章 桐，劉普輝

（同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心，上海201804）

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

章 桐，劉普輝

（同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心，上海201804）

在傳統(tǒng)的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性和全負(fù)荷動(dòng)力性客觀評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上引入汽車駕駛性客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，重點(diǎn)闡述了駕駛性評(píng)價(jià)的4個(gè)主要方面，即部分負(fù)荷特性、加速踏板感覺、換擋平順性和瞬態(tài)急踩／松加速踏板響應(yīng).詳細(xì)分析了縱向加速度響應(yīng)曲面、加速踏板 加速度線性度、加速度增益、換擋沖擊度、加速度均方根值和振動(dòng)劑量等駕駛性客觀指標(biāo)，并通過線性相關(guān)分析驗(yàn)證客觀指標(biāo)與主觀評(píng)價(jià)的一致性.基于多目標(biāo)性能平衡，構(gòu)建了整車級(jí)別燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性與駕駛性綜合評(píng)價(jià)體系.以某6速自動(dòng)擋柴油車型為例，利用AVL CRUISE軟件建立車輛縱向動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算模型，借助AVL GSP（gear shifting program）工具快速生成最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋策略和兼顧油耗、動(dòng)力與駕駛性約束的綜合性換擋策略，對(duì)比分析2種不同換擋策略下的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性與駕駛性部分客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過定量分析表明了客觀評(píng)價(jià)體系的有效性和實(shí)用性.

燃油經(jīng)濟(jì)性；動(dòng)力性；駕駛性；客觀評(píng)價(jià)體系

燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性與駕駛性是評(píng)價(jià)汽車縱向動(dòng)力學(xué)性能的3個(gè)重要方面.三大屬性密切相關(guān)且相互影響，構(gòu)建有效的客觀指標(biāo)與綜合評(píng)價(jià)體系是借助仿真或測(cè)試技術(shù)進(jìn)行量化分析以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)性能平衡與優(yōu)化的前提.

傳統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性和全負(fù)荷動(dòng)力性作為汽車基礎(chǔ)性能已有較為成熟的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)、虛擬設(shè)計(jì)和測(cè)試方法與流程［1-2］.與燃油經(jīng)濟(jì)性和全負(fù)荷動(dòng)力性不同，駕駛性反映了駕駛員在汽車縱向行駛過程中人車交互作用下的主觀感覺，主觀評(píng)價(jià)作為傳統(tǒng)駕駛性開發(fā)方式在對(duì)標(biāo)分析與參數(shù)調(diào)校中發(fā)揮著重要作用.然而，主觀評(píng)價(jià)存在著費(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)試駕駛員個(gè)體依賴性強(qiáng)等不足［3］，近年來隨著測(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)車企與汽車技術(shù)服務(wù)商在駕駛性客觀指標(biāo)體系構(gòu)建［4］、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)虛擬評(píng)價(jià)［5］、仿真分析與測(cè)試評(píng)價(jià)方法［6］等領(lǐng)域已開展了相關(guān)研究，且有學(xué)者對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性與駕駛性多目標(biāo)平衡與綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行了有益的探索［7］.國(guó)內(nèi)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)與多性能目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)體系［8-9］.

本文在介紹傳統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性和全負(fù)荷動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上重點(diǎn)分析了汽車駕駛性客觀評(píng)價(jià)的4個(gè)主要方面，初步構(gòu)建了基于多目標(biāo)性能平衡的綜合評(píng)價(jià)體系.

1 客觀指標(biāo)分析

1.1 燃油經(jīng)濟(jì)性

燃油經(jīng)濟(jì)性是指汽車以盡可能少的燃油消耗經(jīng)濟(jì)行駛的能力，通常用特定循環(huán)工況下的百公里行駛?cè)加拖牧炕蛞欢ㄈ加土肯缕囆旭偟睦锍虂砗饬?通過優(yōu)化動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能地工作在低燃油消耗率區(qū)間，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性曲線與汽車縱向行駛功率的合理匹配，是提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的有效手段.

