一種純電動(dòng)汽車自學(xué)習(xí)型控制策略

趙 爽，蘇松林，吳傲雪

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230041）

隨著信息通信、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)在汽車領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，汽車正加速向智能化轉(zhuǎn)變[1]。液晶屏幕的使用帶來(lái)的是更加直觀的信息顯示。其中液晶顯示器（Liquid Crystal Display, LCD ）因其顯示內(nèi)容豐富、工作穩(wěn)定、功耗低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)在儀表顯示領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[2]。車載儀表顯示屏作為最重要的人機(jī)界面組成之一，是車輛操作的重要依據(jù)[3]。電動(dòng)汽車儀表上顯示的信息很多，諸如充電時(shí)間、驅(qū)動(dòng)功率、回收功率、可用驅(qū)動(dòng)功率、可用回收功率、電池電量、電池容量、電池能量等。前期的電動(dòng)汽車對(duì)于此類信息是按照固定算法進(jìn)行計(jì)算，沒有考慮其容量的衰減。上述信息中如充電時(shí)間、可用驅(qū)動(dòng)功率、可用回收功率等會(huì)隨著電池容量的衰減而變得不準(zhǔn)確，給用戶帶來(lái)困惑。

因此，本文提出一種自學(xué)習(xí)型車輛控制策略，通過汽車整車控制器（Vehicle Control Unit, VCU）的存儲(chǔ)功能，對(duì)某一功能進(jìn)行自學(xué)習(xí)型修正，從而保證車輛全生命周期的使用過程中，對(duì)于車輛信息的顯示始終能保持真實(shí)性和準(zhǔn)確性。下面列舉3項(xiàng)應(yīng)用自學(xué)習(xí)策略的功能，如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)充電時(shí)間修正原理圖

1 充電時(shí)間自學(xué)習(xí)

充電剩余時(shí)間受到充電電流的調(diào)整進(jìn)行變換，尤其是普遍使用的動(dòng)力鋰電池充電電流的大小受到充電樁、電池溫度和SOC等多種因素制約[4]。因此，充電時(shí)間是一個(gè)變化波動(dòng)的值。

1.交流充電部分

交流充電包含2 kW、3.5 kW和7 kW充電輸入功率，交流充電時(shí)間正常顯示為

Tshow為儀表顯示剩余充電時(shí)間；T1為標(biāo)準(zhǔn)充滿充電時(shí)間；SOCnow為實(shí)時(shí)的SOC值，φ1為電流修正系數(shù)；I2為2 kW樁標(biāo)準(zhǔn)充電電流；Inow為實(shí)時(shí)充電電流，正常情況下I2=Inow，開空調(diào)或者熱管理部件開啟時(shí)，I2＞Inow。

同理可得出3.5 kW充電和7 kW充電充電剩余時(shí)間的顯示。

2.直流充電部分

直流充電時(shí)間正常顯示為

Tshow為儀表顯示剩余充電時(shí)間；T1為標(biāo)準(zhǔn)充滿充電時(shí)間；SOCnow為實(shí)時(shí)的SOC值；φ4為電流修正系數(shù)；I4為快充樁標(biāo)準(zhǔn)充電電流（常溫?zé)o限電流工況）；Inow為實(shí)時(shí)充電電流，正常情況下I4=Inow，開空調(diào)或者熱管理部件開啟時(shí)，I4＞Inow。

不同于交流充電，直流充電在不同SOC區(qū)段VCU發(fā)送的電流指令不同，既I4不是固定值，這里對(duì)φ4進(jìn)行了分段處理。

3.標(biāo)準(zhǔn)充電時(shí)間T1，T2，T3和T4的修正

VCU程序中有單獨(dú)對(duì)T1、T2、T3和T4進(jìn)行修正的函數(shù)，修正周期為 1個(gè)月。修正策略如圖2所示，修正公式為

式中，T'2為本次修正后的標(biāo)準(zhǔn)充電時(shí)間；T2為上次修正后的標(biāo)準(zhǔn)充電時(shí)間；η1為單次有效項(xiàng)修正系數(shù)；~η為總修正系數(shù)。

