周保平 楊禎 李可可

摘要：駕培行業(yè)是道路運輸行業(yè)的重要組成部分之一，既是資源占用型行業(yè)，又是能源消耗型行業(yè)。2022年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，教練車有70%以上的時間都在進行場地內(nèi)科目訓(xùn)練，且訓(xùn)練中車輛的擋位低、車速慢，發(fā)動機處于高油耗高污染區(qū)域工作，不僅要消耗大量的成品油，增加駕駛員培訓(xùn)成本，而且對周圍環(huán)境造成很大的污染，同時對駕培行業(yè)的持續(xù)發(fā)展和道路運輸行業(yè)節(jié)能減排工作產(chǎn)生不利影響，傳統(tǒng)燃油駕考車已經(jīng)不適應(yīng)國家對環(huán)保和排放的要求。為了解決訓(xùn)練場地廢氣污染問題，節(jié)約能源和降低訓(xùn)練成本，可將電動汽車技術(shù)用于駕考車。為滿足駕考車需求和這一小眾車需求，某公司決定開發(fā)純電動駕考車。純電動駕考車關(guān)鍵技術(shù)在于驅(qū)動電機、手動變速箱如何與現(xiàn)有燃油車在技術(shù)層面進行對接，同時滿足公安部對駕考車和培訓(xùn)用車的定義需求，滿足科目二和科目三的要求，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：駕考車；電動化；手動擋；抖動模擬

中圖分類號：U462.2? 收稿日期：2023-03-27

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.05.007

1 前言

根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計來看，全國駕考車輛保有量約為75萬輛，年更新率為10%左右（7萬輛）。面對如此龐大的數(shù)量，駕考車新能源化的技術(shù)手段將對節(jié)能減排具有極其重要的意義，對于教學(xué)和考試用駕培車輛也有突出意義［1］。

a.節(jié)能減排效果突出。怠速（科目二）和低速（科目三）行駛是內(nèi)燃機燃油效率最差、排放污染物排放量最高的工況。如果用電動車訓(xùn)練，每臺車一個小時可以減少3.2 L燃油，約40 g（碳?xì)?、一氧化碳等）污染物排放?/p>

b.駕考成本降低，利于駕培行業(yè)的長期健康向好的發(fā)展。充電費用不足燃油費用的1/4，大量減少常用的更換部件如火花塞、機油、濾清器等，電機的維護成本也遠低于發(fā)動機，駕考訓(xùn)練成本將明顯降低。

c.催生的駕培服務(wù)創(chuàng)新變革。電動汽車沒有尾氣排放，勞動作業(yè)環(huán)境得到改善。沒有尾氣排放的電動車可以在封閉的場地教學(xué)，減少了雨雪、酷熱、酷寒等環(huán)境因素對駕培訓(xùn)練的影響，大幅提升駕培訓(xùn)練的舒適感，利于提升駕培服務(wù)的質(zhì)量［2］?？紤]到電動教練車突出的節(jié)能減排社會效益及促進行業(yè)健康向好發(fā)展的價值，某公司開發(fā)出了極具燃油車駕駛特性的純電動手動擋駕考車，彌補了新能源汽車市場的空白。

2 開發(fā)方案

2.1 以往電動手動擋駕考車缺陷

純電動手動擋駕考車將動力驅(qū)動單元由發(fā)動機改為電機，目前行業(yè)所研發(fā)的電動手動擋教練車從硬件配置上可劃分為以下兩種：

a.模擬手動擋變速箱電動汽車：此類汽車有離合操縱踏板但沒有離合器，有變速箱操縱桿但沒有變速箱，電機與驅(qū)動軸和車輪為常接合狀態(tài)，不可斷開。比如比亞迪e3、東風(fēng)俊風(fēng)EV30。

