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淺析 丨 測(cè)試評(píng)價(jià)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一些能量管理策略的應(yīng)用

2018-12-28 19:34:13·  來(lái)源：中國(guó)汽研新能源汽車(chē)測(cè)試評(píng)價(jià)  
　
前幾期我們介紹了能量管理策略的基本概述、控制策略算法、能量管理與智能交通系統(tǒng)的結(jié)合。結(jié)合上述文章的介紹，我們發(fā)現(xiàn)了目前能量管理策略在仿真和車(chē)載方面的一
前幾期我們介紹了能量管理策略的基本概述、控制策略算法、能量管理與智能交通系統(tǒng)的結(jié)合。結(jié)合上述文章的介紹，我們發(fā)現(xiàn)了目前能量管理策略在仿真和車(chē)載方面的一些應(yīng)用，通過(guò)對(duì)行駛路況進(jìn)行合理的規(guī)劃和估計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛能量消耗的優(yōu)化。本期我們將結(jié)合中國(guó)汽研開(kāi)展的一些車(chē)輛的測(cè)試評(píng)價(jià)，進(jìn)行總結(jié)和歸納，尋找一些車(chē)載測(cè)試過(guò)程反映出來(lái)的能量管理策略應(yīng)用。
 
一、兼顧駕駛風(fēng)格的純電動(dòng)汽車(chē)能量管理
 
通過(guò)對(duì)大量的國(guó)內(nèi)、國(guó)外純電動(dòng)車(chē)型進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)，中國(guó)汽研的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了純電動(dòng)汽車(chē)的駕駛模式定義、駕駛風(fēng)格設(shè)計(jì)、踏板控制特性三者之間存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通常車(chē)輛會(huì)根據(jù)駕駛員的輸入（車(chē)速、踏板開(kāi)度、踏板開(kāi)度變化率等）確定駕駛意圖并進(jìn)行駕駛模式選擇。車(chē)輛運(yùn)行動(dòng)力模式時(shí)根據(jù)駕駛意圖定義加速轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償策略、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)模式時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行尋優(yōu)處理、針對(duì)車(chē)輛動(dòng)力部件特性進(jìn)行附件功率管理以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛跛行狀態(tài)的能量管理?；诖罅康臏y(cè)試數(shù)據(jù)分析可知，駕駛風(fēng)格定義與踏板控制特性進(jìn)行了結(jié)合，通過(guò)標(biāo)定不同的踏板MAP，調(diào)整加速和制動(dòng)兩個(gè)踏板的“軟、中性、硬”的駕駛感受，在滿(mǎn)足動(dòng)力輸出和兼顧能量管理的前提下，賦予純電動(dòng)汽車(chē)在經(jīng)濟(jì)學(xué)方面的效率特性、動(dòng)力性方面的動(dòng)力輸出、舒適性方面的駕乘感受的完美結(jié)合。
圖1、基于測(cè)試評(píng)價(jià)獲取的純電動(dòng)汽車(chē)基于模式劃分的能量管理策略框架
 
二、多檔化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)能量管理的貢獻(xiàn)
 
混合動(dòng)力系統(tǒng)的能量管理變得較為復(fù)雜。發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)動(dòng)力源的協(xié)調(diào)，不僅受限于行駛工況，更體現(xiàn)了能量管理策略的實(shí)車(chē)應(yīng)用效果。我們知道，PHEV可以利用電網(wǎng)充入的電能實(shí)現(xiàn)純電行駛，當(dāng)電能消耗后又可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)兩個(gè)動(dòng)力源協(xié)調(diào)工作，因而，我們發(fā)現(xiàn)“電能和合理利用、饋電狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的平滑控制”這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，是影響混合動(dòng)力系統(tǒng)（包括HEV和PHEV）能量管理策略應(yīng)用效果和車(chē)輛實(shí)際能耗的主要因素。
圖2、傳統(tǒng)混合動(dòng)力系統(tǒng)（功率分流與串并聯(lián)）與P2構(gòu)型多檔化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比較
 
通常的，對(duì)于傳統(tǒng)的混合動(dòng)力系統(tǒng)而言，例如豐田的THS和本田的iMMD，在電池電能富余的情況下利用純電動(dòng)模式行駛；當(dāng)車(chē)輛饋電、電池功率受限、純電驅(qū)動(dòng)效率降低時(shí)往往能夠切換至混合驅(qū)動(dòng)模式，并且這兩種系統(tǒng)能夠充分利用兩個(gè)電機(jī)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出控制，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)與車(chē)輛功率需求的解耦，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作更為平滑、可控。通過(guò)對(duì)Sonata PHEV的測(cè)評(píng)我們發(fā)現(xiàn)，相比功率分流和串并聯(lián)構(gòu)型，通過(guò)多檔化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的合理匹配和電機(jī)運(yùn)行模式的優(yōu)化，Sonata PHEV仍然可以在工程上實(shí)現(xiàn)了匹配Prius PHEV和Accord PHEV的能耗表現(xiàn)：利用6AT將電機(jī)工作范圍進(jìn)行了擴(kuò)容，使得車(chē)輛純電動(dòng)行駛能力得到大大提升，在更多的行駛工況中均能夠?qū)崿F(xiàn)純電動(dòng)行駛。另外，通過(guò)P2系統(tǒng)電機(jī)發(fā)電和助力功能的優(yōu)化，使得車(chē)輛在饋電狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)線(xiàn)性、平滑的工作點(diǎn)控制。
 