式中：Ef為燃油經(jīng)濟(jì)性，L·（100km）-1；T為單個(gè)循環(huán)周期總時(shí)間，s；m·f為燃油消耗率，kg·s-1；t為行駛時(shí)間，s；ρ為燃油密度，kg·L-1；Scycle為循環(huán)工況行駛里程，km.

1.2 動(dòng)力性

動(dòng)力性是指汽車在發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門全開（WOT，wide open throttle）即加速踏板100%開度下的縱向極限行駛能力.從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點(diǎn)出發(fā)，汽車動(dòng)力性常采用最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度3個(gè)客觀指標(biāo)來評(píng)價(jià).動(dòng)力性影響著汽車的平均行駛效率和行駛安全，是汽車各種性能中最基本、最重要的性能之一.

式中：vmax為最高車速，km·h-1；Ft為最大牽引力，N；m為車輛質(zhì)量，kg；f為輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)；α為道路坡度，%；ρa(bǔ)ir為空氣密度，一般取ρa(bǔ)ir＝1.225 8 N·s2·m-4；Cd為空氣阻力系數(shù)；Af為迎風(fēng)面積，m2；tacc為加速時(shí)間，s；v1，v2分別為初始與終止車速，km·h-1；δ為車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)；v為行駛速率，km·h-1；αmax為最大爬坡度，%；Dmax為最大動(dòng)力因素.

1.3 駕駛性

在駕駛員 汽車 環(huán)境閉環(huán)控制系統(tǒng)中，駕駛員同時(shí)承擔(dān)著操縱車輛以及根據(jù)車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)來控制車輛的任務(wù)，如圖1所示［10］.駕駛性反映了駕駛員在汽車縱向行駛過程中人車交互作用下的綜合感知，描述了在整個(gè)汽車縱向行駛閉環(huán)控制系統(tǒng)中駕駛員動(dòng)態(tài)感覺（縱向加速度、沖擊、俯仰等）、決策行為（根據(jù)感覺做出判斷）、操作行為（換擋、踏板操作等）、車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程之間的交互關(guān)系，并以駕駛員的期望滿意度為最終評(píng)價(jià)依據(jù).駕駛性體現(xiàn)著汽車產(chǎn)品市場(chǎng)定位與品牌基因，影響著消費(fèi)者購(gòu)買意愿，是提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵.

圖1 駕駛員 汽車 環(huán)境閉環(huán)控制系統(tǒng)Fig.1Driver vehicle environment closed-loop system

本文在借鑒國(guó)內(nèi)外駕駛性主觀評(píng)價(jià)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提取經(jīng)過主客觀一致性檢驗(yàn)并可以量化的客觀指標(biāo)，建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系與標(biāo)準(zhǔn)及具體的行駛工況操作規(guī)范，以進(jìn)行駕駛性的量化分析.詳細(xì)闡述了駕駛性客觀評(píng)價(jià)的4個(gè)主要方面：部分負(fù)荷特性、加速踏板感覺、換擋平順性和瞬態(tài)急踩／松加速踏板響應(yīng)，如圖2所示.

1.3.1 部分負(fù)荷與加速度響應(yīng)曲面

部分負(fù)荷（POT，part open throttle）加速度響應(yīng)是考核駕駛性的重要方面.筆者選取了近20輛不同級(jí)別的汽車樣本，統(tǒng)計(jì)分析了包含中國(guó)NEDC、日本1015和美國(guó)FTP共3種不同循環(huán)工況下的車輛加速踏板開度和縱向加速度數(shù)據(jù).如圖3、圖4所示，在典型的車輛道路循環(huán)過程中，加速踏板開度小于20%的低負(fù)荷運(yùn)行接近60%；加速踏板開度大于80%的高負(fù)荷運(yùn)行不足2%；近99%的運(yùn)行情況下縱向加速度都低于0.15g.這充分說明部分負(fù)荷特性對(duì)于研究駕駛行為特性的重要性和必要性.

