韓國(guó)現(xiàn)代并聯(lián)混合動(dòng)力節(jié)油駕駛策略的研究

【韓】 J.S.EO S.J.KIM J.OH Y.K.CHUNG Y.J.CHANG

0 前言

隨著汽車(chē)排放和油耗法規(guī)的加嚴(yán),環(huán)境友好型汽車(chē)技術(shù)越來(lái)越受到重視,駕駛員在日常行車(chē)時(shí)探索出了多種降低油耗的駕駛策略[1-5]。加速-滑行(Pn G)駕駛策略就是其中之一,已在世界范圍內(nèi)廣泛使用。

傳統(tǒng)汽車(chē)定速巡航時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)在固定負(fù)荷點(diǎn)工作,該工作點(diǎn)有可能不在發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作曲線(OOL)附近。在保證目標(biāo)平均車(chē)速與定速巡航車(chē)速相同的前提下循環(huán)加速、減速,以此來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn),讓其盡可能工作在OOL附近,從而改善燃油效率,一定程度上改進(jìn)了定速巡航在這方面的不足。目前,Pn G駕駛策略由駕駛員操作實(shí)施,會(huì)造成疲勞駕駛,同時(shí)在駕駛員使用不當(dāng)時(shí),會(huì)影響燃油效率的改善效果。

盡管大部分控制功能是為內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)汽車(chē)而開(kāi)發(fā)的,汽車(chē)制造商還是研制出了具有自動(dòng)PnG控制功能[6-8]的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(ACC)[9-10]和車(chē)隊(duì)控制系統(tǒng)。本文研究的重點(diǎn)是驗(yàn)證并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)采用Pn G駕駛策略時(shí)的節(jié)油效果,并分析其未來(lái)應(yīng)用的可行性。

混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)通常工作在OOL附近,這得益于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輔助調(diào)節(jié)。然而,電力電子元件充電、放電過(guò)程會(huì)不可避免地造成能量損失。為此,需要最小限度地降低電力電子元件的使用率并讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作在OOL上以便提高燃油效率。相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)此已有記錄,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的研究具有局限性,并且未在實(shí)車(chē)上進(jìn)行驗(yàn)證。

研究了并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)PnG駕駛策略,即在目標(biāo)平均車(chē)速下車(chē)輛可以循環(huán)加速、減速,同時(shí)對(duì)這種策略的燃油效率試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了記錄和分析,試驗(yàn)在底盤(pán)測(cè)功機(jī)上進(jìn)行。

1 雙離合變速器集成電驅(qū)動(dòng)模塊混合動(dòng)力汽車(chē)的節(jié)油駕駛策略

1.1 問(wèn)題定義

對(duì)于雙離合變速器集成電驅(qū)動(dòng)模塊(DCT-TMED)汽車(chē)燃油效率的提升,最重要的因素是降低能量消耗,即降低未能傳遞至車(chē)輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛的能量消耗。這種能量消耗主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)損失和電損失。

發(fā)動(dòng)機(jī)損失指發(fā)動(dòng)機(jī)本體、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量。即發(fā)動(dòng)機(jī)損失等于消耗燃料的熱量和輸出的有效功率的差值,包括熱損失、發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)瞬態(tài)損失、摩擦損失、泵氣損失和發(fā)動(dòng)機(jī)離合器滑磨損失。電損失包括動(dòng)力系統(tǒng)電力電子元件(PE)產(chǎn)生的所有熱損失。這些損失取決于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)電效率、逆變器的效率、動(dòng)力電池的充放電效率。

駕駛策略主要是通過(guò)優(yōu)化調(diào)節(jié)2種動(dòng)力源的參與方式來(lái)滿足功率需求。因此,為了統(tǒng)一2種動(dòng)力源的能量損失方式,認(rèn)為附件功率損失和變速器損失與本文研究主題相關(guān)性不大。

