2.2.2 开发方法
1.传统动力车型设计方法
传统动力车型，包括手动档和自动档两大类，其中手动档车型由于其传动系统和控制较为简单，驾驶性开发也相对简单，主要涉及传动比和发动机相关标定，自动档（AT）车型驾驶性开发相对复杂，还包括变速器相关标定。
图2-15 换档过程冲击程度曲线
（1）基于驾驶性的变速器传动比优化 变速器传动比优化是动力经济性的关键要素，此处不做全面的剖析，仅从驾驶性角度进行探讨，主要包括蠕行车速、典型车速的发动机转速、典型车速-档位的爬坡度及传动比阔度与级差等几个方面。
1）蠕行车速。蠕行车速是指在平直路面上，松开制动踏板、不踩加速踏板的情况下，车辆由静止开始缓慢加速到车速稳定，此时的车速称为蠕行车速，档位在一档或倒车档（R档）。蠕行车速过高或过低均会产生不适感，通常情况下要求在5～7km/h之间。因此，当发动机蠕行转速（通常是750r/min）、轮胎尺寸和主减速比确定后，变速器的一档和R档就被限制在一定的区间内。
2）典型车速的发动机转速。典型车速的发动机转速是指在平直路面上，常用的匀速行驶车速对应的发动机转速，车速主要包括20km/h、40km/h、60km/h、80km/h、100km/h、120km/h。通常情况下，以该车速（120km/h除外）匀速行驶时，发动机转速可以维持在1500～2200r/min范围内，以保证发动机噪声较低。以120km/h的车速匀速行驶时，变速器应位于最高档，此时发动机转速尽量低，较好的车型的发动机转速可以达到1800～2200r/min范围内（需要结合车辆类型、常用工况及发动机动力储备情况等）。因此，当轮胎尺寸和主减速比确定后，典型车速对应的档位传动比就被限制在一定的范围内。
3）典型车速-档位的爬坡度。典型车速-档位的爬坡度是指在典型车速和其对应的档位下，车辆能够达到的最大坡度，根据表2-1所列公路最大纵向坡度要求，进一步约束各档位的传动比。如图2-16所示，某款车在最高档、以120km/h的车速匀速行驶时的最大爬坡度超过7%，且其在最高档有较大转速区域的最大爬坡度超过5%（即0.5m/s2线以上），其最高档的总传动比有进一步减小的空间。
图2-16 典型车速爬坡度曲线
4）传动比阔度与级差。传动比阔度是指变速器一档传动比与最高档传动比的比值，传动比级差是指相邻两个档位间，低档位传动比与高档位传动比的比值。变速器传动比阔度随档位数增加而增大，1/2档传动比级差随档位数量增加而减小。传动比级差增大使传动比阔度增大，有利于降低高车速的发动机转速；传动比级差减小有利于减小换档前后加速度差值，提升换档平顺性，提高发动机功率利用率，提升连续换档加速过程驾驶性能。因此需要严格控制。
（2）踏板-转矩脉谱图（Acc Pedal Map）设计 驾驶人的驾驶需求通常通过踩加速踏板来反映。在驾驶性评估中，整车对加速踏板行程的加速度反馈的及时性和可预期性，用来衡量驾驶性好坏。驾驶人对加速踏板行程的输入，更重要的是通过踏板-转矩脉谱图来体现，是驾驶性开发和调校的重点。
Acc Pedal Map如图2-17所示，横坐标为发动机转速，纵坐标为发动机输出端转矩（净转矩），不同的线条分别代表不同的加速踏板行程（百分比），即表示在发动机运行区域内，加速踏板行程、发动机转速和发动机输出端转矩三者之间的对应关系。需要指出的是，该发动机输出端转矩来源于驾驶人需求，也称为需求转矩。不同的车型，有时驾驶人需求转矩会大于发动机外特性给出的转矩，此时达不到需求转矩，会被限制在发动机外特性给出的转矩上。
Acc Pedal Map有两种类型，即等转矩型和等功率型。如图2-17a所示，等转矩型Acc Pedal Map中，在外特性曲线以下区域，同一加速踏板行程下，转矩不随转速变化，功率则随转速增加而上升。以某一固定加速踏板行程进行加速时，在变速器升档以前，可以输出相对稳定持久的推动力，但由于升档后传动比减小，所以整车加速度会在升档后发生明显衰减，整个加速过程因档位而分段。另外，升档前后目标需求转矩不变，这在一定程度上有利于变速器换档控制。
如图2-17b所示，等功率型Acc Pedal Map中，在外特性曲线以下区域，同一加速踏板行程下，转矩随转速减小，功率则不随转速变化。在某一固定加速踏板行程进行加速时，在变速器升档以前，推动力随车速增加持续降低，但整车加速度在升档前后保持不变，整个加速过程顺滑持续。由于升档前后目标需求功率不变，转矩随转速下降而增大，对于变速器换档控制要求较高。
图2-17 Acc Pedal Map类型