圖2 駕駛性評(píng)價(jià)的4個(gè)主要方面Fig.2 Four main aspects of drivability assessment

圖3 加速踏板開度統(tǒng)計(jì)分析Fig.3 Statics analysis of accelerator pedal position

圖4 縱向加速度統(tǒng)計(jì)分析Fig.4 Statics analysis of longitudinal acceleration

加速度響應(yīng)曲面以縱向直線行駛車速和加速踏板開度為影響因子，考慮不同車速和負(fù)荷下的車輛穩(wěn)態(tài)縱向加速度響應(yīng).如圖5所示，加速度響應(yīng)曲面重點(diǎn)考慮了低負(fù)荷區(qū)域（通常取加速踏板開度小于30%）的加速度響應(yīng)、車速和踏板開度三者之間的關(guān)系.對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理，可以得到不同負(fù)荷下的加速性能和換擋性能，包括起步?jīng)_擊、起步加速度增益、加速時(shí)間、換擋沖擊等特征.加速度響應(yīng)曲面從整車層面很好地描述了汽車在不同負(fù)荷與車速下的車輛響應(yīng)特性.加速踏板開度輸入與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出之間的非線性關(guān)系以及換擋時(shí)機(jī)的選擇是加速度響應(yīng)曲面的重要影響因素.

圖5 加速度響應(yīng)曲面Fig.5 Acceleration response map

1.3.2 加速踏板感覺

加速踏板是駕駛員與車輛之間交互最多、最重要的功能模塊之一.駕駛員根據(jù)車輛實(shí)際動(dòng)態(tài)響應(yīng)與期望的反饋?zhàn)龀霰容^、判斷與決策，進(jìn)而通過調(diào)整加速踏板力與行程來控制動(dòng)力輸出大小.

（1）加速踏板力與位移關(guān)系曲線.加速踏板設(shè)計(jì)需要考慮人機(jī)工程學(xué)，同時(shí)以操作輕便度、舒適度以及駕駛性為設(shè)計(jì)目標(biāo).力與位移關(guān)系特性曲線是加速踏板設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)指標(biāo).如圖6所示，通過對(duì)踏板初始力、光滑度、95%開度力與位移、止動(dòng)點(diǎn)力、止動(dòng)位移、回程力、滯后力區(qū)間等技術(shù)指標(biāo)的合理設(shè)計(jì)與量化分析以達(dá)到加速踏板感覺性能的設(shè)計(jì)要求［11］.

圖6 加速踏板力與位移關(guān)系特性曲線Fig.6 Accelerator pedal force displacement curve

（2）加速度線性度.在車輛穩(wěn)態(tài)加速過程中（通常取10～60km·h-1速度范圍），按一定速率緩慢增大加速踏板開度，要求加速度保持在一定范圍內(nèi)而不出現(xiàn)較大的波動(dòng)，具體體現(xiàn)在加速度標(biāo)準(zhǔn)方差控制在一定的范圍內(nèi)，且縱向加速度與加速踏板開度保持一定的線性相關(guān)性（即加速度線性度）.通過線性回歸分析得到相關(guān)系數(shù)衡量縱向加速度線性度，線性相關(guān)系數(shù)越大越好.

加速度線性度體現(xiàn)了一定速度范圍內(nèi)穩(wěn)態(tài)加速過程中加速踏板開度與縱向加速度響應(yīng)之間的跟隨關(guān)系，是加速踏板感覺的重要評(píng)價(jià)特征之一.

（3）加速度增益.良好的加速踏板 縱向加速度感覺除了受加速度線性度的影響，還與單位加速踏板開度下的縱向加速度響應(yīng)特性關(guān)系密切.由于加速踏板力 加速踏板位移 節(jié)氣門開度 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷之間的非線性關(guān)系，加速踏板輸入 縱向加速度響應(yīng)輸出之間也體現(xiàn)出復(fù)雜的非線性關(guān)系，該關(guān)系影響著駕駛員的主觀感覺，是車輛品牌基因的重要特征之一.加速度增益表征了單位踏板位移下的車輛縱向加速度，在一定程度上反映加速踏板位移輸入與縱向加速度響應(yīng)輸出之間的非線性關(guān)系.

