高力，楊依楠

（1.華晨汽車工程研究院新能源工程處，遼寧 沈陽 110411；2.華晨汽車工程研究院電控工程處，遼寧 沈陽 110411）

前言

傳統(tǒng)車輛由于傳動(dòng)系統(tǒng)扭振會(huì)引起車輛在前后方向上的振動(dòng)，這種現(xiàn)象在電動(dòng)車上更明顯。由于純電動(dòng)車輛使用的是電機(jī)，較之發(fā)動(dòng)機(jī)在低速下轉(zhuǎn)矩更大，所以振動(dòng)會(huì)更加明顯，而且電機(jī)響應(yīng)速度比發(fā)動(dòng)機(jī)快，當(dāng)駕駛員猛踩加速踏板時(shí)，由于扭振的作用給駕駛員駕駛性方面的體驗(yàn)會(huì)更差[1]。針對(duì)上述問題，本文提供一種在不犧牲動(dòng)力響應(yīng)能力的基礎(chǔ)上，改善車輛駕駛平順性的控制方法。

1 車輛動(dòng)態(tài)的分類

車輛駕駛平順性主要關(guān)注車輛在 X軸方向加速度的變化，所有純電動(dòng)車輛在X方向的動(dòng)作大致可以分為如下幾個(gè)方面：換擋、電爬行、起步、加速、減速、定車速，這些項(xiàng)中換擋的權(quán)重最大[2]，也是用戶對(duì)車抱怨最多的地方。這些項(xiàng)又可繼續(xù)拆分很多子項(xiàng)，例如可以將加速分為緩慢加速、緊急加速、倒檔加速等。把其中的一個(gè)子項(xiàng)繼續(xù)細(xì)化，可得到一些關(guān)系到駕駛感受的指標(biāo)，如加速延遲、加速度線性度、沖擊、高頻震蕩等。

2 駕駛員動(dòng)作的分類

駕駛員操作汽車，在直線行駛時(shí)掛在D擋，駕駛員如果不踩制動(dòng)踏板，只踩加速踏板，駕駛員操作行為大致分為三種。

2.1 kickdown

在極短的時(shí)間將加速踏板踩下去，加速踏板開度 0%到100%耗時(shí)不到1 s的時(shí)間，加速踏板變化率超過100%/s，我們稱為tip-in，踩下去造成直接降檔，我們稱為kickdown。

2.2 rising pedal

在較短的時(shí)間將加速踏板踩下去，加速踏板從 0%踩到100%耗時(shí)1 s到2.5 s之間，加速踏板變化率介于40%/s～100%/s之間，稱為rising pedal。

在較長(zhǎng)的時(shí)間將加速踏板踩下去，加速踏板從 0%踩到100%耗時(shí)3 s到6 s之間，加速踏板變化率小于33%/s，也稱為rising pedal[3]。

3 駕駛平順性評(píng)價(jià)方法

汽車駕駛平順性的評(píng)價(jià)方法，通常是根據(jù)人體對(duì)振動(dòng)的生理反應(yīng)及保持貨物完整性的影響來定制的，并用振動(dòng)的物理量，如頻率、振幅、加速度、加速、變化率等作為行駛平順性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。目前常用汽車車身振動(dòng)的固有頻率和振動(dòng)加速度評(píng)價(jià)汽車的行駛平順性。為了保持汽車具有良好的行駛平順性，車身振動(dòng)的固有頻率應(yīng)為人體所習(xí)慣的步行時(shí)，身體上、下運(yùn)動(dòng)的頻率[4]。它約為1 Hz～1.6 Hz，振動(dòng)加速度極限值為0.2 g～0.3 g。

4 駕駛平順性總體方案

首先獲取車輛電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前扭矩和需求扭矩，根據(jù)這兩個(gè)扭矩判斷是否觸發(fā)預(yù)設(shè)的平滑過渡條件，當(dāng)判斷結(jié)果為是時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值，控制電動(dòng)機(jī)的扭矩從當(dāng)前扭矩以漸近線式變化規(guī)律變化。其中，所述預(yù)設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值為車輛抖動(dòng)產(chǎn)生扭矩臨界值。

4.1 觸發(fā)條件

觸發(fā)平滑過渡條件包括：電動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩小于所述結(jié)合點(diǎn)預(yù)設(shè)值，或電動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩與需求扭矩方向相反。

4.2 信號(hào)采集

獲取車輛電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前扭矩和需求扭矩的步驟包括：獲取車輛電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前扭矩、當(dāng)前駕駛模式、車速和加速踏板開度，然后根據(jù)當(dāng)前駕駛模式、車速和加速踏板開度計(jì)算出需求扭矩，從而獲取車輛電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前扭矩和需求扭矩。

