汪 帆， 王坤俊， 王雙娥， 王 焯， 趙芮烽

(中車時代電動汽車股份有限公司， 湖南 株洲 412007)

發(fā)展純電動客車是改善能源與環(huán)境問題的重要途徑[1]，現(xiàn)階段，各廠商主要聚焦于先進動力系統(tǒng)、高效傳動系統(tǒng)、輕量化、低滾阻等與車輛本身相關的節(jié)能技術[2]，忽視了對駕駛員的駕駛特性習慣等與“人”相關的研究[3]。本文通過分析，從控制層面提出兼顧不同駕駛特性以降低車輛能耗的措施。

1 駕駛特性對能耗影響的測試分析

駕駛特性指的是駕駛員在對路況信息處理過程中所表現(xiàn)出來的自身感知、判斷及操作特性[4]。謹慎型駕駛員會表現(xiàn)出緩慢的加、減速，而激進型駕駛員會表現(xiàn)出跟車距離近，經常性加速超車、減速避障等行為。

1.1 試驗方案及結果

以某一輛12 m純電動客車為測試對象，試驗地點為某城市的郊區(qū)公交線路，單邊25 km，每天模擬公交工況試運營往返兩趟約100 km，以充電樁充電數(shù)據(jù)計算能耗。車輛為空載不開空調運行，5名駕駛員各駕駛6天，電耗試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。

表1 電耗試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計 kW·h/100 km

1.2 試驗結果及分析

選取其中能耗平均值最優(yōu)(駕駛特性為車輛起步緩和，行駛速度適中，輕度制動為主的謹慎型駕駛員5)及最差(駕駛特性為車輛起步偏急，經常加速超車及減速避障，平均制動行程偏高的激進型駕駛員3)的兩名駕駛員的試驗結果進行分析。為更加直觀對比駕駛特性造成的能耗差異，將駕駛員3的第3天數(shù)據(jù)(能耗最高)和駕駛員5的第6天數(shù)據(jù)(能耗最低)具體分析，采集到的車速制成單值圖，如圖1所示。

圖1所示兩樣本中激進型駕駛員3車速均值為33.5 km/h，常用車速在30～50 km/h間，且高速區(qū)間很密集，最高車速大于60 km/h。謹慎性駕駛員5車速均值為28 km/h，接近于UITP(國際公共交通協(xié)會)定義的郊區(qū)工況平均車速25 km/h[5]。

圖1 不同駕駛特性的車速單值對比

由于城市客車電機設計的高效區(qū)間車速適用于一般公交工況，激進型駕駛特性平均車速偏高，導致電驅動系統(tǒng)的工作效率降低[6]；同時高速行駛需要大功率、大電流，導致車載能源(動力電池、電容等)內損增大，進一步降低效率，而且壽命也降低。故從系統(tǒng)效率評判謹慎型駕駛員5的駕駛特性更好。

定義一次開始啟動至下一次停車這段過程為一個運動學片段[7]。根據(jù)試驗記錄計算、整理出部分數(shù)據(jù)，見表2。表2中的能量回收時間包括制動階段和滑行階段。

表2 不同駕駛特性的部分指標對比

從圖1和表2可知，駕駛員3在本組試驗過程中花費的時間比駕駛員5少，其駕駛速度較快，而其運動學片段卻更多，說明其啟停次數(shù)多。在滑行時間比例相似的情況下，速度快、加減速所占的比例少，說明駕駛員3急加速操作多；而制動所占的比例多，說明其制動頻率大。

進一步對比兩種不同駕駛特性下制動踏板開度，如圖2所示。結合圖2與表2，駕駛員5在處理制動的過程中，制動踏板深度較淺，且制動時間所占比例少，駕駛員3制動時間長且緊急制動次數(shù)多。

圖2 制動踏板開度統(tǒng)計對比

目前純電動客車制動控制邏輯正常為制定踏板深度前30%為電制動，后70%為電制動與氣制動共同作用[8]。因此，激進型駕駛特性的駕駛員由于經常采用急制動，導致氣制動較多，大部分制動能量以熱能形式流失；而謹慎型駕駛特性的駕駛員則經常采用輕度制動，因而電制動較多，制動能量以熱能形式流失的情況較少。

2 控制策略改進措施

通過培訓，大部分純電動客車駕駛員都養(yǎng)成謹慎型的駕駛習慣，但還有一部分駕駛員的激進型駕駛特性難以改變。因此需要在控制策略上加以綜合考慮，實現(xiàn)在激進型的駕駛習慣下運營也有較好的經濟性。

1) 改進起步加速控制策略?，F(xiàn)階段純電動客車在起步時，其控制策略一般為目標牽引扭矩給定模塊根據(jù)踏板及電機當前狀態(tài)給定駕駛員期望目標牽引扭矩。這會導致在激進型駕駛特性起步時，急加速低轉速下的電機扭矩很大，即電機所需的電流很大，從而使得電機定子銅損顯著增加，電機效率降低[9]。為兼顧此問題，控制策略上，在保證起步加速度滿足需求的前提下，降低踏板實際深度的響應靈敏度，使電機目標扭矩響應曲線盡量沿著電機的高效率區(qū)間運行，從而提高電機效率[10]。

2) 改進車速控制策略?，F(xiàn)有控制策略的車速與加速踏板深度呈正比關系，激進型駕駛員習慣于高加速踏板開度來維持車速，而當車速升高后，電機進入弱磁區(qū)，電機轉矩下降，效率降低，車輛能耗隨車速提高而增加。為兼顧此問題，在整車控制策略中重新標定車速與加速踏板對應關系，降低常用加速踏板開度對應的車速值，從而減少能耗損失。

3) 改進制動控制策略。目前，制動的控制策略為制動踏板特定深度前有一定比例的電制動，超過特定深度后為電制動加氣制動，其中氣制動轉化為熱能消耗掉，能量利用率低。由于激進型駕駛特性習慣性地深踩制動踏板，因此導致氣制動比例過多造成運營能耗升高。為兼顧此問題，從制動控制策略上進一步提高氣制動介入的踏板深度，并適當加大高速狀態(tài)下電制動強度，且當車輛高速滑行時，設計適當強度的滑行電制動。

3 結束語

發(fā)展整車節(jié)能技術，是促進汽車產業(yè)技術進步和優(yōu)化升級的關鍵舉措，實踐證明，不同駕駛員的駕駛特性對整車能耗有很大影響。充分認識和掌握駕駛員的駕駛特性，發(fā)展兼顧不同駕駛特性的整車控制策略，對于整車節(jié)能降耗十分重要。