張?zhí)鞆?伍慶龍

（中國第一汽車股份有限公司 新能源開發(fā)院，長春 130013）

主題詞：混合動力汽車 操作模式 功能策略 智能控制

1 引言

隨著國家新能源汽車戰(zhàn)略地位的不斷提升，混合動力汽車的研發(fā)受到了越來越多汽車產(chǎn)商的關(guān)注與推動?；旌蟿恿ζ囀侵辽購膬深愜囕d存儲的能量中獲得動力的汽車，包括可消耗的燃料或者可充電電能存儲裝置。對于傳統(tǒng)汽車的動力系統(tǒng)，因其主要的動力來源為發(fā)動機，故其操作模式比較簡單。而新能源混合動力汽車，由于其增加了電機動力源，所以可設(shè)計出不同的動力系統(tǒng)操作模式[1]，使車輛在降低油耗的同時，進一步提升用戶駕駛樂趣[2]，另外這些操作模式可以作為用戶購置車輛的魅點宣傳。本文主要從混合動力汽車的操作模式進行分析，并對后續(xù)的設(shè)計展望進行論述。

2 新能源車型操作模式分類

本文主要列舉奧迪和奔馳品牌的新能源混合動力車型進行對比分析，這些新能源動力系統(tǒng)構(gòu)型都是P2構(gòu)型。奧迪品牌列舉e-tron系列車型，比如A3和Q7的新能源混動車型，操作模式有Hybrid Auto、EV、Hold、Charge，如圖1儀表界面所示；奔馳品牌列舉C350和S500的混合動力車型，操作模式有Hybrid、EMode、E-Save、Charge，如圖2儀表界面所示。經(jīng)對標分析，這4種模式分別對應的基本功能是一樣的，只是命名方式有所不同。比如針對電量保持模式，奧迪命名為Hold模式，奔馳命名為E-Save模式，但這兩個模式表現(xiàn)出來的整車駕駛感覺及功能策略基本類似。本文主要基于這4種操作模式進行詳細對比分析，包括混動模式、純電動模式、電量保持模式、電量強充模式。

2.1 奧迪A3 e-tron車型動力參數(shù)

奧迪A3 e-tron車型搭載了1.4T發(fā)動機，6擋變速箱，75 kW電機，8.8 kWh電池以及對應的控制單元。其6擋變速箱有運動模式和手動換擋功能，在方向盤后面有換擋撥片，同時還可以進行能量回收強度的調(diào)節(jié)。A3 e-tron整車的動力參數(shù)如下表1所示。

圖1 奧迪e-tron操作模式選擇界面

圖2 奔馳S500操作模式選擇界面

表1 Audi A3 e-tron車型動力參數(shù)

2.2 奧迪Q7 e-tron車型動力參數(shù)

奧迪Q7 e-tron車型搭載了2.0T發(fā)動機，8擋變速箱，94 kW電機，17.3 kWh電池以及對應的控制單元，Q7 e-tron整車的動力參數(shù)如下表2所示。

表2 Audi Q7 e-tron車型動力參數(shù)

2.3 奔馳C350混動車型動力參數(shù)

奔馳C350混動版車型搭載了2.0T發(fā)動機，7擋變速箱，60 kW電機，6.2 kWh電池以及對應的控制單元，奔馳C350混動版整車的動力參數(shù)如下表3所示。

表3 奔馳C350混動版車型動力參數(shù)

2.4 奔馳S500混動車型動力參數(shù)

奔馳S500混動版車型搭載了3.0T雙渦輪增壓發(fā)動機，7擋變速箱，85 kW電機，8.7 kWh電池以及對應的控制單元，奔馳S500混動版整車的動力參數(shù)如下表4所示。

表4 奔馳S500混動版車型動力參數(shù)

