纯电动乘用车驾驶性研究

陈书平，宫庆伟，李俊飞，王涛

（大运汽车股份有限公司，山西 运城 044000）

引言

在国家政策支持下，纯电动新能源汽车技术的竞争日益激烈，各个主机厂不断展现自家车的性能优势，以获得客户的青睐并占据一定的市场份额。在车辆的各种性能中，驾驶性就是车辆关键的性能之一，驾驶性直接决定驾驶者在车辆行驶过程中的舒适程度。文献[1]指出传统燃油乘用车驾驶性的主观评价是以驾乘人员的主观感受为主，采用打分制的方式进行评价记录[1]。文献[2]提出一种驾驶性体系的建立方法，是通过收集新能源车性能试验结果，建立专门的驾驶性数据库，从而形成较为标准的评价体系[2]。文献[3]对电动汽车驾驶性中换挡平顺性的客观评价指标进行理论推导，并建立神经网络驾驶性仿真模型[3]。文献[4]提出一种组合权重和改进TOPSIS法的驾驶性客观评价工况选择的方法，通过该方法可以分析各个工况对驾驶性的重要程度[4]。文献[5]从起步加速性、换挡平顺性、瞬态响应性、能量回收模式模式转换和制动性能五个方面对电动汽车驾驶性主观评价进行分析，建立驾驶性主观评价体系[5]。文献[6]从纵向、横向和垂向三个振动方向对智能车辆的驾乘舒适性进行理论分析[6]。文献[7]对部分油门开度、全油门开度、急踩/松油门和减速制动工况下的加速度进行分析，从静态挂挡、爬行起步动力升挡、动力降挡、上坡爬行和起步方面，建立驾驶性测试标准[7]。文献[8]在传统燃油乘用车的全负荷动力性客观评价基础上引入车辆驾驶性的客观评价内容，主要包括部分负荷特性、加速踏板感觉、换挡平顺性和瞬态急踩/松加速踏板响应，并对急加/减瞬态响应进行研究[8]。基于上述文献可知，目前车辆驾驶性评价体系不健全，主观评价依靠人的主观感受进行评价，评价结果的差异性较大，需要有客观的数据进行支撑，但在客观性研究方面，仍不够深入。与传统乘用车相比，纯电动乘用车采用电机驱动，而不是发动机驱动，电池包给电机提供电能，此外纯电动汽车还具有能量回收功能，故纯电动乘用车驾驶性与传统燃油的乘用车驾驶性有一定差异，因此有必要对纯电动乘用车进行研究，且有重要的现实意义。

1 数学模型

驾驶性客观评价指标主要包括起步加速性能、换挡平顺性和急加/减瞬态响应等。

1.1 起步加速性能数学模型

车辆在水平道路上，由静止开始加速，全油门/部分油门工况下的指标计算如下。

（1）加速度数学模型：

式中，Ft为驱动力，N；Ff为滚动阻力，N；Fi为空气阻力，N；a为加速度，m/s2；为旋转质量转换系数，m为电动汽车试验质量，kg。

（2）加速时间数学模型：

式中，ve为结束车速，km/h。

1.2 换挡平顺性数学模型

换挡平顺性是整车驾驶性的重要构成部分，换挡平顺性的评价指标主要包括纵向加速度、加速度均方根、冲击度和振动剂量。

（1）纵向加速度数学模型：

式中，Fw为坡道阻力，N。

（2）加速度均方根数学模型：

式中，arms为加速度均方根值，m/s2； 滤波处理后的纵向加速度，m/s2；tb、te为起止时间，s。

（3）冲击度数学模型：

式中，J为冲击度，m/s3。

（4）振动剂量数学模型：

式中，VDV为振动剂量，m/s1.75。

1.3 急加/减瞬态响应数学模型

ISO2631“人体全身振动和冲击评估方法”是一种基于频率的评估方法。该方法中讲述了车辆舒适性是受由加速度信号中的频率成分影响的。

式中，RMS(x)为RMS函数；x(n)为测量信号的频谱。

2 主观评价

通过多款纯电动乘用汽车为主观评价对象，从起步加速性能、换挡平顺性、加速踏板感觉、急加/减瞬态响应和能量回收模式转换五个方面对车辆驾驶性主观评价进行研究，从而建立纯电动乘用车驾驶性评价体系。其中，起步加速性能是由全油门（Whole Open Throttle, WOT）工况的加速性能和部分油门（Part Open Throttle, POT）工况加速性能构成。

