某純電動(dòng)汽車低速小油門標(biāo)定研究

梁崇寧

摘 要：文章分析了某款純電動(dòng)乘用車在駕駛性標(biāo)定時(shí)，升扭階段轉(zhuǎn)速超調(diào)幅度過大是引起乘員主觀感受加速?zèng)_擊偏大的原因，以整車控制器降低扭矩變化率達(dá)到降低齒輪嚙合扭矩以及電機(jī)控制器提高扭矩控制精度的方法，降低了轉(zhuǎn)速變化幅度，改善了主觀感受的加速?zèng)_擊感，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該標(biāo)定方法對(duì)低速小油門工況下的車輛平順性有較好的提升效果。

關(guān)鍵詞：標(biāo)定;駕駛性;電動(dòng)汽車

中圖分類號(hào)：U469.72 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）03-05-03

前言

駕駛性標(biāo)定按照速度段來標(biāo)定的方法，分為低速，中速，高速標(biāo)定，其中每一個(gè)速度段又細(xì)分為油門踏板解析，能量回收標(biāo)定。駕駛性的結(jié)果評(píng)價(jià)一般分為主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)兩方面。主觀評(píng)價(jià)要達(dá)成在測(cè)試工況下主觀評(píng)價(jià)達(dá)到可接受的評(píng)分目標(biāo)，客觀評(píng)價(jià)要達(dá)成轉(zhuǎn)速和扭矩振幅和響應(yīng)時(shí)間不超過特定預(yù)設(shè)值的目標(biāo)，本文主要闡述駕駛性主客觀評(píng)價(jià)的判定方法，以及某車型低速小油門標(biāo)定中遇到的加速?zèng)_擊偏大的問題以及實(shí)際解決方法。

1 駕駛性主客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

目前對(duì)車輛駕駛性評(píng)估一般采用主觀評(píng)價(jià)方法，主觀評(píng)價(jià)方法采用打分法，如下所示：

執(zhí)行主觀評(píng)價(jià)需要在特定工況下進(jìn)行，一般分為瞬態(tài)工況和穩(wěn)態(tài)工況，再根據(jù)各個(gè)工況的加權(quán)取平均得到總的駕駛性主觀評(píng)分。就本文而言，執(zhí)行的評(píng)價(jià)工況為低速小油門工況。

1.2 客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)包括電機(jī)轉(zhuǎn)速超調(diào)n₀和轉(zhuǎn)速下沖，電機(jī)實(shí)際扭矩和整車控制器扭矩指令差值T_diff，電機(jī)扭矩響應(yīng)時(shí)間。低速小油門工況下的電機(jī)轉(zhuǎn)速形態(tài)如圖1所示，扭矩曲線形態(tài)如圖2所示。其中為轉(zhuǎn)速超調(diào)n₀主要是由于電機(jī)轉(zhuǎn)子和減速器間存在齒間間隙，當(dāng)扭矩從零開始上升時(shí)，轉(zhuǎn)子由原位置經(jīng)過齒間間隙加速，轉(zhuǎn)速快速上升，和前方齒輪接觸瞬間達(dá)到最大，在完全嚙合后由于受到阻力轉(zhuǎn)速會(huì)下降，但是扭矩持續(xù)上升，轉(zhuǎn)速又開始上升。

2 低速駕駛性標(biāo)定以及問題

2.1 扭矩控制以及標(biāo)定方法

該車型使用經(jīng)典的轉(zhuǎn)速-扭矩控制方法，如圖3 所示。VCM以油門踏板和電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)作為輸入，經(jīng)過查表計(jì)算得到目標(biāo)扭矩和扭矩變化率，當(dāng)前扭矩按照變化率逐漸上升或下降到目標(biāo)扭矩，VCM將實(shí)時(shí)計(jì)算得到的扭矩發(fā)送給MCU，MCU使用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)按照此目標(biāo)扭矩調(diào)節(jié)電機(jī)扭矩輸出。駕駛性的標(biāo)定即標(biāo)定VCM的油門踏板解析值和扭矩變化率，而MCU的則盡量減小輸出扭矩和目標(biāo)扭矩的誤差，即提高扭矩控制精度。

