車輛開發(fā)過(guò)程中駕駛質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)及優(yōu)化

牛大旭++何艷則++李敏++鐘田財(cái)++譚浩

摘要： 針對(duì)整車駕駛質(zhì)量開發(fā)中主觀評(píng)價(jià)體系的不足，引入駕駛質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。明確駕駛質(zhì)量開發(fā)的客觀指標(biāo)概念和目標(biāo)曲線，以某款雙離合變速器（dual cluth transmission， DCT）車型為研究對(duì)象，建立整車駕駛質(zhì)量仿真模型，對(duì)爬坡度、加速度峰值、加速度增益進(jìn)行分析，并通過(guò)優(yōu)化車輛加速踏板扭矩策略和變速器換擋策略，使客觀指標(biāo)達(dá)到整車開發(fā)駕駛質(zhì)量目標(biāo)。整車駕駛性主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果表明整車駕駛性滿足開發(fā)目標(biāo)要求，驗(yàn)證客觀評(píng)價(jià)方法的可行性。

關(guān)鍵詞： DCT； 駕駛質(zhì)量； 客觀指標(biāo)； 加速度峰值； 加速度增益； 爬坡度； 駕駛性

中圖分類號(hào)： U461.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

Driving quality objective evaluation and optimization

in vehicle development process

NIU Daxu， HE Yanze， LI Min， ZHONG Tiancai， TAN Hao

（Chery Automobile Co.， Ltd.， Wuhu 241009， Anhui， China）

Abstract： As to the shortcomings of subjective evaluation in vehicle driving quality development， the objective evaluation index system of driving quality is introduced. The objective index conception and target curves of driving quality development are defined， and the simulation model of vehicle driving quality is established by taking a dual cluth transmission（DCT） vehicle model as study object. The gradeability， acceleration peak and acceleration gain are analyzed. The accelerator pedal torque strategy and transmission shift strategy is optimized so that the subjective index can meet the driving quality target in vehicle development. The vehicle driving subjective test results show that the vehicle driving can meet the development target requirement， and the objective evaluation method is verified to be practicable.

Key words： DCT； driving quality； objective index； acceleration peak； acceleration gain； gradeability； driving

收稿日期： 2017[KG*9〗07[KG*9〗17修回日期： 2017[KG*9〗08[KG*9〗18

作者簡(jiǎn)介： 牛大旭（1985—），男，河南南陽(yáng)人，工程師，研究方向?yàn)檎噭?dòng)力性經(jīng)濟(jì)性仿真、車輛POT開發(fā)，（Email）niudaxu@mychery.com0引言

用戶對(duì)車輛駕駛感受的要求越來(lái)越高，迫使各廠商不斷提升整車的駕駛質(zhì)量。駕駛性反映駕駛員在汽車縱向行駛過(guò)程中人車交互作用下的主觀感覺，所以在傳統(tǒng)駕駛性開發(fā)方式中，主觀評(píng)價(jià)在對(duì)標(biāo)分析與參數(shù)調(diào)校中發(fā)揮著重要作用。[1]然而，主觀評(píng)價(jià)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、重復(fù)性低、對(duì)試驗(yàn)環(huán)境要求高、對(duì)測(cè)試駕駛員的個(gè)體感受依賴性強(qiáng)。[2]

近年來(lái)，隨著測(cè)試與仿真技術(shù)的進(jìn)步，駕駛性客觀測(cè)試與量化分析逐漸成為主觀評(píng)價(jià)的重要補(bǔ)充。建立合理有效的客觀評(píng)價(jià)體系是實(shí)現(xiàn)駕駛性從主觀評(píng)價(jià)到客觀量化分析的關(guān)鍵。國(guó)外相關(guān)汽車企業(yè)與汽車咨詢服務(wù)公司在駕駛性客觀指標(biāo)體系構(gòu)建領(lǐng)域已開展研究。[35]國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究仍處于起步階段，尚未具備完整成熟的、適合國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)品特征的駕駛性客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)綜合評(píng)價(jià)體系，也很少有主機(jī)廠完全依靠客觀指標(biāo)進(jìn)行整車駕駛性開發(fā)。

本文以某款搭載雙離合變速器（dual clutch transmission，DCT）的乘用車[68]為例，闡述駕駛性客觀指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)論證和主客觀相關(guān)性分析，說(shuō)明客觀指標(biāo)體系可以與駕駛性主觀評(píng)價(jià)相對(duì)應(yīng)并能表征整車的駕駛質(zhì)量[9]。利用AVL CRUISE軟件對(duì)某DCT車型建立模型，針對(duì)制定的客觀評(píng)價(jià)條目進(jìn)行仿真分析和策略優(yōu)化，使整車的各項(xiàng)指標(biāo)可以滿足客觀目標(biāo)要求，并通過(guò)樣車主觀評(píng)價(jià)表明駕駛質(zhì)量滿足目標(biāo)要求。