式中：again為加速度增益，m·s-2·mm-1；Dped為加速踏板位移，mm.

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).圖7為不同加速度增益區(qū)間所對(duì)應(yīng)的車輛駕駛性特征，通過設(shè)定合理的目標(biāo)區(qū)間以達(dá)成加速踏板位移與加速度期望輸出關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)特定品牌的產(chǎn)品特征.

圖7 縱向加速度增益Fig.7 Longitudinal acceleration gain

1.3.3 換擋平順性

換擋平順性是駕駛性的重要組成部分.縱向加速度與沖擊度是車輛在行駛方向上的變量，與人體的主觀感覺密切相關(guān)，對(duì)換擋舒適性影響較大.尤其是沖擊度表征了車輛動(dòng)力傳遞過程的平順性，其峰值直接反映了人體主觀感覺上瞬態(tài)的沖擊.加速度均方根值（RMS）描述了縱向加速時(shí)間歷程中的平均加速度值，考察了加速度持續(xù)時(shí)間和變化快慢.振動(dòng)劑量（VDV）描述了加速度對(duì)駕乘人員的累積作用程度，比加速度均方根值對(duì)峰值加速度更加敏感，能夠更好地估計(jì)偶爾遇到過大脈沖引起的高峰值振動(dòng)，以反映動(dòng)力傳遞過程中的瞬態(tài)沖擊與顛簸.相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算公式如下.

式中：a為縱向加速度，m·s-2；J為沖擊度，m· s-3；aRMS為加速度均方根值，m·s-2；aVDV為振動(dòng)劑量，m·s-1.75；a～為經(jīng)過濾波處理后的縱向加速度，m·s-2；t0，tf分別為起止時(shí)間，s.

1.3.4 急踩／松加速踏板瞬態(tài)響應(yīng)

對(duì)于急踩加速踏板（tip in）和急松加速踏板（tip out）瞬態(tài)響應(yīng)工況，可以根據(jù)加速度響應(yīng)曲線的形狀來評(píng)價(jià)駕駛性.如圖8所示，對(duì)于某固定車速和擋位下急踩加速踏板瞬態(tài)響應(yīng)工況，通過縮短響應(yīng)延遲、減少加速度凹陷以及抑制加速度振蕩等方法可以有效改善駕駛員主觀感覺，提升駕駛性.

圖8 急踩加速踏板瞬態(tài)響應(yīng)Fig.8 Tip in transient response

除以上介紹的4個(gè)主要方面，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與關(guān)閉響應(yīng)、怠速穩(wěn)定性、起步性能、車內(nèi)噪聲水平、駐車倒車空擋前進(jìn)（P R N D）擋位模式切換特性等都會(huì)影響駕駛員的主觀感覺，是駕駛性評(píng)價(jià)的重要方面.

2 客觀指標(biāo)與主觀評(píng)分相關(guān)性分析

客觀指標(biāo)的有效性取決于能否真實(shí)反映駕駛員的主觀感覺.目前已有學(xué)者針對(duì)單一工況下的客觀指標(biāo)與主觀感覺關(guān)系進(jìn)行了定性描述，Wicke等［12］指出縱向加速度、響應(yīng)延遲、沖擊度是評(píng)價(jià)車輛起步性能的關(guān)鍵，加速度響應(yīng)稍高、延遲時(shí)間很短、沖擊度適中則評(píng)分越高；Dorey等［3］發(fā)現(xiàn)減少加速度超調(diào)量和加速度振蕩、縮短響應(yīng)延遲有利于提高急踩／松加速踏板得分；Dorey等［4］提出減少發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間和轉(zhuǎn)速超調(diào)、降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)有利于提高怠速穩(wěn)定性得分.顯而易見，單一的客觀指標(biāo)難以完整反映綜合的主觀感覺，關(guān)鍵在于找到一個(gè)最小的客觀指標(biāo)集合來最大化地逼近主觀評(píng)價(jià)，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖9所示.