以某纯电动乘用车为驾驶性主观评价对象，通过对车辆的起步加速性能和换挡平顺性等五个方面内容进行评价，该车辆的驾驶性主观评价结果如表1所示。从主观评价结果中，可以看出起步加速性能在该车辆的驾驶性主观评价中得分最高，其次是加速踏板感觉。

表1 主观评价体系

3 客观试验

3.1 扭矩未标定的起步加速试验

以某纯电动车为试验对象，对其进行POT工况下0～100 km/h加速性能试验，利用VBOX设备进行数据采集，通过试验数据分析该车型不同驾驶模式下的前3 s平均加速度和峰值加速度，如图1和图2所示。

由图1与图2可知，前3 s平均加速度曲线与峰值加速度曲线是折线，在某些开度下起步加速会出现加速无力或者有顿挫感的现象发生，同时也会给客户带来较差的驾驶性体验。随着加速踏板开度的增加，SPORT/ECO/NORMAL三种驾驶模式下的前3 s平均加速度和峰值加速度区分不明显，特别在加速踏板开度为10%、20%、40%和70%处出现加速度数值相同或者基本接近的现象。

图1 前3 s平均加速度曲线

图2 峰值加速度曲线

3.2 扭矩标定后的起步加速试验

通过对上述的前3 s平均加速度和峰值加速度试验结果进行分析，并对三种驾驶模式下的整车输出扭矩MAP进行整车标定，对标定后的车辆进行POT工况下0～100 km/h加速性能试验，利用VBOX设备进行数据采集，通过试验数据分析该车型不同驾驶模式下的前3 s平均加速度和峰值加速度，如图3和图4所示。

（1）由图3前3 s平均加速度曲线知：

图3 前3 s平均加速度曲线

1）随着加速踏板开度的增加，前3 s平均加速度曲线呈现上升趋势。

2）SPORT模式下的前3 s平均加速度曲线最大值为2.77 m/s2，最小值为0.49 m/s2；NORMAL模式下的前3 s平均加速度曲线最大值为2.52 m/s2，最小值为0.44 m/s2；ECO模式下的前3 s平均加速度曲线最大值为2.33 m/s2，最小值为0.40 m/s2。

3）在不同加速踏板开度下，SPORT模式下的前3 s平均加速度大于NORMAL模式下的前3 s平均加速度，NORMAL模式下的前3 s平均加速度大于ECO模式下的前3 s平均加速度。

（2）由图4峰值加速度曲线知：

图4 峰值加速度曲线

1）随着加速踏板开度的增加，峰值加速度曲线呈现上升趋势。

2）SPORT模式下的峰值加速度曲线最大值为3.16 m/s2，最小值为0.76 m/s2；NORMAL模式下的峰值加速度曲线最大值为2.92 m/s2，最小值为0.68 m/s2；ECO模式下的峰值加速度曲线最大值为2.59 m/s2，最小值为0.60 m/s2。

3）在不同加速踏板开度下，SPORT模式下的峰值加速度大于NORMAL模式下的峰值加速度，NORMAL模式下的峰值加速度大于ECO模式下的峰值加速度。

4 结论

（1）建立纯电动乘用车驾驶性数学模型和驾驶性主观评价体系，对某纯电动乘用车进行驾驶性主观评价，得到该车辆的驾驶性主观评价结果。

（2）对该纯电动乘用车进行客观性试验标定，得到较为优越的驾驶性能。标定试验是通过调整三种驾驶模式下的整车输出扭矩MAP的方式进行的，获得试验测试数据，为驾驶性主观评价提供支撑，同时也为纯电动乘用车驾驶性的研发提供参考。