1駕駛質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

目前，駕駛性客觀評(píng)價(jià)主要有全油門（whole open throttle，WOT）工況和部分油門（partly open throttle，POT）工況組成。WOT工況性能是車輛的最重要性能之一，是車輛的極限性能，車輛動(dòng)力總成匹配完成后極限能力基本確定。POT工況指標(biāo)體系主要集中在4個(gè)維度[10]，分別為部分負(fù)荷與加速度響應(yīng)曲面、加速踏板感覺、換擋平順性、急踩/松加速踏板瞬態(tài)響應(yīng)。本文主要就POT工況的前2個(gè)維度進(jìn)行研究，詳細(xì)闡述駕駛性客觀評(píng)價(jià)的2個(gè)主要指標(biāo)部分負(fù)荷特性和加速踏板感覺，并就這2個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的客觀評(píng)價(jià)工況進(jìn)行分析和優(yōu)化，最終達(dá)到提升駕駛質(zhì)量的目的。endprint

通過(guò)大量的主客觀評(píng)價(jià)對(duì)比試驗(yàn)，將整車駕駛質(zhì)量的主要客觀指標(biāo)具體化為幾個(gè)工況，結(jié)合企業(yè)品牌特性和競(jìng)品樣車特性，建立相應(yīng)工況的目標(biāo)值。具體的客觀指標(biāo)有：轉(zhuǎn)鼓等速爬坡能力、車輛加速度增益、各油門開度下的加速度峰值。本文著重研究這3個(gè)方面的數(shù)據(jù)，在前期通過(guò)仿真手段進(jìn)行策略優(yōu)化，使POT工況性能達(dá)到客觀指標(biāo)設(shè)定目標(biāo)，減少試驗(yàn)開發(fā)驗(yàn)證時(shí)間。

1.1轉(zhuǎn)鼓等速爬坡能力

轉(zhuǎn)鼓等速爬坡能力是指車速固定時(shí)各個(gè)油門開度下的等速爬坡度。爬坡能力是動(dòng)力性的一種表述方式。為保證整車駕駛質(zhì)量，同樣油門開度時(shí)各車速下的爬坡能力應(yīng)該有一個(gè)層次感，同車速時(shí)不同油門開度應(yīng)該有所差異，具體要求見圖1。

1.2車輛加速度增益

加速度增益即單位油門踏板位移所帶來(lái)的加速度，表征單位踏板位移下的車輛縱向加速度，其影響駕駛員的主觀感覺。在單位踏板位移輸入下，加速度增益值越大，則車輛縱向加速度響應(yīng)輸出越大，車輛運(yùn)動(dòng)感越強(qiáng)。適應(yīng)品牌產(chǎn)品特征而制定的加速度增益目標(biāo)區(qū)間見圖2。通過(guò)與主觀評(píng)價(jià)的相關(guān)性分析，認(rèn)為該目標(biāo)區(qū)間可以滿足特定品牌的產(chǎn)品特征。

1.3各油門開度下整車加速度峰值

各油門開度下整車的加速度是指維持油門開度在一定數(shù)值，整車從靜止起步開始加速，加速度隨車速的變化曲線，所有油門開度的曲線合成在一起最終可以形成一個(gè)加速度曲面，該曲面能很好地描述汽車在不同負(fù)荷與車速下的整車層面車輛響應(yīng)特性。對(duì)該曲面中各油門開度對(duì)應(yīng)的加速度峰值單獨(dú)研究，可以形成各油門開度下的加速度峰值曲線，該曲線與整車的起步?jīng)_擊相關(guān)，直接影響駕駛員的主觀感覺。

基于主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)試的大量數(shù)據(jù)，確定在樣車開發(fā)過(guò)程中各油門開度下整車加速度峰值目標(biāo)曲線見圖3，加速度峰值應(yīng)該落在2條曲線之間。

2駕駛質(zhì)量客觀指標(biāo)優(yōu)化方法

由駕駛質(zhì)量客觀指標(biāo)和要求可知，駕駛質(zhì)量最終關(guān)注的是整車加速度。整個(gè)優(yōu)化過(guò)程就是優(yōu)化加速度，通過(guò)調(diào)整輪邊驅(qū)動(dòng)力可最終實(shí)現(xiàn)。

