電動汽車駕駛性主觀評價研究

張宸維，林方圓

電動汽車駕駛性主觀評價研究

張宸維，林方圓

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

建立純電動汽車駕駛性數(shù)學(xué)計算模型。研究了起步加速性能、瞬態(tài)響應(yīng)性能、換擋平順性、能量回收模式轉(zhuǎn)換和制動性能5個方面對純電動汽車駕駛性的影響，可以針對性地改進駕駛性能，提升駕駛愉悅感，基于三層次分析結(jié)構(gòu)建立純電動汽車駕駛性評價體系。研究結(jié)果為純電動汽車整車性能設(shè)計與優(yōu)化提供了依據(jù)。

純電動汽車；駕駛性；主觀評價；整車性能

前言

純電動汽車零排放、無污染，發(fā)展純電動汽車是邁向汽車強國的必由之路。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(biāo)[1]。

車輛行駛時駕駛員的動態(tài)感覺、決策行為、行為動作、車輛瞬態(tài)響應(yīng)的交互感覺等，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)[2]。在駕駛性評價中，車輛的瞬態(tài)過程響應(yīng)占較大權(quán)重。駕駛性的開發(fā)目標(biāo)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)最佳的駕駛體驗[3]。

本文在理論分析和實踐基礎(chǔ)上，從駕駛性主觀評價和客觀評價相結(jié)合，構(gòu)建了綜合評價指標(biāo)體系，對純電動汽車的駕駛性主觀和客觀評價進行研究。

1 純電動汽車駕駛性計算模型

1.1 動力性計算模型

車輛動力性常采用最高車速、加速時間、最大爬坡度3個客觀指標(biāo)來評價。動力性影響著汽車的平均行駛效率和行駛安全，是汽車各種性能中最基本、最重要的性能之一。

全負(fù)荷特性是指汽車在動力系統(tǒng)節(jié)氣門全開( Wide Open Throttle,WOT)即加速踏板100%開度下的縱向極限行駛能力。

1.1.1最高車速計算模型

驅(qū)動電機牽引力計算見公式（1）：

式中：T——驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩，Nm；i0——傳動比；ηT——傳動系機械效率；r——驅(qū)動輪半徑，m。

根據(jù)車速與電機轉(zhuǎn)速關(guān)系計算傳動系傳動比，見公式（2）：

式中：umax——最高車速，km/h；nmax——電機最高轉(zhuǎn)速，rpm；i1——傳動比最小要求。

根據(jù)汽車行駛方程，汽車在水平良好路面上行駛，行駛阻力Ff+Fw與驅(qū)動力Ft相平衡時達(dá)到的穩(wěn)定車速即為最高車速。

1.1.2加速時間計算模型

起步加速度峰值是從觸發(fā)加速踏板到擋位信生變化過程中車輛能達(dá)到的最大加速能力[8]。車輛從靜止起步全力加速至車速u的加速度為：

根據(jù)公式（5）可得加速度倒數(shù)曲線，采用分段積分的方法，可得到各個速度區(qū)間的加速時間，累加后即為加速時間T：

1.1.3最大爬坡度計算模型

以最大爬坡度確定其短時工作線低速轉(zhuǎn)矩：假定以勻速爬坡, 車輛所受阻力項中沒有加速阻力, 則所需電機驅(qū)動力為：

動力因數(shù)D的計算式為：

最大爬坡度的計算公式為：

1.2 瞬態(tài)響應(yīng)計算模型

急踩加速踏板(Tip in) 和急松加速踏板(Tip out) 瞬態(tài)響應(yīng)工況, 可以根據(jù)加速度響應(yīng)曲線的形狀來評價駕駛性能。某固定車速和擋位下急踩加速踏板瞬態(tài)響應(yīng)工況, 通過縮短響應(yīng)延遲、減少加速度凹陷以及抑制加速度振蕩等方法, 可以有效改善駕駛員主觀感覺, 提升駕駛性能[7]。

根據(jù)車輛沖擊振動原理，縱向穩(wěn)定性分為傳動系統(tǒng)沖擊、發(fā)動機慣性沖擊和車身縱向振動，研究中結(jié)合沖擊、振動的3 個典型指標(biāo)縱向加速度ax、縱向沖擊度j、加權(quán)加速度均方根值ay進行分析。

式中，F(xiàn)t、Fi、Ff、Fw分別是驅(qū)動力、風(fēng)阻、輪胎阻力和道路坡度阻力；為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；m 為整備質(zhì)量。

汽車的縱向沖擊采用縱向加速度幅值axmax和縱向沖擊度幅值jmax。兩個評價指標(biāo)評價，即在不同的瞬態(tài)工況下，對該兩個指標(biāo)評價以評估整車在不同時刻的沖擊度。

