淺析混合動力汽車操作模式與展望范文

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【摘要】混合動力汽車由于其動力系統的特殊性可以設計出不同的操作模式，對混合動力汽車相關操作模式進行了分析，基于奧迪e-tron、奔馳C350及S500的新能源車型，對典型的操作模式包括HybridAuto、EV、Hold及Charge模式進行了功能策略分析，同時進一步分析了智能控制策略。最后對未來能量管理模式的開發設計進行了展望，提出了相關規劃及建議。

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略地位的不斷提升，混合動力汽車的研發受到了越來越多汽車產商的關注與推動。混合動力汽車是至少從兩類車載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。對于傳統汽車的動力系統，因其主要的動力來源為發動機，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，所以可設計出不同的動力系統操作模式[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，并對后續的設計展望進行論述。

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構型都是P2構型。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HybridAuto、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、E-Mode、E-Save、Charge，如圖2儀表界面所示。經對標分析，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A3e-tron車型動力參數

奧迪A3e-tron車型搭載了1.4T發動機，6擋變速箱，75kW電機，8.8kWh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節。A3e-tron整車的動力參數如下表1所示。

2.2奧迪Q7e-tron車型動力參數

奧迪Q7e-tron車型搭載了2.0T發動機，8擋變速箱，94kW電機，17.3kWh電池以及對應的控制單元，Q7e-tron整車的動力參數如下表2所示。

2.3奔馳C350混動車型動力參數

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

2.4奔馳S500混動車型動力參數

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

3新能源車型操作模式分析

在混動模式（HybridAutoMode）下，其設計意圖主要是根據能效最優的原則進行驅動車輛行駛，優點是在于能量效率最優化，缺點是面對有些復雜的行駛任務難以適應。在純電動模式（EVMode）下，其設計意圖主要是讓整車動力系統用電驅動，策略上減少用油。在電量保持模式（HoldMode）下，其設計意圖是維持當前電池SOC（StateofCharge），為未來純電或大功率行駛保持電量。在電量強充模式（ChargeMode）下，其設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這三種模式的優點是為用戶提供了自主規劃電量使用策略的途徑，用戶可以根據行駛任務自行切換，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，HybridAuto模式主要是合理使用發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。

3.1HybridAuto模式功能策略分析

在HybridAuto模式下，動力系統根據路況及用戶駕駛風格自動決定混合動力驅動策略，原則上盡量使用電池進行電驅動行駛，盡量不起動發動機，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，也可以控制發動機起動。若用戶選擇了導航并設置了目的地，系統會參考預測的道路數據制訂精確的驅動策略，以充分使用電能而非燃油。HybridAuto模式下的功能策略分析如下表5所述。

3.2EV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。當車輛純電驅動時，若整車出現了相關情況，比如觸發強制降擋、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。

3.3Hold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。

3.4Charge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。

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，可以根據導航以及交通路況等信息，合理規劃電量使用情況，以提升整個行駛任務的總體能量利用率[4]。根據雷達、交通信號燈、限速標志、轉彎及環路等路況信息，控制系統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，根據導航提供的道路坡度信息，當車輛要經過一個山坡的時候，在上坡時采用電機輔助驅動車輛，減少發動機燃油消耗，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，從而實現節能減排。

5能量管理模式設計分析

針對整車的能量管理功能開發設計，本文也提出相應的系統架構方案，根據車輛工況信息，實現電能的充分及高效利用。如圖3，利用導航系統用戶出行規劃和路況預測功能，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，以支持閉環控制開發。未來的能量管理策略應充分與車載導航系統相結合，開發基于導航的智能控制策略，根據行駛任務及路況信息，智能規劃各路段的電能使用策略，提升能量利用效率。基于導航系統獲取當前實時或將來的路況信息，結合工況及行駛特征進行工況預測，根據典型工況里程、能耗特性，后續工況的類型及長度，進行全局能量規劃。然后根據當前實際SOC、選擇的操作模式以及目標SOC，進行混動控制策略開發，實現能量管理功能。

6結束語與展望

在汽車電氣化、智能化、網聯化不斷發展的趨勢下，如何設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功能開發的關鍵技術點之一。（1）目前自主開發的新能源車駕駛模式一般有經濟模（EcoMode）、正常駕駛模式（NormalMode）、運動模式（SportMode），建議引入HybridAuto、EV、Hold、Charge等管理模式，以增加產品魅點，并考慮在實車上顯示相關的模式狀態，而其他的顯示則可遵循國家標準[5]。（2）在車輛功能開發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）隨著未來智能網聯技術的不斷發展，各類操作模式應緊密結合智能網聯進行協同開發，在不同的車輛駕駛模式下，開發基于導航路徑的智能能量管理策略，智能規劃不同能量的使用策略，同時娛樂系統和HMI設計出不同的車輛駕乘氛圍。

參考文獻

[5]國家標準化管理委員會.電動汽車操縱件、指示器及信號裝置的標志:GB/T4094.2—2017.[S].北京：中國標準出版社，2017.

作者：張天強 伍慶龍 單位：中國第一汽車股份有限公司