此算法優(yōu)勢(shì)在于：

1）基于初始標(biāo)定充電時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，具有精度高不會(huì)出現(xiàn)異常值的問題；

2）初始標(biāo)定充電時(shí)間具有自學(xué)習(xí)的功能；

3）可通過 VCU遠(yuǎn)程升級(jí)對(duì)初始標(biāo)定時(shí)間進(jìn)行遠(yuǎn)程修正；

4）通過車輛本身的自學(xué)習(xí)可以不用考慮環(huán)境溫度的變化對(duì)電池容量的影響[5]。

2 駕駛員行為分析自學(xué)習(xí)及修正提示

良好的駕駛習(xí)慣，有助于減少能量的消耗[6]，本論文通過對(duì)駕駛員駕駛行為的記錄，并對(duì)其進(jìn)行分析，再與理論最佳駕駛行為進(jìn)行比較得出修正提示，并通過點(diǎn)火控制模塊（Ignition Control Module, ICM）或者車載信息娛樂系統(tǒng)（In-Vehicle Infotainment, IVI）對(duì)駕駛員進(jìn)行提醒。

如下列出3項(xiàng)提示內(nèi)容：

1）能耗提醒。VCU監(jiān)控最近10 km、25 km及50 km能耗值滿足上述公式提示用戶“整車能耗較高，請(qǐng)優(yōu)化駕駛行為！”其中，δ10km、δ50km、δ25km分別為10 km能耗、25 km能耗、50 km能耗超過預(yù)設(shè)值時(shí)間占總行駛時(shí)間比例。

2）充電提醒。VCU監(jiān)控駕駛員的充電行為，并對(duì)C值進(jìn)行判斷。

式中，Cη為快充因子；Cfast_charge為快充次數(shù)；Ccharge為總充電次數(shù)。

當(dāng)Cη＞0.9，提示用戶“建議車輛進(jìn)行交流充電！提高電池壽命”，如圖2所示。

3）駕駛行為提醒。VCU監(jiān)控駕駛員的駕駛行為，并對(duì)A值進(jìn)行判斷：

式中，A為單次行駛大電流時(shí)間占總行駛時(shí)間比例（包含驅(qū)動(dòng)正電流和能量回收負(fù)電流），其中驅(qū)動(dòng)和回收分別有閾值作為判斷依據(jù)。

當(dāng)A≥20%時(shí)：

VCU會(huì)存儲(chǔ)總行駛次數(shù)和A'次數(shù)會(huì)對(duì)用戶駕駛行為進(jìn)行分析，并對(duì)進(jìn)行分段，如圖2所示，其中θ默認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 駕駛員行為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

3 可用剩余功率自學(xué)習(xí)

依據(jù)最新國(guó)標(biāo)GB/T 19836—2019要求，純電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有功率輸出時(shí)，車輛儀表應(yīng)指示或顯示車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的瞬時(shí)功率，應(yīng)同時(shí)指示或顯示車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可用剩余功率[7]。

本文所述功率分為可用剩余功率和實(shí)際功率，可用功率為固定值，實(shí)際功率只有在車輛加速或減速時(shí)才會(huì)有數(shù)值，可用剩余功率又分為可用驅(qū)動(dòng)功率和可回收功率，實(shí)際功率分為實(shí)際驅(qū)動(dòng)功率和實(shí)際回收功率。由于電機(jī)為電動(dòng)汽車中最大的耗能部件，且儀表盤顯示的功率代表含義也為實(shí)際電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率和回收功率。

