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浅析 丨 测试评价过程中发现的一些能量管理策略的应用

2018-12-28 19:34:13·  来源：中国汽研新能源汽车测试评价  
　
前几期我们介绍了能量管理策略的基本概述、控制策略算法、能量管理与智能交通系统的结合。结合上述文章的介绍，我们发现了目前能量管理策略在仿真和车载方面的一
前几期我们介绍了能量管理策略的基本概述、控制策略算法、能量管理与智能交通系统的结合。结合上述文章的介绍，我们发现了目前能量管理策略在仿真和车载方面的一些应用，通过对行驶路况进行合理的规划和估计，进而实现对车辆能量消耗的优化。本期我们将结合中国汽研开展的一些车辆的测试评价，进行总结和归纳，寻找一些车载测试过程反映出来的能量管理策略应用。
 
一、兼顾驾驶风格的纯电动汽车能量管理
 
通过对大量的国内、国外纯电动车型进行测试评价，中国汽研的研究团队发现了纯电动汽车的驾驶模式定义、驾驶风格设计、踏板控制特性三者之间存在较强的关联关系。通常车辆会根据驾驶员的输入（车速、踏板开度、踏板开度变化率等）确定驾驶意图并进行驾驶模式选择。车辆运行动力模式时根据驾驶意图定义加速转矩补偿策略、运行经济模式时对驱动和制动转矩进行寻优处理、针对车辆动力部件特性进行附件功率管理以实现对车辆跛行状态的能量管理。基于大量的测试数据分析可知，驾驶风格定义与踏板控制特性进行了结合，通过标定不同的踏板MAP，调整加速和制动两个踏板的“软、中性、硬”的驾驶感受，在满足动力输出和兼顾能量管理的前提下，赋予纯电动汽车在经济学方面的效率特性、动力性方面的动力输出、舒适性方面的驾乘感受的完美结合。
图1、基于测试评价获取的纯电动汽车基于模式划分的能量管理策略框架
 
二、多档化电驱动系统对能量管理的贡献
 
混合动力系统的能量管理变得较为复杂。发动机和电机系统两个动力源的协调，不仅受限于行驶工况，更体现了能量管理策略的实车应用效果。我们知道，PHEV可以利用电网充入的电能实现纯电行驶，当电能消耗后又可以利用发动机和电机两个动力源协调工作，因而，我们发现“电能和合理利用、馈电状态下发动机工作点的平滑控制”这两个关键点，是影响混合动力系统（包括HEV和PHEV）能量管理策略应用效果和车辆实际能耗的主要因素。
图2、传统混合动力系统（功率分流与串并联）与P2构型多档化电驱动系统的比较
 
通常的，对于传统的混合动力系统而言，例如丰田的THS和本田的iMMD，在电池电能富余的情况下利用纯电动模式行驶；当车辆馈电、电池功率受限、纯电驱动效率降低时往往能够切换至混合驱动模式，并且这两种系统能够充分利用两个电机调节发动机的转速和转矩输出控制，以实现发动机工作状态与车辆功率需求的解耦，使发动机工作更为平滑、可控。通过对Sonata PHEV的测评我们发现，相比功率分流和串并联构型，通过多档化电驱动系统的合理匹配和电机运行模式的优化，Sonata PHEV仍然可以在工程上实现了匹配Prius PHEV和Accord PHEV的能耗表现：利用6AT将电机工作范围进行了扩容，使得车辆纯电动行驶能力得到大大提升，在更多的行驶工况中均能够实现纯电动行驶。另外，通过P2系统电机发电和助力功能的优化，使得车辆在馈电状态下发动机能够实现线性、平滑的工作点控制。
 
通过这个案例我们可以看出，电机高速化、高功率密度化带来的趋势需求，在P2构型上体现的并不十分迫切。车辆构型、参数匹配、控制策略的共同优化，在节能目标达成方面的效果殊途同归，这也为国内进行P2构型插电式混合动力系统的开发提供了一个较好的参考案例。
 
三、基于协同信息的混合动力汽车能量管理——人车路智能协同
图3、驾驶员主动闭环和ITS车路协同的联合
 
通过前面几期针对能量管理策略的介绍我们可以看出，制约能量管理策略的一个显著的因素是驾驶路况识别。如何合理的、及时的识别驾驶路况，决定了大量的控制算法能否实时应用的问题。当前一些成熟的市售车型，例如Sonata PHEV、Prius PHEV、Accord PHEV、比亚迪秦PHEV等，通过设置一种“EV/HV”模式主动切换按键，由驾驶员对可预见性的行驶工况进行主动的模式选择和模式切换，那么车辆将尽可能的按照高速工况运行以发动机为主的模式、节约电能用于城市行驶；城市工况运行以电机为主的纯电动模式、减少发动机的频繁起停以实现较高的能量利用率。通过这种人为的干预和预判，通常能够实现较高的能耗提升（例如运行UDDS+US06复合循环工况，Sonata PHEV能够实现EV/HV主动切换后约10.2%的油耗降低）。
 
除了驾驶员主动闭环车辆控制策略外，随着ITS智能交通系统的普及，通过将行程信息和驾驶风格结合起来，获得车辆最佳的行驶路线和速度曲线，以引导驾驶员以最小的能量消耗方式进行行驶，同时使车辆按照最合理的能量分配方式进行运行，使得能量管理策略与智能网联化结合，自动、实时、智能的识别路况并进行合理的能量分配，从而使得真正意义上的“人-车-路智能协同”成为了一种可能。
 
四、小结和展望
本文介绍了测试评价过程中发现的一些能量管理策略的应用，我们可以初步得到下列三个观点：
■ 考虑驾驶风格的纯电动汽车能量管理，将踏板控制特性与动力输出特性进行结合，兼顾了动力经济性输出的同时，进一步兼顾了车辆的驾乘感受。
■ 通过多档化电驱动系统的合理设计，P2构型混合动力系统提升了EV模式的利用率，平滑了发动机工作状态，降低了对电机系统高速化、高功率密度化以及NVH的要求。
■ 通过协同信息的能量管理，进一步实现了智能化的路况识别和模式划分、能量分配过程，对于进一步提升车辆能耗表现，有着深远的意义。并且在此基础上，能够进一步实现智能化、网联化技术在新能源汽车平台上的应用。 
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