通過(guò)這個(gè)案例我們可以看出，電機(jī)高速化、高功率密度化帶來(lái)的趨勢(shì)需求，在P2構(gòu)型上體現(xiàn)的并不十分迫切。車(chē)輛構(gòu)型、參數(shù)匹配、控制策略的共同優(yōu)化，在節(jié)能目標(biāo)達(dá)成方面的效果殊途同歸，這也為國(guó)內(nèi)進(jìn)行P2構(gòu)型插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)較好的參考案例。
 
三、基于協(xié)同信息的混合動(dòng)力汽車(chē)能量管理——人車(chē)路智能協(xié)同
圖3、駕駛員主動(dòng)閉環(huán)和ITS車(chē)路協(xié)同的聯(lián)合
 
通過(guò)前面幾期針對(duì)能量管理策略的介紹我們可以看出，制約能量管理策略的一個(gè)顯著的因素是駕駛路況識(shí)別。如何合理的、及時(shí)的識(shí)別駕駛路況，決定了大量的控制算法能否實(shí)時(shí)應(yīng)用的問(wèn)題。當(dāng)前一些成熟的市售車(chē)型，例如Sonata PHEV、Prius PHEV、Accord PHEV、比亞迪秦PHEV等，通過(guò)設(shè)置一種“EV/HV”模式主動(dòng)切換按鍵，由駕駛員對(duì)可預(yù)見(jiàn)性的行駛工況進(jìn)行主動(dòng)的模式選擇和模式切換，那么車(chē)輛將盡可能的按照高速工況運(yùn)行以發(fā)動(dòng)機(jī)為主的模式、節(jié)約電能用于城市行駛；城市工況運(yùn)行以電機(jī)為主的純電動(dòng)模式、減少發(fā)動(dòng)機(jī)的頻繁起停以實(shí)現(xiàn)較高的能量利用率。通過(guò)這種人為的干預(yù)和預(yù)判，通常能夠?qū)崿F(xiàn)較高的能耗提升（例如運(yùn)行UDDS+US06復(fù)合循環(huán)工況，Sonata PHEV能夠?qū)崿F(xiàn)EV/HV主動(dòng)切換后約10.2%的油耗降低）。
 
除了駕駛員主動(dòng)閉環(huán)車(chē)輛控制策略外，隨著ITS智能交通系統(tǒng)的普及，通過(guò)將行程信息和駕駛風(fēng)格結(jié)合起來(lái)，獲得車(chē)輛最佳的行駛路線(xiàn)和速度曲線(xiàn)，以引導(dǎo)駕駛員以最小的能量消耗方式進(jìn)行行駛，同時(shí)使車(chē)輛按照最合理的能量分配方式進(jìn)行運(yùn)行，使得能量管理策略與智能網(wǎng)聯(lián)化結(jié)合，自動(dòng)、實(shí)時(shí)、智能的識(shí)別路況并進(jìn)行合理的能量分配，從而使得真正意義上的“人-車(chē)-路智能協(xié)同”成為了一種可能。
 
四、小結(jié)和展望
本文介紹了測(cè)試評(píng)價(jià)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一些能量管理策略的應(yīng)用，我們可以初步得到下列三個(gè)觀點(diǎn)：
■ 考慮駕駛風(fēng)格的純電動(dòng)汽車(chē)能量管理，將踏板控制特性與動(dòng)力輸出特性進(jìn)行結(jié)合，兼顧了動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性輸出的同時(shí)，進(jìn)一步兼顧了車(chē)輛的駕乘感受。
■ 通過(guò)多檔化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，P2構(gòu)型混合動(dòng)力系統(tǒng)提升了EV模式的利用率，平滑了發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，降低了對(duì)電機(jī)系統(tǒng)高速化、高功率密度化以及NVH的要求。
■ 通過(guò)協(xié)同信息的能量管理，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了智能化的路況識(shí)別和模式劃分、能量分配過(guò)程，對(duì)于進(jìn)一步提升車(chē)輛能耗表現(xiàn)，有著深遠(yuǎn)的意義。并且在此基礎(chǔ)上，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)在新能源汽車(chē)平臺(tái)上的應(yīng)用。 
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