基于汽車動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論，汽車加速度與整車質(zhì)量、加速踏板map、變速器速比及效率、后橋主減速比、車輪滾動(dòng)半徑、換擋map等多個(gè)因素強(qiáng)相關(guān)。

針對(duì)開發(fā)中的樣車，加速度優(yōu)化應(yīng)最先該考慮對(duì)加速踏板map和換擋map這2個(gè)因素進(jìn)行調(diào)整，原因是其他參數(shù)在項(xiàng)目前期匹配已定型，加速踏板map和換擋map優(yōu)化調(diào)整比較方便快捷，優(yōu)化效果明顯，并且對(duì)開發(fā)周期和成本影響相對(duì)較小。本文僅對(duì)二者進(jìn)行優(yōu)化并分析其對(duì)駕駛質(zhì)量的影響程度，利用AVL CRUISE建立整車模型進(jìn)行初步模型對(duì)標(biāo)后，針對(duì)POT工況進(jìn)行分析，并對(duì)各相關(guān)工況進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到提升駕駛質(zhì)量的目的。

3仿真模型的建立

以一款搭載6DCT變速箱的新開發(fā)車型為研究對(duì)象，對(duì)該車型的首臺(tái)PE樣車進(jìn)行建模和WOT工況模型標(biāo)定，在確保精度[11]的前提下，將模型應(yīng)用于樣車POT工況性能計(jì)算和駕駛質(zhì)量?jī)?yōu)化開發(fā)。

3.1整車主要技術(shù)參數(shù)

新開發(fā)車型的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3.2整車仿真模型

根據(jù)整車參數(shù)建立仿真模型，主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱、整車控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向泵、函數(shù)模塊和MATLAB API接口等組成。為支持完成整車POT工況分析，模型需要能夠分析換擋map和踏板map對(duì)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性的影響。

3.3模型標(biāo)定

建立模型后，結(jié)合性能開發(fā)首臺(tái)樣車試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行標(biāo)定，百公里加速時(shí)間、加速度峰值和NEDC油耗的仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見表2，百公里起步加速度的仿真與試驗(yàn)對(duì)比見圖4。

標(biāo)定后模型的各性能指標(biāo)仿真精度都控制在±2%以內(nèi)，且過(guò)程數(shù)據(jù)（整車加速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、變速箱擋位等）與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好，模型符合項(xiàng)目要求，可用于新車型POT工況的開發(fā)和優(yōu)化。

4POT工況分析和優(yōu)化

在基礎(chǔ)模型上增加分析任務(wù)，首先計(jì)算當(dāng)前樣車的等速轉(zhuǎn)鼓爬坡能力、加速度增益和各油門開度下的最大加速度這3個(gè)指標(biāo)，并將結(jié)果與整車駕駛質(zhì)量開發(fā)目標(biāo)對(duì)比，找出差異，然后通過(guò)對(duì)換擋map和踏板map的聯(lián)合優(yōu)化，使3個(gè)指標(biāo)下的整車表現(xiàn)均可以滿足設(shè)定目標(biāo)曲線要求，達(dá)到優(yōu)化駕駛質(zhì)量的目的。

4.1集成優(yōu)化流程

集成優(yōu)化流程見圖5。

優(yōu)化步驟具體如下。

（1）根據(jù)動(dòng)力傳遞路徑，結(jié)合換擋策略和踏板扭矩策略，各車速、各油門對(duì)應(yīng)的車輪驅(qū)動(dòng)扭矩為Tw=TeIη （1）式中：Tw為車輪驅(qū)動(dòng)扭矩；Te為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩；I為車輛總速比；η為發(fā)動(dòng)機(jī)至車輪端總傳遞效率。Te與踏板扭矩策略相關(guān)，速比I由換擋線確定的擋位決定Te=Te（αpd，n） （2）

I=I（αpd，v） （3）式中：αpd為油門踏板開度；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；v為車速。

由上述公式可以看出，整車輪邊驅(qū)動(dòng)力主要由加速踏板map和換擋map確定。

（2）影響爬坡度曲線的主要因素是降擋點(diǎn)和踏板map，根據(jù)各車速下各擋位所占的油門開度百分比大致均分原則，在原換擋點(diǎn)上確定降擋點(diǎn)，各擋位下的形狀通過(guò)踏板map調(diào)整實(shí)現(xiàn)。