影響DCT-TMED混合動(dòng)力汽車(chē)燃油效率的因素有：發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)助力、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)次數(shù)和實(shí)際車(chē)速與目標(biāo)車(chē)速的偏差。假設(shè)所有駕駛策略中變速器控制策略相同,從而忽略其帶來(lái)的影響。

綜上所述,不同駕駛策略對(duì)DCT-TMED混合動(dòng)力汽車(chē)燃油效率的提升,主要表現(xiàn)為減少各因素帶來(lái)的總能量損失。

1.2 DCT-TMED混合動(dòng)力汽車(chē)改善燃油耗的駕駛策略

1.2.1 電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略

評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率的等效方法是有效燃油消耗率(BSFC),其含義是指單位有效功的耗油量。因此,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低BSFC工況時(shí)可以提高燃油效率。圖1示出了發(fā)動(dòng)機(jī)BSFC的MAP圖。

圖1 BSFC的MAP圖

發(fā)動(dòng)機(jī)的最高效率點(diǎn)定義為“最佳點(diǎn)(SS)”,在圖1中用紅點(diǎn)表示。圖1中的紅線代表OOL,其由每個(gè)轉(zhuǎn)速下的最低BSFC連線而成。因此,在只考慮發(fā)動(dòng)機(jī)工作的情況下,讓其工作在OOL附近可以達(dá)到最高燃油效率。然而,受到道路坡度、車(chē)速及風(fēng)速共同作用的空氣阻力、滾動(dòng)阻力和行駛阻力的變化影響,導(dǎo)致傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷也隨之變化,不能在OOL上持續(xù)工作。因此發(fā)動(dòng)機(jī)不可避免地要運(yùn)行在高BSFC的非高效區(qū)域。然而,隨著動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化,使用驅(qū)動(dòng)電機(jī)助力或充電成為可能,這意味著在滿足駕駛需求功率的同時(shí)也可讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作在OOL上。這種策略通常為并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)所采用,尤其為巡航控制模式所采用。只要?jiǎng)恿﹄姵睾呻姞顟B(tài)(SOC)在正常范圍,發(fā)動(dòng)機(jī)就可以在OOL上工作,能量多余時(shí)為動(dòng)力電池充電或者能量不足時(shí)由動(dòng)力電池放電。在這種策略下,車(chē)輛可以恒定車(chē)速行駛。在車(chē)速一定的情況下,電池電量狀態(tài)SOC的波動(dòng)取決于功率需求的大小。下文中稱(chēng)這種駕駛策略為“電動(dòng)控制模式Pn G駕駛策略”。

對(duì)于混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng),在系統(tǒng)OOL附近工作時(shí)要同時(shí)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)效率和PE的效率,這比單獨(dú)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)OOL更為合理。系統(tǒng)OOL和發(fā)動(dòng)機(jī)OOL的差異是由于PE效率通常達(dá)不到100%。如果單獨(dú)用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛,可以將發(fā)動(dòng)機(jī)OOL看作動(dòng)力系統(tǒng)效率。然而,電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略不僅涉及發(fā)動(dòng)機(jī),還涉及電能的產(chǎn)生和消耗,從而導(dǎo)致系統(tǒng)效率與發(fā)動(dòng)機(jī)OOL的效率不一致。

由于PE產(chǎn)生了能量損失,系統(tǒng)OOL相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)OOL的位置隨著需求功率的變化而變化。當(dāng)某一車(chē)速的需求扭矩低于發(fā)動(dòng)機(jī)OOL扭矩時(shí),驅(qū)動(dòng)電機(jī)為電池充電,此時(shí)系統(tǒng)OOL被下移,位于發(fā)動(dòng)機(jī)OOL之下,這就意味著發(fā)動(dòng)機(jī)需要工作在低負(fù)荷點(diǎn)。另一方面,當(dāng)某一轉(zhuǎn)速的需求扭矩高于發(fā)動(dòng)機(jī)OOL扭矩時(shí),驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要?jiǎng)恿﹄姵胤烹姰a(chǎn)生助力,此時(shí)系統(tǒng)OOL上移,位于發(fā)動(dòng)機(jī)OOL之上,這就意味著發(fā)動(dòng)機(jī)需要工作在高負(fù)荷點(diǎn)。圖2示出了系統(tǒng)OOL和發(fā)動(dòng)機(jī)OOL之間的關(guān)系。當(dāng)需求扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩相等時(shí)可認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)OOL即是系統(tǒng)OOL,這是因?yàn)榇藭r(shí)PE不工作,混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)傳統(tǒng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)角色相當(dāng)。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)OOL和系統(tǒng)OOL的差異

