張宸維，林方圓

電動(dòng)汽車駕駛性主觀評(píng)價(jià)研究

張宸維，林方圓

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

建立純電動(dòng)汽車駕駛性數(shù)學(xué)計(jì)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(dòng)性能5個(gè)方面對(duì)純電動(dòng)汽車駕駛性的影響，可以針對(duì)性地改進(jìn)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(dòng)汽車駕駛性評(píng)價(jià)體系。研究結(jié)果為純電動(dòng)汽車整車性能設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了依據(jù)。

純電動(dòng)汽車；駕駛性；主觀評(píng)價(jià)；整車性能

前言

純電動(dòng)汽車零排放、無(wú)污染，發(fā)展純電動(dòng)汽車是邁向汽車強(qiáng)國(guó)的必由之路。給客戶提供良好的駕駛體驗(yàn)是各大汽車廠商贏得客戶口碑、保持品牌競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)[1]。

車輛行駛時(shí)駕駛員的動(dòng)態(tài)感覺、決策行為、行為動(dòng)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(píng)價(jià)的最終依據(jù)[2]。在駕駛性評(píng)價(jià)中，車輛的瞬態(tài)過(guò)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(dòng)力性、舒適性方面的駕駛預(yù)期，以便實(shí)現(xiàn)最佳的駕駛體驗(yàn)[3]。

本文在理論分析和實(shí)踐基礎(chǔ)上，從駕駛性主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合，構(gòu)建了綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)純電動(dòng)汽車的駕駛性主觀和客觀評(píng)價(jià)進(jìn)行研究。

1 純電動(dòng)汽車駕駛性計(jì)算模型

1.1 動(dòng)力性計(jì)算模型

車輛動(dòng)力性常采用最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度3個(gè)客觀指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。動(dòng)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(dòng)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(jì)算模型

驅(qū)動(dòng)電機(jī)牽引力計(jì)算見公式（1）：

式中：T——驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，Nm；i0——傳動(dòng)比；ηT——傳動(dòng)系機(jī)械效率；r——驅(qū)動(dòng)輪半徑，m。

根據(jù)車速與電機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系計(jì)算傳動(dòng)系傳動(dòng)比，見公式（2）：

式中：umax——最高車速，km/h；nmax——電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，rpm；i1——傳動(dòng)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(dòng)力Ft相平衡時(shí)達(dá)到的穩(wěn)定車速即為最高車速。

1.1.2加速時(shí)間計(jì)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(guò)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(gè)速度區(qū)間的加速時(shí)間，累加后即為加速時(shí)間T：

1.1.3最大爬坡度計(jì)算模型

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

動(dòng)力因數(shù)D的計(jì)算式為：

最大爬坡度的計(jì)算公式為：

1.2 瞬態(tài)響應(yīng)計(jì)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(lái)評(píng)價(jià)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(guò)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(dòng)原理，縱向穩(wěn)定性分為傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊、發(fā)動(dòng)機(jī)慣性沖擊和車身縱向振動(dòng)，研究中結(jié)合沖擊、振動(dòng)的3 個(gè)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(jìn)行分析。

式中，F(xiàn)t、Fi、Ff、Fw分別是驅(qū)動(dòng)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(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)，即在不同的瞬態(tài)工況下，對(duì)該兩個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)以評(píng)估整車在不同時(shí)刻的沖擊度。

汽車的縱向振動(dòng)是汽車行駛時(shí)沿行駛方向產(chǎn)生的振動(dòng)，通常人體對(duì)縱向振動(dòng)比垂直振動(dòng)更加敏感。根據(jù)ISO 2631-1:1997(E)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用aw評(píng)價(jià)振動(dòng)對(duì)人體舒適和健康的影響[4]：

式中，T 為振動(dòng)時(shí)間。

1.3 換擋平順性計(jì)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(duì)換擋舒適性影響較大。尤其是沖擊度表征了車輛動(dòng)力傳遞過(guò)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(shí)間歷程中的平均加速度值，考察了加速度持續(xù)時(shí)間和變化快慢。振動(dòng)劑量描述了加速度對(duì)駕乘人員的累積作用程度，其比加速度均方根值對(duì)峰值加速度更加敏感，能夠更好地估計(jì)偶爾遇到過(guò)大脈沖引起的高峰值振動(dòng)，以反映動(dòng)力傳遞過(guò)程中的瞬態(tài)沖擊與顛簸。相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

2 駕駛性評(píng)價(jià)分析

以某純電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，從起步加速性能、瞬態(tài)響應(yīng)、換擋平順性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

2.1 起步加速性能

起步加速性能主要評(píng)價(jià)扭矩響應(yīng)跟隨性，評(píng)價(jià)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(jìn)入、退出條件的標(biāo)定，扭矩限制等，加速時(shí)間符合性能目標(biāo)。

表1 起步加速性能評(píng)價(jià)分析

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

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(shí)整車及動(dòng)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(píng)價(jià)急踩加速踏板（Tip in）時(shí)車輛的響應(yīng)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是車輛加速平穩(wěn)，無(wú)沖擊感，扭矩跟隨性良好。