4.3 駕駛平順性詳細(xì)控制策略

當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到KissPoint（結(jié)合點(diǎn)）時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)扭矩從KissPoint過渡到需求扭矩，然后輸出需求扭矩。使傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“傳動(dòng)間隙-剛性鏈接”的平滑過渡。比如當(dāng)電動(dòng)機(jī)扭矩?fù)Q相時(shí)，首先控制電動(dòng)機(jī)輸出小扭矩實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的平滑過渡，保證車輛的駕駛平順性，當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)完成平滑過渡后，輸出駕駛員需求扭矩，保證車輛的動(dòng)力響應(yīng)能力，在不犧牲動(dòng)力響應(yīng)能力的前提下，大幅提升駕駛平順性[5]。

踏板開度大小表明了駕駛員對(duì)扭矩的請(qǐng)求多少，VCU（Vehicle Control Unit，整車控制單元）中有專門的軟件可以將當(dāng)前駕駛模式、車速和加速踏板開度轉(zhuǎn)化成駕駛員需求扭矩，基本的規(guī)律是隨著踏板開度增加，請(qǐng)求扭矩增加，扭矩大小直接反映了駕駛員對(duì)動(dòng)力的需求。

傳動(dòng)系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值為車輛抖動(dòng)產(chǎn)生扭矩臨界值，根據(jù)電動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩T與駕駛員需求扭矩TTarget的變化識(shí)別駕駛員需求，判斷是否觸發(fā)平滑過渡條件，實(shí)現(xiàn)平滑過渡。當(dāng)駕駛員需求滿足觸發(fā)平滑過渡條件時(shí)，將駕駛員TTarget拆分為傳動(dòng)系統(tǒng)平滑過渡扭矩 TShift和驅(qū)動(dòng)輸出扭矩TDrive兩部分。其中，TShift使傳動(dòng)系統(tǒng)間隙以最快速度消除同時(shí)不產(chǎn)生剛性沖擊， TShift包含從電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前扭矩以漸近線變化規(guī)律變化的扭矩目標(biāo)值集合，它的最大值為車輛抖動(dòng)產(chǎn)生扭矩臨界值，TDrive包含電動(dòng)機(jī)的扭矩達(dá)到平滑過渡后從達(dá)到平滑過渡的扭矩變化到需求扭矩的目標(biāo)值集合，TDrive目標(biāo)值在數(shù)值上等于TTarget，這個(gè)拆分是為了拆分扭矩執(zhí)行的階段控制。假如電動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩 T為-80 N，TTarget為110 N，將TTarget拆分成傳統(tǒng)系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值2 N，即車輛抖動(dòng)產(chǎn)生扭矩臨界值為2 N，驅(qū)動(dòng)輸出扭矩目標(biāo)值即需求扭矩110 N。

TShift的大小和變化規(guī)律對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)合效果即傳動(dòng)的平順性起關(guān)鍵作用， TShift的最大值為車輛抖動(dòng)產(chǎn)生扭矩臨界值，然后以該值作為目標(biāo)值通過變化率限制產(chǎn)生“先快后慢”的漸近線式變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的平滑過渡[6]。扭矩差值為車輛電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前扭矩和預(yù)設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值的差值；通過一階低通濾波器對(duì)目標(biāo)值的趨近特性實(shí)行漸近線式變化，如圖1所示，電動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩與預(yù)設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值偏差越大，變化率越大，電動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩與預(yù)設(shè)傳動(dòng)系統(tǒng)平滑過渡扭矩目標(biāo)值偏差越小，變化率越小。以2 N為目標(biāo)值控制電動(dòng)機(jī)扭矩從-80 N以漸近線式變化規(guī)律變化，實(shí)時(shí)更新電動(dòng)機(jī)扭矩。

圖1 扭矩差值隨時(shí)間變化圖

平滑過渡過程耗時(shí)僅為毫秒級(jí)別，在不犧牲動(dòng)力響應(yīng)能力的前提下大幅提高駕駛平順性，有效地解決了車輛動(dòng)力響應(yīng)能力與駕駛平順性的矛盾。駕駛平順性不再是車輛動(dòng)力響應(yīng)標(biāo)定的瓶頸，此外還能有效減少傳動(dòng)系統(tǒng)磨損，延長(zhǎng)使用壽命。

5 結(jié)論

采用平滑過渡控制策略在不改變純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)硬件的情況下，通過軟件控制，把駕駛員的需求扭矩與車輛的傳動(dòng)特性完美地結(jié)合，使得即使駕駛員在極短的時(shí)間內(nèi)將加速踏板踩下，傳動(dòng)系統(tǒng)仍然能夠平滑過渡，保證了車輛的駕駛平順性，真正讓“人-車”成為一體，一個(gè)好的駕駛平順性的車輛不僅讓用戶抱怨減少，讓車輛變得更有價(jià)值。