圖9 客觀指標(biāo)與主觀評(píng)價(jià)的拓?fù)潢P(guān)系Fig.9 Topological relation between objective characters and subjective assessment

在定性描述客觀指標(biāo)與主觀評(píng)分關(guān)系的基礎(chǔ)上，可以借助多元回歸分析法，基于主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)試的大量歷史數(shù)據(jù)提取出相關(guān)系數(shù)較高的客觀指標(biāo)作為有效指標(biāo)，通過定量分析來快速構(gòu)建客觀指標(biāo)集合.線性相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式如下.

式中：R2為線性相關(guān)系數(shù)；i為指標(biāo)樣本計(jì)數(shù)；n為指標(biāo)樣本總數(shù)；Oi（i＝1，2…n）為客觀指標(biāo)參數(shù)；Si（i＝1，2…n）為主觀評(píng)分；O-，S-分別為客觀參數(shù)與主觀評(píng)分的均值.

以某C級(jí)別車部分負(fù)荷穩(wěn)態(tài)加速過程中加速度均方根值與主觀評(píng)分的線性相關(guān)性分析為例，其線性相關(guān)系數(shù)R2＞0.97，具有較高的相關(guān)性，如圖10所示.

圖10 某C級(jí)車加速工況下加速度均方根值與主觀評(píng)分的相關(guān)性Fig.10 Correlation between acceleration RMS and subject scores of one C class vehicle under acceleration driving condition

同理，針對(duì)前文所述的部分客觀指標(biāo)，搜集整理相關(guān)樣本參數(shù)并進(jìn)行線性相關(guān)性分析，如表1所示.結(jié)果表明所選擇的大部分客觀指標(biāo)與主觀評(píng)分相關(guān)度較高，說明這些參數(shù)在一定程度上可以有效地反映主觀評(píng)分.

表1 客觀指標(biāo)與主觀評(píng)分相關(guān)性Tab.1 Correlation between objective index and subjective scoring

3 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性與駕駛性三大屬性既相互影響又統(tǒng)一于一個(gè)整體.其中，功率傳遞效率決定著燃油經(jīng)濟(jì)性，功率傳遞幅值決定著動(dòng)力性，功率傳遞過程則決定了駕駛性，駕駛性開發(fā)是在滿足燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的基礎(chǔ)上對(duì)汽車品質(zhì)的進(jìn)一步提升.如圖11所示.

圖11 多目標(biāo)性能平衡Fig.11 Multi-objective balance

這三大屬性與車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化匹配、整車性能集成密切相關(guān)，往往在車輛開發(fā)前期就需要通過市場(chǎng)、法規(guī)及競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手分析等制定技術(shù)指標(biāo)規(guī)范及其目標(biāo)值.為實(shí)現(xiàn)上述三大屬性的優(yōu)化平衡，本文構(gòu)建了整車級(jí)別的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性與駕駛性客觀指標(biāo)體系，如表2所示.

基于上文所構(gòu)建的客觀指標(biāo)體系，借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可進(jìn)行多目標(biāo)性能的快速模擬與綜合評(píng)價(jià).本文提出了如圖12所示的思路：利用AVL Cruise工具建立車輛縱向動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算模型，借助AVL GSP工具快速生成滿足不同性能約束的換擋策略，通過對(duì)整車與系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化、換擋策略優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)性能平衡設(shè)計(jì).

表2 客觀指標(biāo)體系Tab.2 Objective index system

圖12 仿真分析流程Fig.12 Simulation analysis process

4 客觀指標(biāo)應(yīng)用

建立量化的指標(biāo)體系是實(shí)現(xiàn)客觀測(cè)試和仿真分析的前提.為了進(jìn)一步闡明客觀指標(biāo)的應(yīng)用，本文以某自動(dòng)擋乘用車型為例，對(duì)比分析了2種不同換擋策略對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性與駕駛性的影響.

4.1 仿真模型建立

針對(duì)某裝備了1.6L柴油機(jī)和6速自動(dòng)變速器的乘用車型，利用AVL Cruise軟件建立了整車模型［13］.車型基本參數(shù)如表3所示.

