純電動車加速性能開發(fā)試驗研究

摘 要：目前絕大多數(shù)電動汽車配置單檔減速器，不存在換擋延遲、頓挫等影響加速性能的因素，故相比傳統(tǒng)燃油車有了天然的優(yōu)勢。但由于電機建扭快并具有能量回收特性等因素，電動汽車的加速調(diào)校仍需要花費大量精力。目前整車加速性能的開發(fā)驗收主要依靠主觀評價，但主觀評價的結(jié)果與工程師的經(jīng)驗有關(guān)，而且常發(fā)生工程師與最終驗收人的評價結(jié)果不一致的情況。本文從整車開發(fā)的角度出發(fā)，對電動汽車加速性能相關(guān)工況進行客觀測試后進行直觀的分析，為整車開發(fā)提供了明確的方向和數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：加速性能；純電動汽車；客觀測試；試驗研究

中圖分類號： U469.7 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2024）04-0068-06

Development and Experimental Research on Acceleration Performance of Pure Electric Vehicles

CUI Jun-jie， XIE Yun-qing， HAN Zhi-qi， Min Lang， LIU Quan

（ Wuhan Da’an Technology Co.，Ltd， Wuhan 430051， China）

Abstract： Currently，the vast majority of electric vehicles are equipped with single speed reducers， and there are no factors that affect driving quality such as gear shifting delay and jerking， so they have natural advantages compared to traditional fuel vehicles. However， due to factors such as fast motor torque and energy recovery characteristics， tuning the driving quality of electric vehicles still requires a lot of effort. At present， the development and acceptance of vehicle driving quality mainly rely on subjective evaluation， but the results of subjective evaluation are related to the experience of engineers， and there is often inconsistency between the evaluation results of engineers and the final acceptance person. Starting from the perspective of vehicle development， this article objectively tests the driving quality related working conditions of electric vehicles and conducts intuitive analysis， providing clear direction and data suppjen5Xmm+2SIM/YayOO14HQ==ort for vehicle development.

Key Words： Acceleration Performance; BEV; Objective Testing; Experimental Research

汽車加速性能是衡量整車開發(fā)效果的一項重要指標，其主要體現(xiàn)車輛縱向行駛方向上相關(guān)的動態(tài)駕駛體驗，包含從起步、加速、勻速行駛到減速階段的所有駕駛歷程中，駕駛員能感受到的加速度變化、加速踏板輸入變化以及由此帶來的各種沖擊、頓挫、延遲、與駕駛意圖不符等各種現(xiàn)象[1]。車輛加速性能的開發(fā)需要結(jié)合駕駛員駕駛行為分析其具體需求，結(jié)合客觀評價的指標和控制策略進行適應性設(shè)計，最終達到性能開發(fā)目標。

1 加速性能客觀測試的主要內(nèi)容

純電汽車加速性能客觀測試工況主要包含起步、蠕行、加速、穩(wěn)速、帶檔滑行等，主要目的是為了測試車輛的響應、加（減）速度、沖擊度、穩(wěn)態(tài)車速油門等，并最終形成加速響應曲面，定義車輛的駕駛風格，量化設(shè)計開發(fā)目標。

目前整車加速性能評價方法主要以主觀評價為主，主觀評價簡單直接、費用少、周期短，但主觀評價的結(jié)果與工程師的經(jīng)驗有關(guān)，而且常發(fā)生工程師與最終驗收人的評價結(jié)果不一致的情況。而客觀測試作為主觀評價的補充，建立標準合理的測試方法有利于將主觀評價結(jié)果量化，本文針對各個實際工況進行測試并參考性能開發(fā)目標，形成一套客觀合理的評價方法，為整車性能開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。

1.1 目標信號的選取

選擇合理的測試信號是進行有效客觀試驗的前提，信號選取過多會提高試驗成本，測試工作也會變得復雜。

其中，VCU信號需要用到CAN總線采集工具和相應的DBC文件。這里油門開度信號是為了準確判斷部分油門工況時的油門開度和加速響應時間，制動踏板信號是為了準確判斷蠕行工況響應時間。

1.2 測試軟件設(shè)定

將測試設(shè)備連接完畢后，打開測試軟件，首先將波特率設(shè)定為500k，然后加載車輛DBC文件。如遇車輛無DBC狀況，可嘗試進行信號解析，可對車輛進行操作的同時觀察報文中響應操作而變化的地址位，進而解析出常用信號信息。例如通過不停踩-松剎車，同時觀察1-0切換的報文，則可判斷該地址為制動信號。DBC文件加載完成后進入信號選擇界面，選取需要的總線信號，并記錄狀態(tài)信號對應狀態(tài)的含義。進入 logging試驗記錄界面，設(shè)置數(shù)據(jù)文件以CSV格式保存，并設(shè)置采樣頻率為20Hz。