（3）加速度增益的優(yōu)化是踏板map和換擋map聯(lián)合優(yōu)化的結(jié)果。先根據(jù)換擋map優(yōu)化，各擋位下加速度增益需要通過(guò)踏板map調(diào)整實(shí)現(xiàn)，每個(gè)車速對(duì)應(yīng)的單位踏板位移加速度只與當(dāng)前車速需要的油門開度和油門開度增加25%后的加速踏板map相關(guān)。

（4）各油門開度下的加速度峰值均出現(xiàn)在1擋，此峰值與踏板map密切相關(guān)，優(yōu)化此曲線需要從踏板map調(diào)整入手。

（5）在分別滿足3個(gè)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，同步考慮不同油門開度之間的扭矩關(guān)聯(lián)性，避免出現(xiàn)扭矩突變，還需要考慮升擋線與降擋線之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。

4.2集成優(yōu)化后的計(jì)算結(jié)果endprint

依據(jù)上述集成優(yōu)化原理，對(duì)換擋策略和踏板扭矩策略進(jìn)行集成優(yōu)化，通過(guò)換擋map的調(diào)整和迭代計(jì)算優(yōu)化油門踏板map，最終實(shí)現(xiàn)駕駛質(zhì)量關(guān)注的3個(gè)客觀指標(biāo)位于既定目標(biāo)曲線內(nèi)，滿足品牌對(duì)駕駛質(zhì)量的客觀需求。集成優(yōu)化計(jì)算結(jié)果見圖6。

優(yōu)化前后3個(gè)主要指標(biāo)的具體表現(xiàn)見圖7。由此可以看出，通過(guò)集成優(yōu)化方法，最終可以使3個(gè)駕駛質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)滿足目標(biāo)要求。

5試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

為保證虛擬驗(yàn)證的準(zhǔn)確性，需證明制定的3個(gè)具有代表性的駕駛性客觀指標(biāo)可以與實(shí)車主觀評(píng)價(jià)相對(duì)應(yīng)，通過(guò)客觀指標(biāo)的優(yōu)化，可以提升整車的駕駛質(zhì)量，提升整車駕駛主觀感受，最終需要在實(shí)車上進(jìn)行主客觀試驗(yàn)驗(yàn)證。

將優(yōu)化后的換擋策略、踏板扭矩策略寫入到整車TCU和ECU控制器中開展實(shí)車測(cè)試，并對(duì)實(shí)車進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)和客觀數(shù)值采集，將客觀數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析。

5.1整車主觀評(píng)價(jià)

在車型的駕駛質(zhì)量開發(fā)中，主觀評(píng)價(jià)在汽車駕駛品質(zhì)開發(fā)過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的重要作用。對(duì)樣車開展駕駛性主觀評(píng)價(jià)，優(yōu)化策略后樣車的主觀評(píng)價(jià)得分見表3。優(yōu)化后的樣車駕駛性可以完全滿足整車開發(fā)要求，滿足品牌特性的需求。

表 3駕駛性主觀評(píng)價(jià)得分

Tab.3Subjective assessment scores of driving項(xiàng)目得分目標(biāo)要求加速踏板響應(yīng)7.57.0急踩加速踏板7.57.0加速感覺8.07.0起步后加速能力7.57.0

5.2整車客觀測(cè)試相關(guān)性

樣車完成主觀評(píng)價(jià)后，針對(duì)駕駛質(zhì)量關(guān)注的3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行客觀測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，說(shuō)明模型在POT工況分析過(guò)程中的精確度，同時(shí)印證客觀指標(biāo)與主觀評(píng)價(jià)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。優(yōu)化后的客觀測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比見圖8。

6結(jié)束語(yǔ)

本文利用經(jīng)過(guò)論證的可以準(zhǔn)確表征整車駕駛質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)體系說(shuō)明整車客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性，然后結(jié)合品牌樣車屬性重點(diǎn)介紹3個(gè)典型指標(biāo)，確立3個(gè)可以滿足整車產(chǎn)品定位的客觀目標(biāo)。針對(duì)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，最終滿足目標(biāo)要求，并在樣車主觀評(píng)價(jià)過(guò)程中進(jìn)行驗(yàn)證。

（1）隨著測(cè)試與仿真技術(shù)的進(jìn)步，駕駛質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)與量化分析已成為主觀評(píng)價(jià)方法的重要補(bǔ)充，通過(guò)客觀指標(biāo)的優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)整車駕駛質(zhì)量的提升。

（2）通過(guò)仿真模擬手段，可以針對(duì)DCT車型在樣車性能開發(fā)階段開展相關(guān)控制策略優(yōu)化工作，利于縮短實(shí)車開發(fā)驗(yàn)證周期，減少樣車試驗(yàn)頻次，節(jié)約成本。

（3）針對(duì)POT工況爬坡和加速度進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析吻合，表明仿真模型在POT工況中的計(jì)算精度可以滿足要求。

（4）調(diào)整換擋map和油門踏板map是提升整車駕駛性的重要手段，可考慮做為重要的優(yōu)化方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]司楊， 陳昕. 駕駛質(zhì)量開發(fā)綜述[J]. 公路與汽運(yùn)， 2015（5）： 57.