表3 車型基本信息Tab.3 Basic vehicle parameters

4.2 換擋策略生成與優(yōu)化

4.2.1 靜態(tài)初始計(jì)算

首先確定4個(gè)基本因素：加速踏板開度、擋位、液力變矩器鎖止離合器狀態(tài)以及車速的取值范圍，通過矩陣計(jì)算得到輪邊功率Pwheel、縱向加速度a、燃油消耗量Qfuel、污染物排放量Qem、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩Teng與轉(zhuǎn)速Neng等信息，這些變量均表現(xiàn)為4個(gè)基本因素的函數(shù)，如式（11）所示［14］：

式中：ig為變速器擋位；Pped為加速踏板開度；Slu為液力變矩器鎖止離合器狀態(tài).

4.2.2 最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋策略［15］

AVL GSP（gear shifting program）模塊可以通過下式進(jìn)行燃油經(jīng)濟(jì)性和排放目標(biāo)之間的平衡與優(yōu)化.

式中：Sopt為目標(biāo)方案；K為權(quán)重因子.當(dāng)K＝0時(shí)，只考慮燃油經(jīng)濟(jì)性約束，此時(shí)可以得到在不同踏板開度和車速下的油耗最低擋位選擇曲面，據(jù)此可以描繪出最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋策略.

4.2.3 綜合性換擋策略

在靜態(tài)計(jì)算的基礎(chǔ)上，依據(jù)加速踏板開度將換擋曲線劃分為低中高負(fù)荷3個(gè)區(qū)域，并分別進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì).低負(fù)荷區(qū)域重點(diǎn)考慮NVH（noise vibration harshness）約束以限制發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速，同時(shí)保證較低的燃油經(jīng)濟(jì)性；中負(fù)荷區(qū)域保證滿足一定的后備功率要求以提升車輛動(dòng)力性能，同時(shí)考慮升降擋延遲以避免頻繁換擋以及升降擋轉(zhuǎn)速容差范圍以提高舒適性；高負(fù)荷區(qū)域依據(jù)最大加速度準(zhǔn)則保證滿足連續(xù)的加速度輸出，同時(shí)考慮換擋延遲時(shí)間以優(yōu)化換擋一致性，從而提高車輛駕駛性［14］.

基于以上原理，本文利用AVL GSP工具生成了最佳燃油經(jīng)濟(jì)性換擋策略和兼顧油耗、動(dòng)力性與駕駛性約束的綜合性換擋策略，如圖13所示為升擋策略的對(duì)比.

圖13 經(jīng)濟(jì)模式與綜合模式的升擋策略Fig.13 Upshift strategies of the economical mode and comprehensive mode

4.3 性能計(jì)算結(jié)果

4.3.1 燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性

由于換擋時(shí)刻直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)在循環(huán)工況下的工作區(qū)間，綜合模式比經(jīng)濟(jì)模式增加油耗約6.7%，但是原地起步百公里加速時(shí)間減少了約5.3%.高擋最高穩(wěn)定車速和低擋最大爬坡度計(jì)算時(shí)都只考慮加速踏板100%開度下的峰值功率，經(jīng)濟(jì)模式和綜合模式計(jì)算結(jié)果相同，如表4所示.

表4 燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性計(jì)算結(jié)果Tab.4 Fuel economy and performance results

4.3.2 駕駛性

以圖14所示的原地起步加速連續(xù)升擋工況為例進(jìn)行駕駛性客觀指標(biāo)分析.通過對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，綜合模式的速度上升較快（圖14），換擋時(shí)刻較晚且換擋時(shí)刻發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高（圖15）.急踩加速踏板瞬態(tài)響應(yīng)過程中縱向加速度最大正值接近7.5m·s-2，換擋過程中出現(xiàn)較大的加速度波動(dòng)，產(chǎn)生換擋沖擊，在急松加速踏板過程中加速度出現(xiàn)瞬態(tài)負(fù)向峰值（圖16、圖17）.整個(gè)運(yùn)行工況中加速度均方根值與振動(dòng)劑量均較大，駕乘舒適性較低（圖18）.