b.真實手動變速箱電動汽車：其動力系統(tǒng)配有真實手動變速箱、真實離合器、驅(qū)動單元為電機。

第一種模擬變速箱類型的電動手動擋車輛有突出的優(yōu)點，即減少了離合器這種易損部件，減少了手動變速箱部件，從而降低了車輛成本［3］。

但有些關(guān)鍵特征還未能實現(xiàn)與真實的手動擋統(tǒng)一，主要有以下幾點：

a.模擬電動手動擋車輛采用的換擋桿缺乏阻尼反饋力，可以自由切換各個檔位位置，與存量燃油駕考車手動變速箱操作感受嚴(yán)重不符，嚴(yán)重影響學(xué)車效果和考試通過率。實際的手動換擋桿與變速箱內(nèi)的撥叉機構(gòu)連接，如果擋位相差過大，可能導(dǎo)致出現(xiàn)無法進擋或者強烈打齒等現(xiàn)象，所以操作者感受到進擋困難會立即調(diào)整換擋目標(biāo)。但是目前模擬手動擋所公布的相關(guān)技術(shù)來看，各擋位無障礙自由切換，這與有正常手動變速箱車輛存在明顯的操作和車輛工作特征差異。

b.半離合操縱的關(guān)鍵技術(shù)缺陷明顯。在離合半聯(lián)動操作時，隨著離合器的滑擦，會導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。模擬手動變速箱的設(shè)計方案中，熄火非常突然，駕駛者沒時間調(diào)整，這與普通燃油車手動擋操作不一致。

第二種真實變速箱類型的電動手動擋車輛，變速箱及離合器與傳統(tǒng)燃油車使用部件完全與燃油車一致，這樣在駕駛操縱中保持與燃油車一致的操縱方法，使學(xué)員在使用電動汽車訓(xùn)練或者考試中所獲駕駛操縱技能，能夠較好及適用于燃油車。完全保留同燃油車相同的離合器和飛輪，不僅保留了完全等同于燃油車的離合操縱方法，也可使離合半聯(lián)動時的沖擊力和旋轉(zhuǎn)飛輪耦合后的振動感類同地反饋至車身，讓駕駛者操縱離合時，感受車輛反饋信息與燃油車保持一致［4］。

c.在道路訓(xùn)練過程中，加減檔是必考的項目，模擬手動擋的技術(shù)方案無法模擬出“高擋低速、抵擋高速”等誤操作時的頓挫感等各種異常表現(xiàn)，在考試過程中很難適應(yīng)傳統(tǒng)燃油考試車的操作，同樣會嚴(yán)重影響通過率。

d.在上坡訓(xùn)練過程中，無法實現(xiàn)在離合半聯(lián)動狀態(tài)下，加速的同時感受到車身抖動后松手剎或腳剎控制車身后溜的連貫動作，導(dǎo)致學(xué)員無法準(zhǔn)確掌握上坡技能。綜合比較兩種類型C1電動教練車，可得到基本信息如表1所示。

考慮模擬手動變速箱存在明顯技術(shù)缺陷，某公司選擇真實手動變速箱電動駕考車的技術(shù)方案，選擇真實的手動變速箱和離合器，保留原有換擋和油門-離合操作。

2.2 開發(fā)方案

2.2.1 適應(yīng)性加強

教練車使用存在問題：全國駕校小型教練車統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，離合器問題占88.2%，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、行車制動磨損快、換擋機構(gòu)不耐用、輪胎耐用性等比例較高。

針對如上問題，某公司在開發(fā)過程中對相關(guān)關(guān)鍵零件部進行可靠性加強，主要有以下幾點：

a.前輪轂軸承加厚、減振器套筒直徑優(yōu)化；減振器上支座加強；三角臂厚度由3.5 mm提高到4.0 mm。

b.后懸采用加強減振器、彈簧適應(yīng)性更改。

c.轉(zhuǎn)向器采用無刷電機，增強無刷電機扭矩，提升到3.8 N·m，齒條由24 mm增加到25 mm。軟件控制策略適應(yīng)考試車轉(zhuǎn)向打死時間長的使用特點，設(shè)置打死點電流升高限量，避免過熱保護。采用電動助力，結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。

d.制動：加強助力器，進一步縮短空行程，C型皮碗改為E形皮碗。后卡鉗35→38，調(diào)整摩擦片配方，提高使用壽命提高耐磨性，改善制動抖動。

e.離合器的摩擦片和膜片彈簧材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝先進，保證性能達到六個月以上。

2.2.2 關(guān)鍵硬件及配置

在傳統(tǒng)燃油車基礎(chǔ)上取消發(fā)動機系統(tǒng)，全新設(shè)計七大系統(tǒng)，包含28項全新設(shè)計。全新匹配三電系統(tǒng)+傳統(tǒng)傳動系統(tǒng)，高壓附件為全新低壓平臺144 V，配合DCDC充電獨有技術(shù)，整車完成后，和傳統(tǒng)燃油車操作特性達到90%以上的相似度。

