觀評價結(jié)果（表2）進行分析優(yōu)化，提升了車輛的駕駛性。

表1 樣車技術(shù)參數(shù)

表2 客觀評價優(yōu)化結(jié)果

4 總結(jié)

本文基于純電動汽車，通過對駕駛性主要影響因素分析，對駕駛性評價技術(shù)進行了深入研究和實車測試驗證，形成了以下幾點結(jié)論。

（1）確定了靜態(tài)換擋、起步加速、勻速、滑行減速和制動的駕駛性評價工況；

（2）確定了沖擊、遲滯、涌動、加速感、減速感、平順性和眩暈感的主觀評價指標；

（3）確定了最大加速度、響應(yīng)時間、電機轉(zhuǎn)速峰峰值、加速度峰峰值和沖擊度的客觀評價指標。

通過駕駛性評價工況、主觀評價指標、客觀評價指標，可快速、系統(tǒng)優(yōu)化車輛駕駛性，滿足產(chǎn)品開發(fā)要求，提升車輛競爭力，為純電動汽車整車性能設(shè)計與優(yōu)化提供了依據(jù)。同時，隨著產(chǎn)品開發(fā)的深入，可以逐步形成產(chǎn)品評價指標數(shù)據(jù)庫，支撐產(chǎn)品開發(fā)。