表2 不同車速下小油門加速評(píng)價(jià)分析

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

制動(dòng)后急加速主要評(píng)價(jià)踩制動(dòng)扭矩響應(yīng)性，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是扭矩響應(yīng)跟隨性（即扭矩響應(yīng)時(shí)間）良好。

表3 制動(dòng)后快踩響應(yīng)性能評(píng)價(jià)分析

以上各工況復(fù)測(cè)3次記錄結(jié)果，測(cè)試結(jié)果表明：隨加速過(guò)程電機(jī)扭矩先卸載到0，然后隨需求指令加載，整個(gè)過(guò)程跟隨良好，無(wú)異常抖動(dòng)。

2.3 換擋平順性

靜態(tài)換擋平順性主要評(píng)價(jià)蠕行D-R切換平順性，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是檔位切換平順，切換過(guò)程中無(wú)整車竄動(dòng)（無(wú)扭矩突變）。

表4 靜態(tài)換擋平順性評(píng)價(jià)分析

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

模擬入庫(kù)主要評(píng)價(jià)檔位轉(zhuǎn)換及扭矩加載性能測(cè)試（低速快速換擋駕駛性評(píng)價(jià)），評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是檔位轉(zhuǎn)換可靠，無(wú)異常抖動(dòng)，扭矩加載可靠。

表5 模擬入庫(kù)性能評(píng)價(jià)分析

以上各工況復(fù)測(cè)3次記錄結(jié)果，測(cè)試結(jié)果表明：檔位切換可靠，符合設(shè)計(jì)策略，同時(shí)扭矩跟隨性符合期望，在此過(guò)程電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)波動(dòng)。

2.4 能量回收模式轉(zhuǎn)換

能量回收模式轉(zhuǎn)換主要評(píng)價(jià)滑行過(guò)程中加速扭矩響應(yīng)性標(biāo)定；加速（驅(qū)動(dòng)模式）、滑行（能量回收模式）的進(jìn)入退出精度標(biāo)定，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是扭矩響應(yīng)跟隨性（扭矩響應(yīng)時(shí)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(píng)價(jià)分析

以上各工況復(fù)測(cè)3次記錄結(jié)果，測(cè)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(jìn)入滑行能量回收模式，過(guò)程平滑，無(wú)異常抖動(dòng)（制動(dòng)能量回收僅涉及根據(jù)制動(dòng)踏板開度能量回收扭矩?cái)?shù)值的加載）。

2.5 制動(dòng)性能

制動(dòng)優(yōu)先主要評(píng)價(jià)低速過(guò)程同時(shí)踩制動(dòng)和加速踏板時(shí)，為保證安全性，制動(dòng)優(yōu)先響應(yīng)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是車輛響應(yīng)制動(dòng)需求。

表7 制動(dòng)優(yōu)先性能評(píng)價(jià)分析

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

制動(dòng)及駐車性能主要評(píng)價(jià)低速行駛過(guò)程中踩制動(dòng)踏板的制動(dòng)性能和車輛行駛至設(shè)計(jì)坡道，停車、N檔、拉手剎的駐車性能，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分別是平穩(wěn)停車和車輛停車可靠且無(wú)溜坡現(xiàn)象。

表8 制動(dòng)性能評(píng)價(jià)分析

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

3 駕駛性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

駕駛性能是一個(gè)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(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)其客觀準(zhǔn)確完整的評(píng)價(jià)[5]。

表9 純電動(dòng)汽車駕駛性評(píng)價(jià)體系

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

綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值通常由次級(jí)的評(píng)價(jià)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(dòng)汽車駕駛性評(píng)價(jià)體系，如表6所示，包括5個(gè)二級(jí)屬性指標(biāo)、18個(gè)三級(jí)屬性指標(biāo)。

第1層為一級(jí)屬性指標(biāo)，為待解決問(wèn)題的目標(biāo)，及純電動(dòng)汽車駕駛性評(píng)價(jià)結(jié)果。第2層為二級(jí)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(dòng)性能5個(gè)方面作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。第3層為三級(jí)屬性指標(biāo)，針對(duì)每個(gè)駕駛性能建立多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，細(xì)化評(píng)價(jià)細(xì)則。

4 結(jié)論

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

（2）以某純電動(dòng)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(dòng)性能5個(gè)方面對(duì)駕駛性的影響，通過(guò)駕駛性評(píng)價(jià)分析，可以針對(duì)性地改進(jìn)駕駛性能，提升駕駛愉悅感，實(shí)現(xiàn)客戶價(jià)值，為純電動(dòng)汽車整車性能設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了依據(jù)。

（3）建立純電動(dòng)汽車駕駛性評(píng)價(jià)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(dòng)性能5個(gè)方面作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，基于三層次分析結(jié)構(gòu)建立純電動(dòng)汽車駕駛性評(píng)價(jià)體系，通過(guò)指標(biāo)分解技術(shù)實(shí)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(tuán)股份有限公司，研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車動(dòng)力匹配與仿真分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.003