某公司純電動手動擋駕考車配置：真實變速箱+真實離合+高性能永磁同步電機。開發(fā)主要思路就是用“電機+電池”替代“發(fā)動機+油箱”，沿用的真實5擋手動變速箱和離合器等重要部件，這樣嚴(yán)格地保持了與傳統(tǒng)手動擋相同的換擋和離合器操縱方法，操縱反饋感也相同。模擬手動擋對比如圖1所示。

電動手動擋教練車采用性能優(yōu)、成本高的永磁同步電機，峰值功率達到45 kW，峰值扭矩達到50 N·m，最高轉(zhuǎn)速6 000 r/min。在1擋、2擋、3擋、4擋、5擋、倒擋情況最大輸出輪邊扭矩如表2所示，可以爬超過25%坡度，在車速100 km/h也可達515 N·m的輪邊扭矩輸出。因此，驅(qū)動電機的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩完全能滿足常用工況下教練車的培訓(xùn)需求。

電機具有良好扭矩、轉(zhuǎn)速可調(diào)性，在工況設(shè)定上，可以通過燃油車的工作特征進行調(diào)校，調(diào)節(jié)電機工況，讓電機可以類似汽油機進行工作。

2.2.3 車輛起步與考試規(guī)則的匹配性

考試中，車輛平地起步和陡坡起步，都是考試的重點和難點。從車輛點火開始，完全承接燃油考試車的要求，某公司純電動駕考車采用鑰匙點火模式，分為LOCK、OFF、ACC、IGON、START幾個鑰匙檔位。在保證車輛安全和人員安全的前提下，檔位必須掛到N擋，離合踩下，鑰匙擰到Start擋，車輛儀表顯示Ready綠色圖標(biāo)，發(fā)動機（電機）轉(zhuǎn)速達到800 r/min時，才表示點火成功；點火時，聲音模擬器會模擬發(fā)出發(fā)動機點火時的聲音，車身會瞬間抖動。

平地起步時，踩下離合后掛擋，松手剎，離合緩慢松至車身開始抖動并移動，保持半離合狀態(tài)，車身開始緩慢移動，當(dāng)車身速度上到一定時，才緩松完離合，不踩油門的情況下，車輛會平穩(wěn)怠速（5 km/h）行駛；如果離合松得太快，車輛要么熄火，要么竄動。

陡坡起步時，踩下離合、剎車后掛擋，松手剎，離合緩慢松至車身開始抖動，松剎車，保證車輛不后溜，再稍抬一點離合，車身開始怠速移動（離合片磨損較小的情況下，掛1擋，車輛在不踩油門、半離合狀態(tài)下可以爬上10%的斜坡）。離合控制不好的情況下，車輛會熄火或竄動加劇。以上所有表現(xiàn)，某公司研制的純電動手動擋駕考車跟燃油車完全一致。

2.2.4 車輛加速力矩對比

由于電動駕考車和燃油駕考車采用同樣的手動變速箱，因此動力輸出值輪邊數(shù)比和力矩特征相同，兩種車輛各擋位加速力矩-車速曲線如圖2所示。

從力矩-車速曲線可以看出，電動車加速力矩水平與燃油車相當(dāng)，不同點在于：為了避免學(xué)員持續(xù)加速帶來危險，電動車相比燃油車各擋位的降扭點更提前。在完全符合機動車駕駛?cè)丝荚囅到y(tǒng)通用技術(shù)條件情況下進行這樣的調(diào)校。

2.2.5 熄火抖動方案與考試規(guī)則匹配性

考試規(guī)則中有明確要求，車輛在行駛中，如果駕駛不當(dāng)，造成車輛熄火會扣分；電動車因電機的特性，本不存在熄火的問題，但為了適應(yīng)駕駛考試、培訓(xùn)的需要，該純電動手動擋駕考車特意模擬了燃油車各種熄火特征：半離合起步控制不當(dāng)熄火；起步掛擋錯誤熄火；行駛中擋位不匹配車速熄火；掛擋下，剎車控制不當(dāng)熄火；熄火前模擬發(fā)動機特性（抖動），提示駕駛者轉(zhuǎn)速過低，需增加發(fā)動機（電機）轉(zhuǎn)速，方法是踩下離合或輕踩油門。操作方法完全跟燃油車一致。