2 加速性能客觀測試

以整車開發(fā)過程中期對EP（Engineering Prototype）樣車過程驗收為例，使用本文方法對加速性能進行客觀測試，并與其主要競品車A進行對標，將加速性能差異量化并提出改善指導意見，使性能目標靠近或達到A車型的水平。

2.1 試驗車輛

本項目開發(fā)前期已經(jīng)定義加速性能性能的開發(fā)目標為主要競品車A車型的駕駛風格，并在A車型的基礎(chǔ)上適當調(diào)整油門變化時的沖擊度，以提高舒適性。

試驗車輛選用某在開發(fā)車型EP樣車及其主要競品車A，對各工況的不同表現(xiàn)進行對比和分析。EP樣車下車體及三電系統(tǒng)為硬模件，接近SOP狀態(tài)，VCU數(shù)據(jù)還未凍結(jié)，整車性能良好，能夠確保試驗安全性。

測試路面為某試驗場性能路，直線路全長超過2.5公里，試驗時為封場狀態(tài)，風速為1.5m/s，溫度為18℃，能保證最終測試結(jié)果的可信度和準確性。

2.2 試驗設(shè)備

4 數(shù)采設(shè)備 量程0-250km/h

試驗原理如圖2所示，CAN總線采集設(shè)備至少采集總線和IMU的CAN信號，根據(jù)需要可同時采集多路CAN線信號，外接IMU的CAN線需提供12V電壓，線路終端需連接120Ω電阻以屏蔽干擾信號。

2.3 客觀測試

2.3.1 蠕行工況

車輛檔位分別置于D、R下，松開制動踏板后車輛開始行駛，待車速達到最大值穩(wěn)定行駛30s后踩下制動踏板停止試驗，評價蠕行車速（大小是否合適，是否與預期一致）、穩(wěn)定性（評價達到最大車速后是否穩(wěn)定，可通過計算20s時間內(nèi)的車速、轉(zhuǎn)速的標準方差來衡量）、起步響應（松開制動踏板到加速度達到0.1m/s2的響應時間）、峰值加速度等關(guān)鍵指標。

如圖3所示，EP樣車在松開制動踏板后存在大約1.5s（競品車為0.4s）的延遲后車速才開始提升，駕駛體驗較差；到達蠕行穩(wěn)定車速的時間大約為5s，提速較快，存在安全風險，建議通過VCU標定，以靠近或達到競品車水準。

2.3.2 定油門加速工況

車輛檔位置于D檔，松開制動踏板后快速將加速踏板踩到預設(shè)的位置，車輛從靜止狀態(tài)加速，當試驗時間達到40s或車速達到140km/h時停止。由于起步加速常用油門踏板開度為0～40%[2]，所以40%以下油門設(shè)置步長為5%，40%以上油門設(shè)置步長為10%。

根據(jù)表4所列的加速踏板位置重復試驗，切換駕駛模式后再重復進行一次試驗。

定油門加速工況是加速性能客觀測試的重點，根據(jù)表4的測試結(jié)果可以對峰值加速度、響應時間、沖擊度等相關(guān)因素進行分析評價，并可生成ARM曲面圖對車輛駕駛風格進行詮釋和定義。

1）峰值加速度及響應性

峰值加速度是整車加速性能的重要指標，也是普通消費者在駕駛車輛時最直觀的感受。在整車開發(fā)階段，一般會將車輛具有的各種駕駛模式下的加速性能表現(xiàn)做出明顯的區(qū)分。如圖5所示，樣車優(yōu)化前的SPORT、NORMAL模式的峰值加速度分界不清晰，需要做出相應調(diào)整，調(diào)整后如圖6。

2）最大沖擊度

沖擊度體現(xiàn)的是汽車加速過程中是否平順，因換擋、懸置晃動及瞬態(tài)輸出扭矩過大帶來的bump現(xiàn)象是否可以讓駕駛員接受。一般來說，最大沖擊度高于1.3g/s時，駕駛體驗會比較差，需要調(diào)整至1.3g/s以下，如圖8所示。在數(shù)據(jù)處理時，由于低通濾波有著不失真、但會產(chǎn)生延遲的特性，所以在處理沖擊度或者峰值加速度原始數(shù)據(jù)時要使用低通濾波，可使用MATLAB軟件中FDAtool模塊自帶的濾波器進行數(shù)據(jù)處理。

3）加速度響應曲線（ARM曲線）

加速響應曲線是描述加速度-油門開度-車速關(guān)系的圖形，理想加速響應曲線可以基本定義車輛駕駛風格形態(tài)，實際加速度曲線與理想加速度曲線的差異可以認為是駕駛平順性的一個評價維度[3、4]。