3 新能源車型操作模式分析

在混動模式（Hybrid Auto Mode）下，其設(shè)計意圖主要是根據(jù)能效最優(yōu)的原則進行驅(qū)動車輛行駛，優(yōu)點是在于能量效率最優(yōu)化，缺點是面對有些復雜的行駛?cè)蝿?wù)難以適應。在純電動模式（EV Mode）下，其設(shè)計意圖主要是讓整車動力系統(tǒng)用電驅(qū)動，策略上減少用油。在電量保持模式（Hold Mode）下，其設(shè)計意圖是維持當前電池SOC（State of Charge），為未來純電或大功率行駛保持電量。在電量強充模式（Charge Mode）下，其設(shè)計意圖是提高當前電池SOC，為未來純電或大功率行駛預留足夠多的電量。EV、Hold、Charge這三種模式的優(yōu)點是為用戶提供了自主規(guī)劃電量使用策略的途徑，用戶可以根據(jù)行駛?cè)蝿?wù)自行切換，在降低油耗的同時，能提高駕駛樂趣，缺點是需要用戶對操作模式有一些了解，如需要參考用戶手冊說明等。概括起來，Hybrid Auto模式主要是合理使用發(fā)動機和電機兩個動力源的能量，EV模式是最大化使用電能，Hold模式是保持SOC電量在一定范圍，Charge模式是對電池強充電，提升電量。

3.1 Hybrid Auto模式功能策略分析

在Hybrid Auto模式下，動力系統(tǒng)根據(jù)路況及用戶駕駛風格自動決定混合動力驅(qū)動策略，原則上盡量使用電池進行電驅(qū)動行駛，盡量不起動發(fā)動機，以降低排放。但是如果用戶有急加速或者大扭矩駕駛需求時，也可以控制發(fā)動機起動。若用戶選擇了導航并設(shè)置了目的地，系統(tǒng)會參考預測的道路數(shù)據(jù)制訂精確的驅(qū)動策略，以充分使用電能而非燃油。Hybrid Auto模式下的功能策略分析如下表5所述。

表5 Hybrid Auto模式功能策略分析

3.2 EV模式功能策略分析

在EV模式下，當預計電池電量可以滿足剩余行駛里程，或者在城市擁堵工況下，若剩余的電量可以完成整個擁堵工況，且擁堵工況結(jié)束后就有機會給電池充電，比如回家充電或者充電站充電，則可選擇EV模式。當車輛純電驅(qū)動時，若整車出現(xiàn)了相關(guān)情況，比如觸發(fā)強制降擋、駕駛員變速桿掛入S擋、車速超過限值或者電池溫度低于限值，則系統(tǒng)會自動退出EV模式。EV模式下的功能策略分析如下表6所述。

表6 EV模式功能策略分析

3.3 Hold模式功能策略分析

在Hold模式下，如果下一段行駛路程為城市擁堵工況或山地工況，則可根據(jù)擁堵時間和里程等因素來估算擁堵過程中需要消耗的電池SOC，得到最低SOC要求，在進入低效率或大功耗工況前等SOC到達目標值后，可選擇Hold模式。系統(tǒng)會盡量維持高壓電池中的電量不變，使用很少一部分電能。Hold模式下的功能策略分析如下表7所述。

3.4 Charge模式功能策略分析

在Charge模式下，如果下一段行駛路程為城市擁堵工況或山地工況，則可根據(jù)擁堵時間和山地里程等因素來估算擁堵過程中需要消耗的電池SOC，得到最低SOC要求，在進入低效率或大功耗工況前若當前SOC低于最低SOC要求，可選擇Charge模式給電池充電。系統(tǒng)會盡量為高壓電池充電，為下一段距離較長純電行駛做準備。Charge模式下的功能策略分析如下表8所述。

表7 Hold模式功能策略分析

表8 Charge模式功能策略分析

4 操作模式智能控制分析

4.1 基于雷達的能量回收策略

基于雷達的能量回收控制策略可以通過檢測本車與前車的距離進行提前預判，以觸發(fā)能量回收機制[3]。當本車接近前車時，可以通過加速踏板振動提醒用戶松開加速踏板，此時車輛將進入滑行模式或能量回收模式。當本車檢測到與前車的距離縮短，則可以主動啟用能量回收策略，對車輛進行提前減速。通過借助雷達信息，達到不僅控制車輛安全駕駛，也能提前回收一些能量，提高整車的續(xù)駛里程。