圖3示出了某一車(chē)速下電動(dòng)控制模式Pn G駕駛策略動(dòng)力系統(tǒng)效率曲線與平均負(fù)荷的關(guān)系。從圖3可以看出,電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略的效率在需求負(fù)荷與發(fā)動(dòng)機(jī)OOL負(fù)荷相等時(shí)最大,此時(shí)PE使用率最小。隨著平均負(fù)荷降低,發(fā)動(dòng)機(jī)OOL負(fù)荷與需求負(fù)荷之間的差異增大,這導(dǎo)致PE使用率提高,因此并聯(lián)模式PE總損失(LP)會(huì)成比例增加。這些損失在電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略下不可避免,但損失多少取決于PE的使用率。

圖3 不同模式PnG駕駛策略的效率-功率曲線

1.2.2 傳統(tǒng)非混動(dòng)駕駛策略

某一車(chē)速下的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率,當(dāng)數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在OOL上時(shí)最高。隨著工作點(diǎn)偏離OOL,發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率隨之降低,以上凸曲線呈現(xiàn)遞減而非線性遞減。PE的能量轉(zhuǎn)換效率相對(duì)一致,這就意味著隨著平均工作點(diǎn)偏離發(fā)動(dòng)機(jī)OOL,系統(tǒng)效率呈線性遞減。當(dāng)偏離發(fā)動(dòng)機(jī)OOL的負(fù)荷足夠小時(shí),傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作時(shí)的效率要高于并聯(lián)混合動(dòng)力的系統(tǒng)效率,這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)效率曲線取代電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略時(shí)的系統(tǒng)效率曲線。在這種工況下,使用傳統(tǒng)非混動(dòng)駕駛策略要比電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略更有優(yōu)勢(shì),相應(yīng)的效率曲線為圖3中CD和OOL之間的一段。

1.2.3 機(jī)械控制模式PnG駕駛策略

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在OOL工作時(shí),為了避免PE能量損失,驅(qū)動(dòng)電機(jī)不參與發(fā)電/助力工作,這就導(dǎo)致了需求扭矩和實(shí)際扭矩不平衡。兩者之間的差異會(huì)讓車(chē)輛加速或者減速。當(dāng)PE使用率最小時(shí),車(chē)輛機(jī)械能或動(dòng)能的波動(dòng)取決于需求功率的大小。因此,這種駕駛策略下車(chē)輛加速或減速是為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)在OOL上工作并讓PE能量損失最小,下文中稱(chēng)此策略為“機(jī)械控制模式Pn G駕駛策略”。

機(jī)械控制模式PnG駕駛策略中,發(fā)動(dòng)機(jī)OOL功率超過(guò)車(chē)輛保持穩(wěn)定車(chē)速所需功率時(shí),車(chē)輛則會(huì)加速(加速階段)。發(fā)動(dòng)機(jī)OOL功率低于車(chē)輛保持穩(wěn)定車(chē)速所需功率時(shí),車(chē)輛則會(huì)減速(減速階段)。在此策略下也可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)(滑行階段),這種情況常見(jiàn)于車(chē)速高于預(yù)設(shè)限值時(shí)。相反,當(dāng)車(chē)速小于預(yù)設(shè)限值時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作。當(dāng)遇到爬陡坡這種大負(fù)荷工況時(shí),即使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在OOL,車(chē)速仍然不在可接受范圍內(nèi),此時(shí)就要提高功率。降檔、PE電機(jī)助力、發(fā)動(dòng)機(jī)不在OOL工作等措施可以提高功率,這取決于哪種方式的效率最高。