3.1 非自學(xué)習(xí)型可用功率計(jì)算

1.實(shí)際功率計(jì)算公式

可以依據(jù)整車總線的電機(jī)扭矩值T電機(jī)和電機(jī)轉(zhuǎn)速值N電機(jī)進(jìn)行計(jì)算，公式[8]如下：

本文所述車型限功率分為溫度限功率、故障限功率、總壓限功率、單體限功率四種限功率類型，通過比較四種限功率情況下得出限功率值取最小值為實(shí)際可用功率值。如圖3所示。

2.溫度限功率

當(dāng)最高單體溫度達(dá)到電池包設(shè)定溫度范圍[T1,T2]閾值后，可用功率為

3.故障限功率

當(dāng)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)或回收限功率故障時(shí)，可用功率為P故障限功率=P蠕行。

其中，P蠕行為故障模式下，電機(jī)蠕行的最大功率或電池回收最大功率。

4.總壓限功率

在激烈駕駛情況下，電池包總壓會(huì)出現(xiàn)急速下降，進(jìn)而導(dǎo)致電池包輸出功率急速下降，此時(shí)需要對(duì)總壓進(jìn)行分段，然后線性降低可用功率值為

式中，V1和V2分別為總壓限功率分段標(biāo)定值；V實(shí)時(shí)為實(shí)時(shí)電池包總壓值。

5.單體限功率

當(dāng)電池包單體電壓下降到一定閾值后，可用功率為

3.2 自學(xué)習(xí)型可用功率計(jì)算

任何電池在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)能量和容量衰減，而且非正常衰減會(huì)引發(fā)安全事故[9]。依據(jù)電池的衰減參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，電池出廠時(shí)會(huì)提供的功率參數(shù)表的理論值，對(duì)應(yīng)不同溫度不同SOC下電池包可放出的最大功率和可回收的最大功率。VCU通過對(duì)功率參數(shù)表理論值進(jìn)行查表得出此時(shí)最大的可用功率P可用。

但是隨著電池包使用時(shí)間的增長(zhǎng)查表值會(huì)變得不準(zhǔn)確，因此，本文通過電池包廠商提供的衰減因子δ（通過大量實(shí)驗(yàn)得出δ＜1）。和通過功率參數(shù)表得出的可用功率P可用進(jìn)行修正得出非限功率情況下的可用功率，修正周期為車輛達(dá)到滿功率100次，通過VCU存儲(chǔ)功能判斷未修正前，滿功率情況下的實(shí)際功率與可用功率的差值大于1 kW（此為標(biāo)定值）的次數(shù)，當(dāng)此次數(shù)超過閾值N時(shí)。VCU自主判斷滿足修正條件。

修正因子：

修正周期：=100次。

修正依據(jù)：滿功率情況下的實(shí)際功率與可用功率的差值大于1 kW（此為標(biāo)定值）的次數(shù)M和整車達(dá)到滿功率的次數(shù)。

修正判斷條件：

修正恢復(fù)條件：

滿足修正恢復(fù)條件則跳回上次修正因子。

式（11）到式（13）中的不僅針對(duì)驅(qū)動(dòng)功率顯示，也針對(duì)回收功率顯示，如圖4所示。此算法優(yōu)勢(shì)在于可通過VCU的自主學(xué)習(xí)判斷來(lái)調(diào)節(jié)可用剩余功率的大小，不會(huì)因?yàn)殡姵匕褂脡勖脑鲩L(zhǎng)出現(xiàn)可用剩余功率不準(zhǔn)確的情況。

圖4 實(shí)車顯示圖

4 結(jié)論

綜上所述，本論文所述自學(xué)習(xí)控制策略羅列了充電時(shí)間，駕駛員行為分析，可用剩余功率的算法，可擴(kuò)展到其他不同功能的自學(xué)習(xí)型開發(fā)，通過VCU存儲(chǔ)或者遠(yuǎn)程OTA對(duì)修正因子和初始標(biāo)定值進(jìn)行監(jiān)控和修正，達(dá)到車輛實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)算法的功能。數(shù)據(jù)截至2022年8月已實(shí)現(xiàn)搭載此策略量產(chǎn)車型26 791臺(tái)。