4.2 基于路徑的智能能量管理策略

基于路徑的智能能量管理控制策略，可以根據(jù)導航以及交通路況等信息，合理規(guī)劃電量使用情況，以提升整個行駛?cè)蝿?wù)的總體能量利用率[4]。根據(jù)雷達、交通信號燈、限速標志、轉(zhuǎn)彎及環(huán)路等路況信息，控制系統(tǒng)計算出最佳的車輛滑行時機，并提醒駕駛員松開踏板。在需要的時候進行主動能量回收，有效減少機械制動頻繁參與，減少能量浪費。

4.3 基于提前預測的智能控制策略。

基于提前預測的智能控制策略，可以利用導航信息來判斷車輛什么時候應該對電池充電以及充多少電量，盡量減少燃油消耗。比如，根據(jù)導航提供的道路坡度信息，當車輛要經(jīng)過一個山坡的時候，在上坡時采用電機輔助驅(qū)動車輛，減少發(fā)動機燃油消耗，在下坡時可充分回收能量。基于導航信息，控制系統(tǒng)保證車輛到達坡頂時電池電量達到一定值，下坡時回收的能量恰好充滿電池，從而實現(xiàn)節(jié)能減排。

5 能量管理模式設(shè)計分析

針對整車的能量管理功能開發(fā)設(shè)計，本文也提出相應的系統(tǒng)架構(gòu)方案，根據(jù)車輛工況信息，實現(xiàn)電能的充分及高效利用。如圖3，利用導航系統(tǒng)用戶出行規(guī)劃和路況預測功能，獲取總體路況信息或者臨近的幾個路段信息，然后進行全局能量規(guī)劃，并基于操作模式的選擇和電池SOC值情況，進行車輛行駛控制。同時，車輛可以反饋當前可用的電能和實際能耗情況，以支持閉環(huán)控制開發(fā)。

圖3 能量管理模式開發(fā)架構(gòu)圖

未來的能量管理策略應充分與車載導航系統(tǒng)相結(jié)合，開發(fā)基于導航的智能控制策略，根據(jù)行駛?cè)蝿?wù)及路況信息，智能規(guī)劃各路段的電能使用策略，提升能量利用效率?；趯Ш较到y(tǒng)獲取當前實時或?qū)淼穆窙r信息，結(jié)合工況及行駛特征進行工況預測，根據(jù)典型工況里程、能耗特性，后續(xù)工況的類型及長度，進行全局能量規(guī)劃。然后根據(jù)當前實際SOC、選擇的操作模式以及目標SOC，進行混動控制策略開發(fā)，實現(xiàn)能量管理功能。

6 結(jié)束語與展望

在汽車電氣化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化不斷發(fā)展的趨勢下，如何設(shè)計出更為有效的駕駛模式以供用戶選擇和使用是新能源汽車動力系統(tǒng)功能開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)點之一。

（1）目前自主開發(fā)的新能源車駕駛模式一般有經(jīng)濟模（Eco Mode）、正常駕駛模式（Normal Mode）、運動模式（Sport Mode），建議引入 Hybrid Auto、EV、Hold、Charge等管理模式，以增加產(chǎn)品魅點，并考慮在實車上顯示相關(guān)的模式狀態(tài)，而其他的顯示則可遵循國家標準[5]。

（2）在車輛功能開發(fā)過程中應積極探討類似的模式方案，比如能量回收模式等級分為強、中、弱，可以由用戶選擇合適的能量回收等級模式，以增加車輛駕駛樂趣。

（3）隨著未來智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展，各類操作模式應緊密結(jié)合智能網(wǎng)聯(lián)進行協(xié)同開發(fā)，在不同的車輛駕駛模式下，開發(fā)基于導航路徑的智能能量管理策略，智能規(guī)劃不同能量的使用策略，同時娛樂系統(tǒng)和HMI設(shè)計出不同的車輛駕乘氛圍。