當(dāng)PE使用率最小化時(shí),機(jī)械控制模式PnG駕駛策略與傳統(tǒng)非混動(dòng)PnG駕駛策略相似。然而,與傳統(tǒng)汽車(chē)不同的是混動(dòng)車(chē)輛在滑行階段發(fā)動(dòng)機(jī)可以停止運(yùn)行。在只考慮燃油效率的情況下,機(jī)械控制模式PnG駕駛策略最優(yōu)。然而,其最大缺點(diǎn)在于駕駛性差,這是由于實(shí)際功率和需求功率的差異產(chǎn)生了車(chē)速波動(dòng)。

機(jī)械控制模式PnG駕駛策略下需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)開(kāi)關(guān)帶來(lái)的瞬態(tài)損失。這種損失可以理解為起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)額外使用了燃油和PE帶來(lái)了能量損失。需求功率越小,發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)越頻繁,理想與實(shí)際機(jī)械控制模式PnG駕駛策略的效率差異越大。圖3中的LT代表這種損失,其隨著需求功率的降低呈線性增加趨勢(shì)。

1.2.4 串聯(lián)模式策略

在串聯(lián)模式下,發(fā)動(dòng)機(jī)不與傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械連接,發(fā)動(dòng)機(jī)可以一直工作在最佳點(diǎn),其不直接參與驅(qū)動(dòng)車(chē)輛,而是給動(dòng)力電池充電,只有PE提供功率驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。

盡管能量流路徑一定,但是系統(tǒng)的能量損失主要取決于能量使用情況。因此,整個(gè)功率需求范圍內(nèi)的系統(tǒng)效率和損失(圖3中LS)基本相同。

圖3中的EC點(diǎn)是串聯(lián)模式效率曲線和電動(dòng)控制模式Pn G駕駛策略效率曲線的交點(diǎn)。由于最佳點(diǎn)效率高于某一車(chē)速下的OOL的效率,在發(fā)動(dòng)機(jī)離合器接合EC點(diǎn)前,串聯(lián)模式效率高于電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略。在此工況下,保持發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)分離,以串聯(lián)模式工作,對(duì)提高綜合燃油效率更有利。雖然未對(duì)此工況進(jìn)行試驗(yàn)研究,但其可被大功率PE系統(tǒng)所采用。

1.2.5 混合控制模式PnG駕駛策略

研究了平均負(fù)荷恒定的駕駛策略,其綜合了前文所述的電動(dòng)控制模式Pn G駕駛策略、機(jī)械控制模式PnG駕駛策略、傳統(tǒng)非混動(dòng)駕駛策略和串聯(lián)模式策略(表1)。每種策略都有其特定的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),可以很自然地將電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略、傳統(tǒng)非混動(dòng)駕駛策略和串聯(lián)模式策略歸為一類(lèi),因?yàn)檫@些策略是基于保持恒定車(chē)速而進(jìn)行的優(yōu)化,而機(jī)械控制模式PnG駕駛策略是基于整體燃油效率而進(jìn)行的優(yōu)化。在3種優(yōu)化速度跟蹤的駕駛策略中,不同功率需求區(qū)域的效率在圖3中進(jìn)行了展示,這便于根據(jù)功率需求切換駕駛策略以達(dá)到較高的效率。圖4中的黑色粗線表示維持恒定車(chē)速所能達(dá)到的最高效率,即優(yōu)化速度跟蹤的駕駛策略下的綜合效率,而優(yōu)化效率的駕駛策略(考慮瞬態(tài)損失的機(jī)械控制模式Pn G駕駛策略)的效率用綠線表示。

從圖4可以推斷出,駕駛性(保持目標(biāo)車(chē)速的能力)和效率存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。通過(guò)對(duì)優(yōu)化速度跟蹤和優(yōu)化效率的駕駛策略的混合控制,在駕駛性和效率之間尋找平衡點(diǎn)。圖4中綠線和黑線之間的區(qū)域可以采用這種混合控制模式駕駛策略。