汽車的縱向振動是汽車行駛時沿行駛方向產(chǎn)生的振動，通常人體對縱向振動比垂直振動更加敏感。根據(jù)ISO 2631-1:1997(E)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用aw評價振動對人體舒適和健康的影響[4]：

式中，T 為振動時間。

1.3 換擋平順性計算模型

換擋平順性是駕駛性能的重要組成部分?？v向加速度與沖擊度是車輛在行駛方向上的變量，與人體的主觀感覺密切相關(guān)，對換擋舒適性影響較大。尤其是沖擊度表征了車輛動力傳遞過程的平順性，其峰值直接反映了人體主觀感覺上瞬態(tài)的沖擊。加速度均方根值描述了縱向加速時間歷程中的平均加速度值，考察了加速度持續(xù)時間和變化快慢。振動劑量描述了加速度對駕乘人員的累積作用程度，其比加速度均方根值對峰值加速度更加敏感，能夠更好地估計偶爾遇到過大脈沖引起的高峰值振動，以反映動力傳遞過程中的瞬態(tài)沖擊與顛簸。相關(guān)指標(biāo)的計算公式如下：

2 駕駛性評價分析

以某純電動汽車為研究對象，從起步加速性能、瞬態(tài)響應(yīng)、換擋平順性等方面進行評價分析。

2.1 起步加速性能

起步加速性能主要評價扭矩響應(yīng)跟隨性，評價的標(biāo)準(zhǔn)是扭矩響應(yīng)跟隨性(即扭矩響應(yīng))良好，包括起步加速進入、退出條件的標(biāo)定，扭矩限制等，加速時間符合性能目標(biāo)。

表1 起步加速性能評價分析

以上各工況復(fù)測3次記錄結(jié)果，測試結(jié)果表明：部分負(fù)載加速性能扭矩跟隨踏板需求，過程無異常抖動。

2.2 瞬態(tài)響應(yīng)性能

瞬態(tài)響應(yīng)性能是指車輛的狀態(tài)突然變化時整車及動力系統(tǒng)各性能的響應(yīng)能力。

不同車速下小油門加速主要評價急踩加速踏板（Tip in）時車輛的響應(yīng)，評價標(biāo)準(zhǔn)是車輛加速平穩(wěn)，無沖擊感，扭矩跟隨性良好。

表2 不同車速下小油門加速評價分析

以上各工況復(fù)測3次記錄結(jié)果，測試結(jié)果表明：整個過程扭矩跟隨性表現(xiàn)良好，符合期望值；但松油門后加速過程存在輕微沖擊感，從電機轉(zhuǎn)速看，此過程存在轉(zhuǎn)速波動，后期需關(guān)注。

制動后急加速主要評價踩制動扭矩響應(yīng)性，評價標(biāo)準(zhǔn)是扭矩響應(yīng)跟隨性（即扭矩響應(yīng)時間）良好。

表3 制動后快踩響應(yīng)性能評價分析

以上各工況復(fù)測3次記錄結(jié)果，測試結(jié)果表明：隨加速過程電機扭矩先卸載到0，然后隨需求指令加載，整個過程跟隨良好，無異常抖動。

2.3 換擋平順性

靜態(tài)換擋平順性主要評價蠕行D-R切換平順性，評價標(biāo)準(zhǔn)是檔位切換平順，切換過程中無整車竄動（無扭矩突變）。

表4 靜態(tài)換擋平順性評價分析

以上各工況復(fù)測3次記錄結(jié)果，測試結(jié)果表明：D/R檔切換瞬間，電機轉(zhuǎn)速存在20rpm的跳變，主觀感受整車有沖擊感，電機反饋扭矩存在0Nm跳變，下一步需關(guān)注。

模擬入庫主要評價檔位轉(zhuǎn)換及扭矩加載性能測試（低速快速換擋駕駛性評價），評價標(biāo)準(zhǔn)是檔位轉(zhuǎn)換可靠，無異常抖動，扭矩加載可靠。

表5 模擬入庫性能評價分析

以上各工況復(fù)測3次記錄結(jié)果，測試結(jié)果表明：檔位切換可靠，符合設(shè)計策略，同時扭矩跟隨性符合期望，在此過程電機轉(zhuǎn)速無波動。

2.4 能量回收模式轉(zhuǎn)換

能量回收模式轉(zhuǎn)換主要評價滑行過程中加速扭矩響應(yīng)性標(biāo)定；加速（驅(qū)動模式）、滑行（能量回收模式）的進入退出精度標(biāo)定，評價標(biāo)準(zhǔn)是扭矩響應(yīng)跟隨性（扭矩響應(yīng)時間）良好，模式轉(zhuǎn)換符合期望要求。

