剖析新型混合動力控制管理系統(tǒng)

先進的混合動力總成管理控制系統(tǒng)通常面臨著高度復(fù)雜的需求，本文評述了新材料解決方案和互聯(lián)技術(shù)將如何提升系統(tǒng)效率，以及如何實現(xiàn)具有較強預(yù)測功能的管理過程。

與燃油車相比，混合動力汽車已逐步提升了動力總成控制管理系統(tǒng)的復(fù)雜程度，并且仍在與日俱增?；旌蟿恿︱?qū)動系統(tǒng)需要在同一時間內(nèi)實現(xiàn)扭矩輸出、穩(wěn)定車輛運行，以及能量管理等功能。

在汽車行業(yè)中，高水平的管理系統(tǒng)成功與否的標(biāo)準(zhǔn)曾經(jīng)是通過微控制器來進行衡量的。目前，制造商通過對微處理器進行集成，從而使其性能和通信接口的數(shù)量增加到了一定程度。

里卡多公司負(fù)責(zé)開發(fā)軟件、標(biāo)定和控制系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)Peter Fussey對此提到，就混合動力汽車而言，由于其配備有燃油和電能2類不同的能源，并且需要使車輛在兩者之間進行無縫切換，致使整個能量管理的優(yōu)化過程較為復(fù)雜。

GKN Automotive電驅(qū)動力總成總經(jīng)理Dirk Kesselgruber對此解釋道，與燃油車或純電動車相比，車輛在充分實現(xiàn)混動化后的復(fù)雜程度為原來的400%。在1臺純電動車中，僅通過1臺電機和1個高速的總線接口就可以滿足驅(qū)動需求。

變化的駕駛狀況和復(fù)雜的效率特性僅增加了車輛的復(fù)雜性，但Fussey相信全新的道路網(wǎng)軟件將在短期內(nèi)對其管理功能進行優(yōu)化。里卡多公司的研究人員將來自電子地平線（Electronic Horizon）或云端的先進路線信息引入控制器中，從而精確地預(yù)測未來的車輛運行過程，并對其進行調(diào)整與優(yōu)化。

比例-積分-微分（PID）控制器將用于測算內(nèi)燃機在運行中所需要的控制決策。然而，如將該技術(shù)領(lǐng)域推廣至混合動力汽車和純電動汽車領(lǐng)域，由此對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求則會進一步提升。研究人員通過采用嵌入式的道路網(wǎng)軟件，即可有效充分實現(xiàn)該目標(biāo)。

權(quán)衡利弊

開發(fā)過程中面臨的挑戰(zhàn)主要包括成本、效率、布置、可靠性、安全性及質(zhì)量約束等方面，電驅(qū)傳動系統(tǒng)專家Equipmake的總經(jīng)理Ian Foley對此進行了證實。

目前，研究人員面臨的最大挑戰(zhàn)是如何在合適的成本下實現(xiàn)更高的效率？在開發(fā)過程中，針對采用碳化硅（SiC）還是傳統(tǒng)的硅絕緣柵雙極晶體管（IGBTs），研究人員之間產(chǎn)生了較大的意見分歧。

隨著低壓48 V和高壓800 V技術(shù)的推廣，并未顯著阻礙混合動力控制系統(tǒng)的開發(fā)進程。許多研究人員始終認(rèn)為，為提升整車性能，需要開發(fā)出更多性能更優(yōu)越的能量管理策略，并且一直在對能量管理系統(tǒng)進行優(yōu)化。

英國巴斯大學(xué)高級汽車驅(qū)動系統(tǒng)研究院（IAAPS）的高級講師Richard Burke對此解釋道，為了進一步降低NOx排放，可能需要使內(nèi)燃機長期運行在特定的工況點下，但該目標(biāo)通常難以實現(xiàn)，因為其會以犧牲整機動力為前提。

然而，研究人員無須過度擔(dān)憂動力性能的下降，因為該部分損失可以通過混動系統(tǒng)來進行彌補。未來，汽油機和柴油機可能會逐步退出歷史舞臺，但如要實現(xiàn)這一目標(biāo)，可能仍需要20～30年的時間。由于內(nèi)燃機在運行過程中會產(chǎn)生NOx排放，為此仍需要嚴(yán)加控制。

控制標(biāo)定

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在開發(fā)過程中， Fussey提到，數(shù)字孿生（digital twins）技術(shù)可被用來進行試驗，并對控制算法進行標(biāo)定。緯湃科技（Vitesco Technology）電子器件專家Markus Hackelsperger也提到，目前有1個預(yù)先使用模擬工具和仿真工具的需求，研究人員需要通過專門的硬件在環(huán)（HIL）軟件測試平臺來開展研究。未來，研究人員非常有可能在基于HIL反饋的虛擬樣車上開展測試工作。

驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計（DSD，Drive System Design）公司的研究團隊更專注于開展模擬工作，以及對虛擬驗證的批準(zhǔn)，但其目前仍在從事針對物理樣件的研發(fā)。DSD控制系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)Pedro Zabala對此提到，在過去10年間，模擬和驗證等工作已經(jīng)歷了較長的發(fā)展歷程。對于基礎(chǔ)深入分析而言，試驗工具的相關(guān)性及精確度均已有了大幅提升。

就未來的行業(yè)發(fā)展趨勢而言，在中短期內(nèi)，研究人員期望將先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）集成到管理控制器中。通過充分運用數(shù)據(jù)和性能更優(yōu)越的車載服務(wù)，管理控制器將能更好地理解預(yù)期的車輛運行過程，并可將該信息并入高級預(yù)測控制過程中，以此改善整個車輛的能量管理過程。

然而，目前管理控制器仍存在效率受限的問題，并且大部分行業(yè)專家認(rèn)為SiC將是未來動力總成的規(guī)則改變者。Foley對此提到，功率元器件不能變得更加高效，是因為轉(zhuǎn)換器已經(jīng)實現(xiàn)了98%～99%的高效運行目標(biāo)，但SiC將會進一步推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

Stellantis集團動力總成元器件經(jīng)理Eric Tomietto也在重點關(guān)注著SiC的使用過程，并認(rèn)為基于域控制器（domain controllers）的全新的電子器件結(jié)構(gòu)將會直接推動控制單元的演變過程。

但當(dāng)汽車行業(yè)開始廣泛且有效地運用SiC時，創(chuàng)新過程將會繼續(xù)開展，并能相應(yīng)提升系統(tǒng)效率。緯湃科技電氣化專家Alexander Reich對此解釋道，寬帶隙設(shè)備將能顯著提升系統(tǒng)效率，并且已有部分研究人員針對直流-直流轉(zhuǎn)換器開展了研究。通過提升效率，將能有效提升設(shè)備的集成度，并進一步實現(xiàn)輕量化目標(biāo)。

編輯：jq