當(dāng)使用的駕駛策略接近綠線時(shí),隨著車(chē)速波動(dòng)效率有所提升。相反地,當(dāng)接近黑色實(shí)線時(shí)效率降低。

圖4 優(yōu)化速度跟蹤的駕駛策略和優(yōu)化效率的駕駛策略的對(duì)比

混合控制模式PnG駕駛策略的基本原理是讓PE的使用率介于電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略和機(jī)械控制模式PnG駕駛策略之間。加速階段發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在OOL附近。在電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略下,PE將所有的剩余能量存入動(dòng)力電池,而機(jī)械控制模式PnG駕駛策略則不會(huì)儲(chǔ)存電能?；旌峡刂颇Ｊ絇n G駕駛策略則只是將一部分剩余能量存入動(dòng)力電池,從而允許車(chē)輛進(jìn)行一定的加速,但是幅度小于機(jī)械控制模式PnG駕駛策略。同理,在滑行階段,發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)作。在電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略中,PE滿負(fù)荷工作以提供能量來(lái)保持穩(wěn)定車(chē)速?；旌峡刂颇Ｊ絇nG駕駛策略只讓PE以部分負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行,從而允許車(chē)輛減速,但幅度小于機(jī)械控制模式PnG駕駛策略。圖5示出了各種策略下的速度變化示例。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

為了驗(yàn)證電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略和機(jī)械控制模式PnG駕駛策略下的綜合燃油效率,確認(rèn)效率差異,在底盤(pán)測(cè)功機(jī)上進(jìn)行實(shí)車(chē)驗(yàn)證。為提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,使用相同的車(chē)輛、底盤(pán)測(cè)功機(jī)、記錄設(shè)備和測(cè)試方案,包括燃油消耗在內(nèi)的車(chē)輛試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在車(chē)輛總線(CAN)數(shù)據(jù)中。

表1 駕駛策略對(duì)比

圖5 優(yōu)化速度跟蹤、優(yōu)化效率和混合控制駕駛策略的車(chē)速波動(dòng)示意圖

試驗(yàn)車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)與通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)離合器相連的同軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)和干式雙離合變速器組成。圖6示出了該動(dòng)力系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),表2列出了試驗(yàn)車(chē)輛的參數(shù)。

圖6 雙離合變速器(DCT)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)的基本結(jié)構(gòu)

表2 試驗(yàn)車(chē)輛參數(shù)

為了減小外界的干擾,試驗(yàn)在底盤(pán)測(cè)功機(jī)上進(jìn)行。目標(biāo)平均車(chē)速設(shè)為50 km/h、80 km/h和110 km/h。在每種車(chē)速下分別進(jìn)行優(yōu)化速度跟蹤和優(yōu)化效率的駕駛策略。在優(yōu)化效率的駕駛策略下,車(chē)速波動(dòng)不可避免,試驗(yàn)時(shí)分別進(jìn)行了車(chē)速波動(dòng)量±5 km/h和±10 km/h的試驗(yàn),以此來(lái)驗(yàn)證PnG循環(huán)次數(shù)對(duì)效率的影響。底盤(pán)測(cè)功機(jī)基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合后的滑行曲線進(jìn)行負(fù)荷加載。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

表3列出了試驗(yàn)結(jié)果。行駛距離除以修正燃油消耗量即為每種方案的燃油效率。為提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,燃油消耗量依據(jù)動(dòng)力電池試驗(yàn)條件下初始和末了的SOC差值進(jìn)行修正。

表3 不同工況下的燃油效率對(duì)比

試驗(yàn)結(jié)果表明,在較低的目標(biāo)車(chē)速下所有方案的燃油效率都有所提升。對(duì)于目標(biāo)車(chē)速50 km/h和80 km/h,基于機(jī)械控制模式PnG駕駛策略的優(yōu)化效率駕駛策略的燃油效率要高于優(yōu)化速度跟蹤的駕駛策略的燃油效率,這與預(yù)測(cè)的結(jié)果相吻合。車(chē)速50 km/h和80 km/h的燃油效率分別提高1.21%～6.25%和1.91%～3.05%。這些提升與圖4中綠線和黑線之間差異相符。