SI Y， CHEN X. Driving quality development overview[J]. Highways & Automotive Applications， 2015（5）： 57.

[2]王生昌， 付迪， 陳娟娟， 等. 基于熵值法的汽車動(dòng)力性能主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定方法[J]. 公路交通科技， 2015， 32（7）： 153158. DOI：10.3969/j.issn.10020268.2015.07.024.

WANG S C， FU D， CHEN J J， et al. Determination of weights of subjective evaluation indexes of automobile dynamic performance based on entropy method[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development， 2015， 32（7）： 153 158. DOI：10.3969/j.issn.10020268.2015.07.024.

[3]FALK P， HUBMANN C. Objective driveability development of motorcycles with AVLDRIVE[EB/OL]. （20141111）[20170701]. http：//papers.sae.org/2014320020/.

[4]LIST H O， SCHOEGGL P. Objective evaluation of vehicle driveability[EB/OL]. （19980223）[20170701]. http：//papers.sae.org/980204/.

[5]DOREY R E， MARTIN E J. Vehicle driveability the development of an objective methodology[EB/OL]. （20000306）[20170701]. http：//papers.sae.org/2000011326/.

[6]劉洪波， 雷雨龍， 張建國(guó)， 等. 雙離合器式自動(dòng)變速器換擋品質(zhì)評(píng)價(jià)與優(yōu)化[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）， 2012， 42（6）： 13601365.

LIU H B， LEI Y L， ZHANG J G， et al. Shift quality assessment and optimization of dualclutch tranation[J]. Journal of Jilin University（Engineering and Technology Edition）， 2012， 42（6）： 13601365.endprint

[7]牛銘奎， 程秀生， 高炳釗， 等. 雙離合器式自動(dòng)變速器換擋特性研究[J]. 汽車工程， 2004， 26（4）： 453457.

NIU M K， CHENG X S， GAO B Z， et al. A study on shifting characteristics of dual clutch transmission[J]. Automotive Engineering， 2004， 26（4）： 453457.

[8]苗運(yùn)弛， 倪計(jì)民， 石秀勇. 動(dòng)力總成匹配評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用[J]. 上海汽車， 2015（4）： 1825. DOI： 10.3969/j.issn.10074554.2015.04.05.

MIAO Y C， NI J M， SHI X Y. Powertrain matching evaluation method and application[J]. Shanghai Auto， 2015（4）： 1825. DOI： 10.3969/j.issn.10074554.2015.04.05.

[9]章桐， 劉普輝. 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性與駕駛性客觀評(píng)價(jià)體系[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2015， 43（12）： 18661872. DOI： 10.11908/j.issn.0.253374x.2015.12.015.

ZHANG T， LIU P H. Objective evaluation system of vehicle fuel economy performance and drivability[J]. Journal of Tongji University（Natural Science）， 2015， 43（12）： 18661872. DOI： 10.11908/j.issn.0.253374x.2015.12.015.

[10]章桐， 劉普輝. 汽車駕駛品質(zhì)主客觀測(cè)試評(píng)價(jià)及相關(guān)性分析[J]. 中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào)， 2015， 13（5）： 451456. DOI： 10.15999/j.cnki.311926.2015.05.013.

ZHANG T， LIU P H. Subjective and objective evaluation and correlation analysis on driving quality[J]. Chinese Journal of Construction Machinery， 2015， 13（5）： 451456. DOI： 10.15999/j.cnki.311926.2015.05.013.

[11]占華， 方立橋， 賴宇陽(yáng). 整車動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性速比匹配優(yōu)化策略[J]. 計(jì)算機(jī)輔助工程， 2017， 26（2）： 2127. DOI： 10.13340/j.cae.20147.02.004.

ZHAN H， FANG L Q， LAI Y Y. Speed ratio matching optimization strategy for vehicle power economy[J]. Computer Aided Engineering， 2017， 26（2）： 2127. DOI： 10.13340/j.cae.20147.02.004.（編輯武曉英）第26卷 第6期2017年12月計(jì) 算 機(jī) 輔 助 工 程Computer Aided EngineeringVol.26 No.6Dec. 2017endprint