2.2.6 抖動熄火設(shè)計邏輯

起步離合器控制不當(dāng)導(dǎo)致抖動和熄火的原因為：發(fā)動機在運行過程中有轉(zhuǎn)速死區(qū)，低于怠速時會燃燒不穩(wěn)定，易產(chǎn)生“嗆熄火”現(xiàn)象。發(fā)動機轉(zhuǎn)速過低時，發(fā)動機控制器會自動控制噴油，偏濃的燃油產(chǎn)生較大的扭矩，自救式拉升轉(zhuǎn)速，形成扭矩波動（這種策略為防熄火策略）。其次，發(fā)動機因自身旋轉(zhuǎn)部件慣量較大，在這種劇烈轉(zhuǎn)速波動時伴隨較強的振動感。目前已有技術(shù)模擬熄火和抖動策略存在明顯缺點：按照簡單轉(zhuǎn)速進行判斷抖動并熄火，這樣發(fā)動機一旦出現(xiàn)抖動就判定熄火，與實際燃油車工作特征不符合。實際燃油車發(fā)動機有個自動噴油自救拉升，或者操縱離合脫開發(fā)動機可能不會熄火。為了貼切地模擬燃油車的工作特征，實現(xiàn)類似燃油車的駕考體驗，設(shè)計了抖動區(qū)、熄火區(qū)、怠速區(qū)的控制方案，實現(xiàn)人與動力系統(tǒng)感官交互良好體驗。

3 收益測算

結(jié)合某公司開發(fā)的純電動手動擋駕考車的實際訓(xùn)練場景，單車一年油費能夠節(jié)省3～4萬元，保養(yǎng)費用節(jié)省約2 000元/年；駕考車每天工作時間為私家車的3～4倍，尾氣污染較大，新能源車能有效降低尾氣排放；駕考車可利用夜間削峰填谷集中充電，用電成本低，車輛利用率高。駕校教練車單車收入支出試算模型如表3所示。

4 結(jié)語

面對新能源化和低碳綠色發(fā)展的必然趨勢和駕培行業(yè)運營利好，電動C1型駕考車有較好的推廣價值，申請針對GA 1029-2022《機動車駕駛?cè)丝荚噲龅丶捌湓O(shè)施設(shè)置規(guī)范》中第8.2.4條“應(yīng)需駕駛?cè)瞬僮麟x合器、換擋桿才能完成的換擋操作，驅(qū)動動力裝置應(yīng)為內(nèi)燃機”的描述[5]，建議修改為：

a.“……應(yīng)需要駕駛?cè)瞬僮麟x合器、換擋桿才能完成的換擋操作，變速操縱系統(tǒng)應(yīng)真實手動變速箱，驅(qū)動動力裝置為內(nèi)燃機或電機”。

b.“……應(yīng)需要駕駛?cè)瞬僮麟x合器、換擋桿才能完成的換擋操作，驅(qū)動動力裝置應(yīng)為內(nèi)燃機或電機，如果采用新能源電機作為驅(qū)動力裝置，變速操縱系統(tǒng)應(yīng)真實手動變速箱和離合器，在操控方面達到內(nèi)燃機車輛等同水平”。

若能達成以上修改目的，某公司開發(fā)的純電動手動擋駕考將得到更進一步的推廣應(yīng)用，經(jīng)濟效益和社會效益將會加速凸顯出來。

參考文獻：

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[2]童維勇，陳興釗純電動教練車模擬燃油車的控制策略分析與實現(xiàn)[J]汽車電器，2020（8）：6-9.

[3]馬文勝燃油教練車電動化技術(shù)研究[D]石家莊：河北科技大學(xué)，2018.

[4]婁飛鵬，康照強，張凱方一種純電動教練車的實現(xiàn)方法[J]汽車電器，2016（1）：10-12.

[5]GA 1029-2022 機動車駕駛?cè)丝荚噲龅丶捌湓O(shè)施設(shè)置規(guī)范[S]

作者簡介：

周保平，男，1968年生，高級工程師，研究方向為新能源車輛。