然而,在車(chē)速110 km/h下燃油效率無(wú)改善。這是因?yàn)镺OL功率和需求功率相等,PE不參與工作,無(wú)效率損失。這種情況就是圖4中所示的2種策略效率曲線的交點(diǎn)。

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 仿真和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖7示出了仿真和實(shí)車(chē)試驗(yàn)的燃油效率趨勢(shì)。雖然仿真和試驗(yàn)結(jié)果在燃油效率的數(shù)值上可能存在差異,但是不同方案之間的相對(duì)效率差異是一致的。對(duì)于車(chē)速50 km/h的最大燃油效率提升潛力高于車(chē)速80 km/h。這表明優(yōu)化速度跟蹤的駕駛策略和優(yōu)化效率的駕駛策略的效率差異,車(chē)速50 km/h的要比車(chē)速80 km/h的效率高。同時(shí),這也表明車(chē)速50 km/h時(shí)車(chē)速波動(dòng)量±10 km/h的燃油效率比±5 km/h的要高。然而,車(chē)速80 km/h時(shí)車(chē)速波動(dòng)量±5 km/h的燃油效率比±10 km/h的要高。這種矛盾是由于發(fā)動(dòng)機(jī)

圖7 仿真和實(shí)測(cè)燃油效率結(jié)果

2．3．2 能量損失分析

基于記錄的燃油消耗、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、低壓直流-直流轉(zhuǎn)換器(LDC)電壓和能量、變速器輸入軸轉(zhuǎn)速、輪速和SOC等數(shù)據(jù)，計(jì)算了傳動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)零部件的能量損失。能量損失計(jì)算時(shí)，考慮了已知的發(fā)動(dòng)機(jī)BSFC、變速器效率和PE充放電效率。能量損失包括發(fā)動(dòng)機(jī)熱損失、發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損失、PE(驅(qū)動(dòng)電機(jī)/發(fā)電機(jī))損失和阻力損失。為便于對(duì)比，計(jì)算結(jié)果以條形圖的形式在圖8中展示，能量損失的含義是單位行駛里程所消耗的能量，單位是J/km。

顯而易見(jiàn)的是，損失越小效率越高。優(yōu)化效率的駕駛策略能量損失降低的主要原因是PE沒(méi)有能量損失。由于附件的存在仍會(huì)帶來(lái)少量的PE損失，但是在車(chē)輛行駛時(shí)PE不工作從而減少了大部分的損失。

同時(shí)，隨著PE使用率的提高，PE損失增加，OOL功率和需求功率的差異越大，PE使用率越高。因此，負(fù)荷越低，PE損失越大。這表明車(chē)速50 km/h時(shí)采用優(yōu)化效率的駕駛策略代替優(yōu)化速度跟蹤的駕駛策略的效率提升潛力要高于車(chē)速80 km/h。這就解釋了為什么車(chē)速50 km/h時(shí)可以降低更多的能量損失。

同樣的原因可以解釋不管采用何種駕駛策略，車(chē)速110 km/h時(shí)燃油效率基本上無(wú)改善。由于車(chē)速110 km/h時(shí)的空氣阻力非常大，OOL的功率幾乎完美地與需求功率相匹配，從而大幅降低了PE使用率。

圖8 車(chē)速在50 km/h、80 km/h和106 km/h的能量損失

進(jìn)一步對(duì)空氣阻力帶來(lái)的影響進(jìn)行分析。空氣阻力與車(chē)速的平方成正比，盡管平均車(chē)速相同，隨著車(chē)速波動(dòng)量變大，平均空氣阻力也變大。這就解釋了車(chē)速(80±5)km/h的燃油效率要好于車(chē)速(80±10)km/h。