以上两种类型的Acc Pedal Map各有优缺点，在实际开发中都不会单独使用，通常是结合使用。一般情况下，根据车辆类型和市场定位，定义出关键指标，通过整车需求计算相应的策略需求结合以上两种类型，最终定义出需要的Acc Pedal Map。设计与计算过程如下：
1）根据整车类型和市场定位，定义整车驾驶性关键指标，包括稳速加速踏板行程、起步加速响应、行驶加速度响应等。
2）根据稳速加速踏板行程、整车阻力参数和传动系统参数等，计算稳速点需求转矩（液力变矩器锁止离合器处于锁止状态），计算公式如下：
行驶阻力为
在整车研发过程中，整车阻力通常是通过汽车滑行试验得出三个滑行阻力系数A、B、C，然后用一个关于速度的二次函数表示整车传动系统阻力、滚动阻力和空气阻力等之和。车速为
式中 ua——车速；
n——发动机转速r/min；
r——车轮半径（m）；
ig——变速器传动比；
i0——主减速器传动比。
驱动力为
式中 Ft——车辆行驶时的驱动力（N）；
Ttq——发动机转矩（N·m）；
ηt——整车传动系统效率。
3）根据起步加速度响应和行驶加速度响应指标要求等，计算D档模式加速段需求转矩（液力变矩器锁止离合器处于锁止状态），其运行工况区Acc Pedal Map基本为等功率型。
4）根据实际需求，调整标定，制定最终的Acc Pedal Map。
（3）换档时机（Shift Schedules）设计 变速器的作用是减速增扭和调节发动机运行工况点，即在不同车速下，通过控制变速器换档时机（Gear Box Shift Schedules，简称Shift Schedules）改变发动机的转速和转矩，以获得更好的驾驶性、燃油经济性、排放性和噪声等性能。
Shift Schedules即两档间自动换档时刻随控制参数（车速v、涡轮转速n、加速踏板行程α、加速度a）而变化的规律。换档规律包括单参数换档规律、双参数换档规律和三参数换档规律，如图2-18所示，单参数换档规律只与车速相关，有利于减少换档、减少磨损，但不能实现驾驶人干预，经济性差，较少使用。双参数换档规律包括等延迟型（图2-19）、发散型（图2-20）和收敛型（图2-21）三种基本型，但实际的换档规律是结合在一起的组合型（图2-22），可以更加灵活地控制。三参数换档相比双参数换档，增加了车辆加速度参数，进一步反映车辆的操纵规律，但三参数换档规律的制定非常复杂，实际中仍有很多问题，使用不多。
图2-18 单参数换档规律曲线
图2-19 等延迟型双参数换档规律曲线
双参数换档规律是目前采用最多的形式，控制参数多为车速v与加速踏板深度α、泵轮转速与涡轮转速、车速v与发动机转矩等。换档规律直接影响车辆的动力性、燃油经济性、驾驶性等的好坏。Shift Schedules是自动变速器的关键技术，是实现经济性、动力性和驾驶性综合优化的重要途径。
图2-20 发散型双参数换档规律曲线
图2-21 收敛型双参数换档规律曲线
图2-23所示为某车型实际换档规律曲线，横坐标为车速，纵坐标为加速踏板百分比，不同的线条分别代表相邻档位间的转换关系，实线代表升档线，如四档→五档和五档→六档，虚线代表降档线，如六档→五档和五档→四档。
图2-22 组合型双参数换档规律曲线
Shift Schedules设计也需要符合基本驾驶人需求原则：加速踏板行程越小，动力性越差，经济性越好；加速踏板行程越大，动力性越好，经济性越差。按加速踏板行程大小将Shift Schedules分成三个区域，即经济区、动力区、综合区。如图2-24所示，通常30%加速踏板行程及以下为经济区，95%加速踏板行程及以上为动力区，中间为综合区。根据每个区域的驾驶需求，采用相应的设计方法，从而实现任何工况都能满足驾驶人驾驶需求的目的。
图2-23 某车型实际换档规律曲线
图2-24 自动档加速踏板行程分区
1）动力区设计原则。以最佳动力性为优化目标，包括加速度和最高车速等，通过计算不同档位的加速度曲线和外特性曲线确定该区域换档规律。该区域通常采用单参数换档，保证一定的鲁棒性。由于换档过程时间较长，换档开始至换档结束过程中，发动机转速较原设定换档转速有不同程度的增加，需要考虑此转速偏移，避免出现换档前发动机转速接近甚至突破断油转速，产生转矩突降带来的换档顿挫。
2）经济区设计原则。以最佳燃油经济性为优化目标，综合考虑稳速加速踏板行程和综合油耗，该区域通常也采用单参数换档，保证一定的鲁棒性。
① 以120km/h行驶车速为参考，稳速加速踏板行程满足指标要求。
② 根据发动机万有特性和传动系统效率，结合Acc Pedal Map，划定综合油耗基本运行区，设定升档线和降档线的基本转速参考线。