2.2 加速?zèng)_擊問題的產(chǎn)生

在實(shí)際標(biāo)定時(shí)，需要先標(biāo)定油門踏板解析值再標(biāo)定扭矩變化率。

為了保證動(dòng)力性的主觀體驗(yàn)，低速時(shí)的油門較小時(shí)的解析值不能給得太小，從而輸出扭矩足夠大，才能做到輕踩油門就有動(dòng)力輸出的駕乘體驗(yàn)。使用預(yù)設(shè)的油門踏板和扭矩變化率，在車速為10km/h～20km/h時(shí)，反復(fù)間歇松踩油門踏板，每次開度區(qū)間在5%～20%，在每次踩下油門踏板瞬間，乘員都會(huì)感受到明顯的加速?zèng)_擊，該工況下的主觀評(píng)價(jià)僅為及格。查看CAN總線上的數(shù)據(jù)，在升扭階段，轉(zhuǎn)速超調(diào)量已經(jīng)達(dá)到100rpm左右，同時(shí)在轉(zhuǎn)速超調(diào)產(chǎn)生時(shí)，MCU的扭矩跟隨精度較差，和VCM的指令最大絕對(duì)誤差達(dá)到7.2N·m，數(shù)據(jù)如圖4所示。

顯而易見，轉(zhuǎn)速突變帶來的沖擊會(huì)通過傳動(dòng)系統(tǒng)以及車身等部件傳遞給乘員，對(duì)于同一個(gè)車而言，超調(diào)量越大，沖擊越明顯。在機(jī)械間隙不變的前提下，降低嚙合時(shí)的扭矩可以減小超調(diào)量，即為降低扭矩變化率。另一方面，MCU使用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，轉(zhuǎn)矩和指令的差值越大則意味著轉(zhuǎn)矩波動(dòng)越大，則轉(zhuǎn)速波動(dòng)越大，因此減小差值也可以減小超調(diào)量。

由前述分析可知，乘員感受到的加速?zèng)_擊時(shí)由于轉(zhuǎn)速超調(diào)產(chǎn)生的，能夠調(diào)節(jié)的部分為油門踏板解析值，扭矩變化率以及MCU 輸出扭矩和目標(biāo)扭矩的差值。由于踏板解析值對(duì)乘員動(dòng)力主觀感受影響較大，一般不會(huì)調(diào)整該值，因此需要從扭矩變化率和扭矩精度著手。

3 解決方案以及驗(yàn)證

3.1 降低VCM控制變化率

首先從扭矩變化率著手，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速超調(diào)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速約為1000rpm，扭矩約為10N·m，當(dāng)前使用的扭矩變化率如表2所示。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和驗(yàn)證，在保證扭矩響應(yīng)時(shí)間的前提下，將扭矩變化率略微降低，得到表3的扭矩變化率，在同樣的工況下，轉(zhuǎn)速超調(diào)量有所降低，達(dá)到86rpm，MCU扭矩和VCM的指令最大絕對(duì)誤差為4.2N·m，如圖5所示。主觀評(píng)價(jià)加速?zèng)_擊感略有降低但并不能達(dá)到可接受的評(píng)級(jí)。

3.2 提高M(jìn)CU扭矩控制精度

在降低扭矩變化率的前提下，MCU通過提高控制精度

減小MCU輸出扭矩和VCM扭矩指令的差值，經(jīng)過試驗(yàn)和驗(yàn)證，同樣工況下，轉(zhuǎn)速超調(diào)量降低到了60rpm，MCU扭矩和VCM的指令最大絕對(duì)誤差為4.2N·m，如圖6所示。主觀評(píng)價(jià)加速?zèng)_擊感大幅度降低，評(píng)分達(dá)到可接受評(píng)級(jí)，提高了駕駛舒適性。

4 結(jié)論

本文研究了純電動(dòng)車低速小油門工況下乘員主觀感受加速?zèng)_擊偏大的現(xiàn)象，結(jié)論如下。

升扭階段轉(zhuǎn)速變化幅度過大是引起乘員主觀感受加速?zèng)_擊偏大的原因。

整車控制器降低升扭階段的扭矩變化率，進(jìn)而降低了齒輪嚙合時(shí)的扭矩，可以略微降低轉(zhuǎn)速超調(diào)幅度。

在降低變化率的基礎(chǔ)上，電機(jī)控制器提高扭矩控制精度，降低了扭矩波動(dòng)幅度，進(jìn)而可以降低轉(zhuǎn)速超調(diào)量，達(dá)到了改善加速?zèng)_擊感的目的，進(jìn)而提高駕駛平順性。

參考文獻(xiàn)

[1] 周欣.基于用戶使用模式的乘用車駕駛性量化評(píng)價(jià)方法[D].吉林大學(xué)，2016.

[2] Wei， Xi. Modeling and control of a hybrid electric drivetrain for optimum fuel economy， performance and driveability [electronic resource] /[J]. Organic Mass Spectrometry， 2004， 11（9）：920-930.

[3] 張立軍，鄭鵬，孟德建，鄧海燕，張舟云.混合動(dòng)力轎車純電動(dòng)模式起步時(shí)縱向抖振的試驗(yàn)研究與控制[J].汽車工程，2013，35（03）：212- 218.

[4] 袁登科，徐延?xùn)|，李秀濤.永磁同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)及其控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社， 2015.