然而，不能忽略了車(chē)速(50±5)km/h的燃油效率低于車(chē)速(50±10)km/h。這是PnG循環(huán)次數(shù)增多導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)次數(shù)增多造成的。由于發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不能運(yùn)行在OOL上，PnG循環(huán)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁開(kāi)關(guān)導(dǎo)致效率改善效果變差。因此，盡管車(chē)速50 km/h的速度波動(dòng)帶來(lái)的平均空氣阻力小于車(chē)速80 km/h，但是發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)損失對(duì)效率的影響要大于空氣阻力帶來(lái)的影響。

2．3．3 駕駛性分析

選擇優(yōu)化效率的駕駛策略代替優(yōu)化速度跟蹤的駕駛策略勢(shì)必會(huì)影響駕駛性，因?yàn)樗俣雀櫮芰θQ于OOL的扭矩和需求扭矩之間的差異。平均車(chē)速為50 km/h時(shí)，加速階段的加速幅度大于滑行階段。這是由于需求扭矩相對(duì)較小而OOL扭矩和需求扭矩的差異較大。平均車(chē)速為80 km/h時(shí)，加速階段的加速幅度小于滑行階段。這是由于需求扭矩相對(duì)較大，以及OOL扭矩和需求扭矩的差異較小的緣故。

驗(yàn)證了采用PnG駕駛策略提升燃油效率是以犧牲駕駛性-保持目標(biāo)車(chē)速的能力為代價(jià)的。OOL和需求扭矩之間的差異增大會(huì)導(dǎo)致加速階段的加速幅度增大，隨著需求扭矩的加大，滑行階段的減速幅度也更大。

3 結(jié)語(yǔ)

研究了基于電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略?xún)?yōu)化速度跟蹤的駕駛策略和基于機(jī)械控制模式PnG駕駛策略?xún)?yōu)化效率的駕駛策略，同時(shí)研究了兩者對(duì)燃油效率和駕駛性的影響，并在1臺(tái)DCT-TMED并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)上進(jìn)行實(shí)車(chē)驗(yàn)證。試驗(yàn)在底盤(pán)測(cè)功機(jī)上進(jìn)行，通過(guò)對(duì)獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論:

(1)與電動(dòng)控制模式PnG駕駛策略相比，機(jī)械控制模式PnG駕駛策略的綜合巡航燃油效率有所提升。這種效率提升是以犧牲速度跟蹤能力為代價(jià)的。綜合燃油效率和駕駛性之間要有所權(quán)衡。

(2)目標(biāo)車(chē)速越低，燃油效率提升越大。目標(biāo)車(chē)速50 km/h和80 km/h時(shí)綜合燃油效率分別提高了6.25%和3．05%。目標(biāo)車(chē)速106 km/h時(shí)的燃油效率無(wú)明顯改善。

(3)機(jī)械控制模式PnG駕駛策略中提高車(chē)速波動(dòng)量的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)的瞬態(tài)能量損失降低。其缺點(diǎn)是影響了駕駛性并增加了平均空氣阻力損失。因此需要綜合考慮瞬態(tài)損失和空氣阻力損失以選取最優(yōu)的車(chē)速波動(dòng)量。

4 后續(xù)研究

為有效應(yīng)用PnG駕駛策略并實(shí)現(xiàn)汽車(chē)量產(chǎn)，仍需對(duì)其做進(jìn)一步的研究。除了優(yōu)化速度跟蹤的駕駛策略和優(yōu)化效率的駕駛策略，仍需研究出1種可以在綜合燃油效率和駕駛性之間達(dá)到最優(yōu)的駕駛策略。同時(shí)，除了最優(yōu)車(chē)速波動(dòng)量，動(dòng)力系統(tǒng)燃油效率和變速器控制策略之間的關(guān)系也需要進(jìn)一步研究。另外，PnG駕駛策略不可避免地會(huì)產(chǎn)生車(chē)速波動(dòng)，需要研究其在智能巡航控制(SCC)系統(tǒng)上的應(yīng)用潛力。