技术驱动——探索新型混合动力控制管理系统

先进的混合动力总成管理控制系统通常面临着高度复杂的需求，本文评述了新材料解决方案和互联技术将如何提升系统效率，以及如何实现具有较强预测功能的管理过程。

与燃油车相比，混合动力汽车已逐步提升了动力总成控制管理系统的复杂程度，并且仍在与日俱增。混合动力驱动系统需要在同一时间内实现扭矩输出、稳定车辆运行，以及能量管理等功能。



在汽车行业中，高水平的管理系统成功与否的标准曾经是通过微控制器来进行衡量的。目前，制造商通过对微处理器进行集成，从而使其性能和通信接口的数量增加到了一定程度。

里卡多公司负责开发软件、标定和控制系统的领导Peter Fussey对此提到，就混合动力汽车而言，由于其配备有燃油和电能2类不同的能源，并且需要使车辆在两者之间进行无缝切换，致使整个能量管理的优化过程较为复杂。

GKN Automotive电驱动力总成总经理Dirk Kesselgruber对此解释道，与燃油车或纯电动车相比，车辆在充分实现混动化后的复杂程度为原来的400%。在1台纯电动车中，仅通过1台电机和1个高速的总线接口就可以满足驱动需求。

变化的驾驶状况和复杂的效率特性仅增加了车辆的复杂性，但Fussey相信全新的道路网软件将在短期内对其管理功能进行优化。里卡多公司的研究人员将来自电子地平线（Electronic Horizon）或云端的先进路线信息引入控制器中，从而精确地预测未来的车辆运行过程，并对其进行调整与优化。

比例-积分-微分（PID）控制器将用于测算内燃机在运行中所需要的控制决策。然而，如将该技术领域推广至混合动力汽车和纯电动汽车领域，由此对控制系统的技术要求则会进一步提升。研究人员通过采用嵌入式的道路网软件，即可有效充分实现该目标。

权衡利弊

开发过程中面临的挑战主要包括成本、效率、布置、可靠性、安全性及质量约束等方面，电驱传动系统专家Equipmake的总经理Ian Foley对此进行了证实。

目前，研究人员面临的最大挑战是如何在合适的成本下实现更高的效率？在开发过程中，针对采用碳化硅（SiC）还是传统的硅绝缘栅双极晶体管（IGBTs），研究人员之间产生了较大的意见分歧。

随着低压48 V和高压800 V技术的推广，并未显著阻碍混合动力控制系统的开发进程。许多研究人员始终认为，为提升整车性能，需要开发出更多性能更优越的能量管理策略，并且一直在对能量管理系统进行优化。

英国巴斯大学高级汽车驱动系统研究院（IAAPS）的高级讲师Richard Burke对此解释道，为了进一步降低NOx排放，可能需要使内燃机长期运行在特定的工况点下，但该目标通常难以实现，因为其会以牺牲整机动力为前提。然而，研究人员无须过度担忧动力性能的下降，因为该部分损失可以通过混动系统来进行弥补。未来，汽油机和柴油机可能会逐步退出历史舞台，但如要实现这一目标，可能仍需要20～30年的时间。由于内燃机在运行过程中会产生NOx排放，为此仍需要严加控制。

控制标定

在开发过程中， Fussey提到，数字孪生（digital twins）技术可被用来进行试验，并对控制算法进行标定。纬湃科技（Vitesco Technology）电子器件专家Markus Hackelsperger也提到，目前有1个预先使用模拟工具和仿真工具的需求，研究人员需要通过专门的硬件在环（HIL）软件测试平台来开展研究。未来，研究人员非常有可能在基于HIL反馈的虚拟样车上开展测试工作。

驱动系统设计（DSD，Drive System Design）公司的研究团队更专注于开展模拟工作，以及对虚拟验证的批准，但其目前仍在从事针对物理样件的研发。DSD控制系统领导Pedro Zabala对此提到，在过去10年间，模拟和验证等工作已经历了较长的发展历程。对于基础深入分析而言，试验工具的相关性及精确度均已有了大幅提升。

就未来的行业发展趋势而言，在中短期内，研究人员期望将先进驾驶辅助系统（ADAS）集成到管理控制器中。通过充分运用数据和性能更优越的车载服务，管理控制器将能更好地理解预期的车辆运行过程，并可将该信息并入高级预测控制过程中，以此改善整个车辆的能量管理过程。

然而，目前管理控制器仍存在效率受限的问题，并且大部分行业专家认为SiC将是未来动力总成的规则改变者。Foley对此提到，功率元器件不能变得更加高效，是因为转换器已经实现了98%～99%的高效运行目标，但SiC将会进一步推动产业发展。

Stellantis集团动力总成元器件经理Eric Tomietto也在重点关注着SiC的使用过程，并认为基于域控制器（domain controllers）的全新的电子器件结构将会直接推动控制单元的演变过程。

但当汽车行业开始广泛且有效地运用SiC时，创新过程将会继续开展，并能相应提升系统效率。纬湃科技电气化专家Alexander Reich对此解释道，宽带隙设备将能显著提升系统效率，并且已有部分研究人员针对直流-直流转换器开展了研究。通过提升效率，将能有效提升设备的集成度，并进一步实现轻量化目标。