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智能控制策略 混合动力 = 众多车企和供应商近年的发力方向



随着混动技术的发展,汽车动力总成系统的开发难度大幅上升。从系统的角度来看,包括下面三个主要因素


1. 系统的复杂度大大增加


从纯内燃机,到串联混动,并联混动,再到类似P2+P4的系统,混动系统的复杂度逐步增加发动机和高电压系统之间的交互合作越来越多除了扭矩或转速的偶合之外,像共用冷却(低温回路)系统这样在功能层面交换边界条件的情况更导致了复杂度的增加



混动构架和复杂度


2. 系统优化的需求越来越高


随着电动化(Electrification)的发展,现在的混动和电动车不再是像以前那样粗犷地只要攒出来就好了今后的法规也有可能会对每公里的平均电能消耗(尤其是对纯电和高纯电里程数的插电混动车)提出要求这就导致车企必须要把混动系统中以前被忽略的很多改善空间追求到极致(复杂度的提升必然导致实际使用过程中更难发挥全部潜力,再加上以前没必要追求)


3. 另一方面,智能技术的发展使得深度挖掘潜力成为可能


不管是什么系统,要想挖掘潜力首先都要做到理解系统,并且知道客户最终的实际驾驶情况市场的需求导致更多高效信息传输方式以及互连汽车的运用,以达到挖掘潜力的可能这也同时导致车企在开发过程中需要设计的软件及硬件功能都更加繁多


比如,混动系统中能量管理和热管理的优化和策略就是很好的例子


车辆何时应该充放电,何时应该加强或者减弱冷却,这些策略的优化在以前都有很大的局限性,因为开发人员和车辆并不可能预知终端用户的实际驾驶情况


车叔自己在驾驶过程中经常对混动控制器无可奈何(某款混动家用车),不需要发动机工作时无法强制关闭.好比刚启动时,即使只打算开到200米外的地方也要启动发动机(电池温度正常)这一方面是为了应对驾驶循环测试,一方面是控制系统并不知道驾驶员只要开200米。再比如,到达目的地后,停车过程中发动机被启动充电,等等...


以前,汽车不知道驾驶员接下来会做什么,所以车辆标定时往往有所妥协,需要覆盖各种驾驶情形另外,这也导致开发过程中的很多限制条件是根据假设的工况设计的,比如某一高载荷输出会导致热负荷过高,但是如果只工作5-10秒可能就不会有问题,或者如果是从很低载荷进入高载荷工况就可以有时间缓冲。


所以,逐渐有越来越多的车企正在利用导航和路况信息调整混动控制策略包括奔驰宝马奥迪在内的多个品牌已开始在量产混动车上投放智能能量管理和智能热管理,其中核心是将导航信息传送至混动控制器上从而实现更多功能和优化,下面列举几个主要的:


A. 放宽SOC控制区间


在进入市区前多回收能量充电,在离开市区进入高速路段前多放电实现纯电驾驶以便于避免在市区走走停停的工况下频繁启停发动机进行加速导致的油耗和排放损失,并且降低在市中心地区的排放。


另外,还可以根据前方路段的坡度,调节当下SOC的目标值,为下一段路程进行准备允许电池的短暂略高或者略低的SOC状态



不同控制策略对比 (图片来自 Daimler)


B.  放宽电动系统在部分短暂工况下的温度极限值


这是在不突破硬性温度极限的前提下,延迟电流限制的介入比如,如果知道车辆只需要经过一个短暂的上坡就会进入低载工况,则可以在预知会有低载工况的前提下短暂延迟限制的介入,避免从纯电模式进入混动模式,降低启动发动机的损失这一电机载荷在稳态长时间运转下可能会超过温度极限,但是几秒的工作往往不会。同时,在进入高载荷工况前电机是处于低载还是中等载荷,这些因素都是在以前车企开发过程中给电机供应商提出需求文件中不会提及也不需提及的。智能管理系统将会避免对电机按照载荷(短期载荷和稳态载荷)一刀切的情况


另外,该系统也可以避免在即将到达目的地前损失过多能量进行过度冷却比如,明知车辆很可能再过很短时间就可以停车冷却,就不用为了可能的驾驶情况(导航无法告知混动控制器马上将到达目的地,混动控制器以为车辆可能还要继续开)。


C. 当系统检测到前方马上进入减速地带,有弯道,或者堵车等路况时,会自动放缓驾驶员加速的响应,避免浪费的加速损失。


当然,这一功能介入的前提是驾驶员选择“Eco Mode”或类似选项。这会略微影响驾驶员到达目的地的时间(平均3%左右),但是会带来比前两个功能更大的节油功效。


总之,在没有智能管理功能之前,混动系统一直需要为各种可能的驾驶情况做出预留,这会导致丧失一些优化的潜能而在知道了即将到来的驾驶工况之后则可以更有针对性的对各个零部件的协作策略做出优化管理有研究表示这一功能能够带来3-10%不等的实际路况油耗改善(对到达时间没有影响的策略效果偏小,影响到达时间的可达10%或更多)很快会更多的信息可以被运用,比如红绿情况,交通拥堵情况等信息,相信V2VV2I将进一步提升该功能的潜力。同时,路况信息的应用也将使纯电里程的预估变得更加准确


目前在这一领域主要依靠的供应商产品包括大陆的eHorizon,这也是大陆和地图公司HERE合作的成果。另外,博世也有相关的产品。这些系统可以给混动控制器和ADAS系统提供地图信息,包括坡度,车道数,弯道,限速,交通信息等。传统车企和供应商近两年在高科技产品方面的步伐速度之快已经给市场带来了非常强烈的信号


不过供应商提供的系统并非是即插即用的比如路况信息对控制策略具体如何进行影响,对ECMS(Equivalent Consumption Minimisation Strategy)中的Equivalent Conversion Factor是如何修正的,电驱零部件的热模型对于短期高载荷工况时温度的估算,还有如何将其与已有EE网络和混动控制器相连,这些都是车企和咨询公司需要掌握的。预计到18-19年左右会有大批车企和车辆运用该技术。

 

感谢您的阅读。本文由唐华寅博士编写,转载请注明 @欧洲汽车那些事儿 及作者。

唐华寅博士,曾就职于捷豹路虎,现于迈凯伦汽车从事混合动力系统开发。




车叔部分以往文章回顾:


大众供应商断货事件聊聊德国汽车业

绝对值得收藏的干货 - 德国汽车企业电子电器系统正向开发流程解析(第一篇)

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