圖14 車速與加速踏板開度Fig.14 Velocity and accelerator pedal position

上述各個(gè)客觀指標(biāo)的量化分析為進(jìn)一步制定符合產(chǎn)品基因的換擋策略和實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)性能優(yōu)化提供了參考.需要強(qiáng)調(diào)的是，汽車燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性與駕駛性的影響因素眾多，實(shí)現(xiàn)各個(gè)指標(biāo)的平衡并非易事.必要的時(shí)候，可以損失一部分性能而提高另一方面的表現(xiàn)，以滿足特定的產(chǎn)品定位和市場(chǎng)訴求.

圖15 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與擋位對(duì)比Fig.15 Engine speed and gear stage comparison

圖16 縱向加速度對(duì)比Fig.16 Vehicle longitudinal acceleration comparison

圖17 沖擊度對(duì)比Fig.17 Shock impact comparison

圖18 加速度均方根值與振動(dòng)劑量對(duì)比Fig.18 Acceleration RMS and VDV comparison

5 結(jié)語(yǔ)

（1）在傳統(tǒng)的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性和全負(fù)荷動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，引入了汽車駕駛性客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，重點(diǎn)闡述了駕駛性評(píng)價(jià)的4個(gè)主要方面及相關(guān)典型客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)從主觀評(píng)價(jià)到客觀量化分析駕駛性提供了參考.

（2）基于多目標(biāo)性能平衡，構(gòu)建了整車級(jí)別燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性與駕駛性綜合評(píng)價(jià)體系.以某6速自動(dòng)擋柴油車為例，對(duì)比分析了2種不同換擋策略下的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和駕駛性部分客觀指標(biāo)，以量化分析的方式表明了客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的有效性和實(shí)用性.

（3）建立合理有效的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)在將客戶之聲轉(zhuǎn)化為工程開發(fā)語(yǔ)言中發(fā)揮著重要作用，是實(shí)現(xiàn)駕駛性從主觀評(píng)價(jià)到客觀測(cè)試與分析的第一步，也是通過虛擬設(shè)計(jì)來量化分析車輛性能的必要條件.進(jìn)一步豐富主客觀測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)樣本，建立完善的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及多目標(biāo)性能綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)是需要繼續(xù)研究的方向.

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Objective Evaluation System of Vehicle Fuel Economy，Performance and Drivability

ZHANG Tong，LIU Puhui
（Clean Energy Automotive Engineering Center，Tongji University，Shanghai 201804，China）

Based on the traditional objective evaluation of vehicle fuel economy and WOT（wide open throttle）performance，the objective characterization of vehicle drivability were proposed，emphasizing on the four main aspects：POT（partial open throttle）response，accelerator pedal feeling，gear shift smoothness and tip in／tip out transient response characteristics.The objective characterization metrics including longitudinal acceleration response map，accelerator pedal-acceleration linearity，acceleration gain，shock，acceleration RMS（root mean square），VDV（vibration dose value），etc.were investigated，and the consistencies of objective indicators and subjective evaluations were verified through correlation analysis.The fuel economy，performance and drivability comprehensive evaluation system was established based on multi-objective balance.A diesel vehicle equipped with 6 automatic transmission was studied as an example，the vehicle and powertrain models were created based on AVL CRUISE software，and the economical and comprehensive shift strategies were generated based on AVL GSP（gear shifting program）tool，then the fuel economy，performance and drivability were contrasted and analyzed between different shift strategies，the effectiveness and practicability of the objective evaluation system were illustrated quantitatively.

fuel economy；performance；drivability；objective evaluation system

U462.3

A

0253-374X（2015）12-1865-08

10.11908／j.issn.0253-374x.2015.12.015

2014 11 24

章 桐（1960—），男，教授，博士生導(dǎo)師，工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)檎嚰稍O(shè)計(jì)及新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng).E-mail：tzhang@#edu.cn

劉普輝（1983—），男，博士生，主要研究方向?yàn)槠噭?dòng)力系統(tǒng)性能集成與評(píng)價(jià).E-mail：liupuhui@163.com