另外，加速性能的收斂性指標是通過加速收斂段的加速度隨車速的降低程度來表征，一般來說，要求加速度至少要呈現(xiàn)不增加的趨勢。如圖9，優(yōu)化前加速度在5-40km/h車速段沒有表現(xiàn)出明顯的下降趨勢，故收斂性較差，會造成車輛加速感與駕駛員意圖不符的現(xiàn)象，故需要進行相應調(diào)整，調(diào)整后的效果如圖10所示。另外，處理響應性相關(guān)數(shù)據(jù)時要保證進行濾波平滑后不產(chǎn)生延遲，建議使用小波濾波進行處理。

2.3.3 穩(wěn)態(tài)車速工況

將變速桿置于D檔，從靜止狀態(tài)加速到設(shè)定車速，在該車速下保持勻速行駛至少40s，記錄當前的加速踏板行程，如表5。根據(jù)CAN總線采集的數(shù)據(jù)，處理得到如圖11試驗結(jié)果，并對油門大?。ńㄗh120km/h車速時加速踏板行程百分比不高于35%）、油門均方根（30s穩(wěn)速狀態(tài)下，結(jié)果越小代表油門越穩(wěn)定）等關(guān)鍵因素進行評價[5]。

穩(wěn)態(tài)車速試驗對應的是日常駕駛時道路比較通暢的工況，此時駕駛員一般使用固定油門來穩(wěn)速行駛。EP樣車優(yōu)化前，穩(wěn)速工況下油門開度偏小，此時易引起駕駛疲勞，需要進行相應調(diào)整，調(diào)整后的效果如圖12。

2.3.4 tip in/tip out工況

將變速器置于D檔加速到設(shè)定車速，保持當前車速5s后快速踩下加速踏板并保持油門開度行駛6s左右，再快速松開加速踏板。這里的tip in、tip out需要在極短時間內(nèi)改變油門輸入，使油門變化率超過100%/s，例如在0.4秒內(nèi)踩下50%油門行程，油門變化率是125%/s。

根據(jù)CAN總線采集的數(shù)據(jù)，處理得到試驗結(jié)果，評價加速響應、峰值加速度、加速度曲線等關(guān)鍵指標，確保無明顯沖擊和波動，不同油門開度之間要求有明顯梯度性。例如在車輛設(shè)為舒適模式下，可以看到EP樣車在時速60km/h下tip in工況的響應性和平順性良好，沖擊度隨著油門增大而增大，具有明顯的梯度性，如圖13所示：

2.3.5 滑行能量回收工況

全油門加速至120km/h，松開加速踏板并保持D檔，車輛開始滑行至車輛完全停止或蠕行車速。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，評價加速度大?。ㄊ欠襁m中，避免減速度過大引起駕駛員不適）、減速度曲線（是否平順）等關(guān)鍵指標。

如圖14，競品車A帶檔滑行車速高于20km/h時，電機扭矩基本不變，此時減速度也保持不變；車速到達20km/h時，電機扭矩開始減小，能量回收強度逐步降低；車速為10km/h時，電機扭矩為0Nm，能量回收終止。整個過程減速曲線很平順，可以要求工程樣車參考同樣設(shè)置進行標定開發(fā)，如表6：

3 結(jié)論

本文基于電動汽車靜止起步加速到滑行減速停車的工況下，從各個影響加速性能的維度進行了測試和分析。

（1）客觀測試作為開發(fā)過程中主觀評價的補充，可以將主觀感受量化，并表現(xiàn)的更加直觀；

（2）通過EP樣車和競品車A的對標測試，給整車開發(fā)提供了明確的性能目標和數(shù)據(jù)支撐，也有利于積累大量數(shù)據(jù)后建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫。

參考文獻：

[1]劉普輝，章桐. 汽車駕駛品質(zhì)主客觀測試評價及相關(guān)性分析.中國工程機械學報，2015（5）：451-456.

[2]逯家鵬，楊雪峰，張麗雪，高金威，史耀東.用戶常用加速工況車輛駕駛性客觀評價指標的設(shè)定與試驗研究.汽車技術(shù)，2022，6.

[3]朱翔宇. 車輛起步加速駕駛性客觀評價及優(yōu)化. 汽車工程學報，2022，1（12）：1.

[4]常朕，穆加彩，吳文文. 基于駕駛質(zhì)量性能的Acc Pedal Map設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2018，56（7）：78-81.

[5]陳銘，黃炯，魏喜樂. AVL DRIVE在整車駕駛性能開發(fā)的運用.汽車實用技術(shù)，2021，12：117-119.

崔俊杰

畢業(yè)于太原理工大學，碩士研究生學歷，現(xiàn)就職于武漢達安科技有限公司，從事整車能量管理試驗研究工作。

專家推薦語

陳建武

東風汽車集團有限公司研發(fā)總院

研究員級高級工程師

本文對電動車加速踏板相關(guān)的整車性能開發(fā)有較強的實戰(zhàn)指導意義，特別是使用以測試為主導的性能開發(fā)方法，值得推薦。