表6 能量回收模式轉(zhuǎn)換評價分析

以上各工況復(fù)測3次記錄結(jié)果，測試結(jié)果表明：松加速踏板后滑行能量回收標(biāo)志位置1，待現(xiàn)有扭矩卸載至0后，進入滑行能量回收模式，過程平滑，無異常抖動（制動能量回收僅涉及根據(jù)制動踏板開度能量回收扭矩數(shù)值的加載）。

2.5 制動性能

制動優(yōu)先主要評價低速過程同時踩制動和加速踏板時，為保證安全性，制動優(yōu)先響應(yīng)。評價標(biāo)準(zhǔn)是車輛響應(yīng)制動需求。

表7 制動優(yōu)先性能評價分析

以上各工況復(fù)測3次記錄結(jié)果，測試結(jié)果表明：制動優(yōu)先響應(yīng)。

制動及駐車性能主要評價低速行駛過程中踩制動踏板的制動性能和車輛行駛至設(shè)計坡道，停車、N檔、拉手剎的駐車性能，評價標(biāo)準(zhǔn)分別是平穩(wěn)停車和車輛停車可靠且無溜坡現(xiàn)象。

表8 制動性能評價分析

以上各工況復(fù)測3次記錄結(jié)果，測試結(jié)果表明：停車平穩(wěn)可靠，無溜坡現(xiàn)象。

3 駕駛性評價指標(biāo)體系構(gòu)建

駕駛性能是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，反應(yīng)其水平、影響其變化的因素較多，需建立有效的綜合評價指標(biāo)對其客觀準(zhǔn)確完整的評價[5]。

表9 純電動汽車駕駛性評價體系

車輛的駕駛性是和動力性相關(guān)聯(lián)的一個性能，許多評價工況中既包含了動力性又包含了駕駛性內(nèi)容。駕駛性主觀評價即駕駛者根據(jù)車況和路況使用加速踏板、換擋、制動對車輛進行輸入操作，然后車輛對駕駛者的輸入做出不同程度的響應(yīng)，在此期間駕駛者對車輛響應(yīng)的一種主觀感覺做出評價[6]。

綜合評價指標(biāo)的分值通常由次級的評價指標(biāo)根據(jù)一定的權(quán)重獲得[6]?；趯哟畏治鼋Y(jié)構(gòu)建立純電動汽車駕駛性評價體系，如表6所示，包括5個二級屬性指標(biāo)、18個三級屬性指標(biāo)。

第1層為一級屬性指標(biāo)，為待解決問題的目標(biāo)，及純電動汽車駕駛性評價結(jié)果。第2層為二級屬性指標(biāo)，將駕駛性分為起步加速性能、瞬態(tài)響應(yīng)性能、換擋平順性、能量回收模式轉(zhuǎn)換和制動性能5個方面作為評價準(zhǔn)則。第3層為三級屬性指標(biāo)，針對每個駕駛性能建立多項評價指標(biāo)，細(xì)化評價細(xì)則。

4 結(jié)論

（1）建立純電動汽車駕駛性數(shù)學(xué)計算模型，包括動力性計算模型、瞬態(tài)響應(yīng)計算模型和換擋平順性計算模型等。

（2）以某純電動汽車為例，研究了起步加速性能、瞬態(tài)響應(yīng)性能、換擋平順性、能量回收模式轉(zhuǎn)換和制動性能5個方面對駕駛性的影響，通過駕駛性評價分析，可以針對性地改進駕駛性能，提升駕駛愉悅感，實現(xiàn)客戶價值，為純電動汽車整車性能設(shè)計與優(yōu)化提供了依據(jù)。

（3）建立純電動汽車駕駛性評價體系，包括起步加速性能、瞬態(tài)響應(yīng)性能、換擋平順性、能量回收模式轉(zhuǎn)換和制動性能5個方面作為評價準(zhǔn)則，基于三層次分析結(jié)構(gòu)建立純電動汽車駕駛性評價體系，通過指標(biāo)分解技術(shù)實現(xiàn)各方面指標(biāo)參數(shù)的平衡和優(yōu)化。

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Subjective Evaluation Research of Drivability of Pure Electric Vehicle

Zhang Chenwei, Lin Fangyuan

（Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

The calculation mathematical model of Drivability of Pure electric vehicle is established. The influence of starting acceleration performance, transient response performance, shift smoothness, energy recovery mode conversion and braking performance on drivability of pure electric vehicle was studied. It can be targeted to improve driving performance and improve driving pleasure. Based on the three-level analysis structure, the drivability evaluation system of pure electric vehicles can be established. The conclusions provide a basis for design and optimization of vehicle performance of Pure electric vehicle.

Electric vehicle; Drivability; Subjective Evaluation; Vehicle performance

U469.72

A

1671-7988(2019)18-08-04

U469.72

A

1671-7988(2019)18-08-04

張宸維，碩士研究生，工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司，研究方向為電動汽車動力匹配與仿真分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.003