③ 由于综合油耗试验标准中，循环工况的车速均允许有±2km/h的偏差，而试验应尽量保证各车速段档位的一致性，尤其是稳速段，因此应尽量避开在此范围设置升、降档线。
3）综合区设计原则。以燃油经济性和驾驶性平衡、满足行驶加速度响应为优化目标。如图2-25所示：该区域换档线左移，整体偏向于经济性，动力性和驾驶性差；该区域换档线右移，整体偏向于动力性和驾驶性，经济性差。因此需要综合评估设计。
图2-25 不同驾驶模式的换档规律曲线
① 根据整车类型和市场定位定义整车驾驶性关键指标，主要包括行驶加速度响应和典型车速-档位最大爬坡度。
② 根据行驶加速度响应指标要求和整车参数，结合Acc Pedal Map，计算D档模式加速段整车轮端需求转矩（液力变矩器锁止离合器处于锁止状态）；根据变速器传动比，设计满足行驶加速度响应目标的换档规律优化图。
③ 校核换档线均匀性，最终定义出Shift Schedules。
a）各加速踏板行程下的升档转速和降档转速应尽量相当，换档转速预期性好。图2-26所示为换档前等转速型和换档后等转速型，实际开发可以相结合使用。
图2-26 换档前后转速情况
b）同一车速下，升、降档线之间至少有15%加速踏板行程差距。
c）同一加速踏板行程下，升、降档线之间至少有3～5km/h的车速偏距。
2.新能源车型设计方法
新能源车型的电驱系统既可以作为电机驱动，也可以作为发电机进行制动能量回收，也称为再生制动，在节能方面具有非常重要的作用。相比传统车，这在驾驶性方面具有很大的不同，也是新能源车型驾驶性开发特别需要关注的方面。
通常通过踩加速踏板了解驾驶人的驾驶需求。新能源车型中，能量回收强度也可以通过加速踏板反映，即在一定车速下，较小的加速踏板行程可以对应一个负转矩，此时电驱系统处于能量回收过程中，具备一定的制动能力。这种同一个踏板同时具备加速和制动的控制方式，被称为“单踏板”控制。
单踏板控制集成了加速踏板和制动踏板的功能，可以控制汽车的起步、加速、稳态、减速、甚至停车的全过程，改变了传统的加、减速双踏板形式。此种新型构型包括一个“主踏板”和一个“辅助减速踏板”，其中“主踏板”可以实现加减速功能，可以满足日常的大部分车辆操作，“辅助减速踏板”是在“主踏板”制动减速度不能满足驾驶人意图时的紧急制动踏板。此种踏板可以降低驾驶人的驾驶强度，避免在常规加减速工况中频繁切换踏板，其控制规律是新能源车型驾驶性开发的重点。
单踏板控制规律曲线如图2-27所示，横坐标为电驱转速或车速（采用单机减速器时，车速与转速相对应），纵坐标为电机输出端转矩或轮端转矩。不同的线条分别代表不同的加速踏板行程（百分比），即表示在电机运行区域内，加速踏板行程、车速和转矩三者之间的对应关系。不同的车型，有时驾驶人需求转矩会大于发动机外特性给出的转矩，此时达不到需求转矩，会被限制在发动机外特性给出的转矩上。
图2-27 单踏板控制规律曲线
单踏板控制规律可分为三个主要控制区域，即稳速区域、加速区域和减速区域。稳速区域是在一定车速下，驾驶人松开踏板到某一行程区间内，电机输出转矩刚好与外界阻力相平衡；加速区域是在一定车速下，驾驶人踩下踏板的过程，随着踏板行程的增加，输出的驱动转矩随之增大；减速区域是在一定车速下，驾驶人松开主踏板的过程，随着踏板行程的减小，输出的转矩由正转矩到负转矩变化。
稳速区域和加速区域的设计与传统车型类似。其中稳速区域以120km/h稳速加速踏板行程为主要参考指标，满足对应的稳速加速踏板行程指标要求。考虑到减速区域的控制行程，对应的稳速加速踏板行程和踏板百分比较传统车型略有提高。加速区域主要考虑起步加速响应、行驶加速度响应等方面指标，需要满足相应的驾驶人需求。由于新能源车型的驾驶习惯略有不同，所以具体的指标数值略有差异。
减速区域控制是单踏板控制的重点，其中不同车速和加速踏板行程下的减速度满足相应的指标要求，计算需求负转矩：
1）根据能量回收减速度指标要求，计算车辆负驱动力需求，计算公式如下：
式中 F-——车辆负驱动力需求（N），符号为正；
δ——车辆旋转质量换算系数；
m——车辆测试质量（kg）；
a——车辆对应车速和加速踏板行程下的减速度需求（m/s2），符号为正。
2）根据整车阻力，计算电机端负转矩需求，计算公式如下：
式中 Ff——车辆行驶阻力（N），符号为正；
Tm——电机端负转矩（N·m），符号为负；
r——车轮半径（m）；
i0——主减速器的传动比；
ηt——整车传动系统效率。
根据求得的电机端负转矩和对应的车速（或转速），以及稳速区域和加速区域的转矩和对应的车速（或转速），得到其运行工况区单踏板控制策略。