混合動(dòng)力汽車?yán)m(xù)駛里程策略

摘要：續(xù)航里程作為車輛與駕駛員的信息交互媒介，其顯示的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性直接影響駕駛員對(duì)車輛狀態(tài)的判斷。文章闡述了燃油實(shí)際里程的計(jì)算方法，在油耗計(jì)算中融合了歷史數(shù)據(jù)與最近1 km的實(shí)際油耗，油箱剩余油量則根據(jù)液位傳感器參數(shù)計(jì)算獲得，通過(guò)添加濾波的方式保證剩余油量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，同時(shí)采取策略防止車輛坡道行駛時(shí)液位突變而導(dǎo)致剩余油量計(jì)算偏差。該研究定義了燃油續(xù)駛里程目標(biāo)值與儀表當(dāng)前顯示值，計(jì)算兩者的差值并查表獲取對(duì)應(yīng)的里程修正系數(shù)及車輛行駛時(shí)長(zhǎng)，通過(guò)運(yùn)用一系列計(jì)算并更新儀表上的燃油續(xù)駛里程顯示，有效解決了混合動(dòng)力汽車研發(fā)過(guò)程中遇到的續(xù)駛里程顯示不準(zhǔn)確、跳變過(guò)大以及不同油耗狀況下滿油后續(xù)駛里程顯示不一致等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車；續(xù)駛里程；顯示策略

中圖分類號(hào)：U46" " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：1674-0688（2024）05-0115-04

0 引言

里程焦慮是困擾新能源汽車駕駛員的常見問(wèn)題，這類焦慮源于汽車動(dòng)力系統(tǒng)的最大行駛里程限制，還常常因?yàn)槔m(xù)航里程計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確或顯著波動(dòng)而加劇。續(xù)航里程，即車輛能繼續(xù)行駛的里程，對(duì)混合動(dòng)力汽車而言，包括純電續(xù)航里程與燃油續(xù)航里程，兩者之和構(gòu)成總續(xù)航里程。燃油續(xù)駛里程的不準(zhǔn)確性及不穩(wěn)定性主要是由車輛平均油耗、剩余油量計(jì)算不準(zhǔn)確等問(wèn)題導(dǎo)致的。針對(duì)這些問(wèn)題，成瀚等［1］提出在組合儀表端對(duì)剩余油量百分比信號(hào)增加一階低通濾波的方法解決油量波動(dòng)導(dǎo)致的剩余油量計(jì)算不準(zhǔn)確的問(wèn)題；鄭強(qiáng)等［2］提出采用優(yōu)化平均油耗的計(jì)算方法解決不同的行駛路況以及駕駛習(xí)慣導(dǎo)致的平均油耗計(jì)算不準(zhǔn)確的問(wèn)題；朱長(zhǎng)文等［3］通過(guò)計(jì)算與分析續(xù)航里程的重要參數(shù)，提出新的設(shè)計(jì)理念并完善現(xiàn)有的續(xù)航里程控制策略，使其能在不同的行駛路況和駕駛習(xí)慣下準(zhǔn)確反映車輛的實(shí)際續(xù)航能力；姜俊昭等［4］構(gòu)建了歷史-實(shí)時(shí)能耗加權(quán)的續(xù)駛里程計(jì)算方法，解決了片段內(nèi)極端工況變化導(dǎo)致的續(xù)駛里程計(jì)算值偏離大的問(wèn)題，提高了續(xù)駛里程計(jì)算的準(zhǔn)確性。在傳統(tǒng)車輛中，燃油續(xù)航里程顯示策略多由儀表計(jì)算處理，但混合動(dòng)力汽車因?yàn)檎嚳刂撇呗暂^為復(fù)雜，所以由HECU（整車混動(dòng)控制單元）負(fù)責(zé)更為合適。本文以某后驅(qū)混合動(dòng)力商用車型為例，介紹HECU如何獲取油耗、車速及油位等車輛信息，通過(guò)一系列算法計(jì)算燃油續(xù)駛里程。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，還應(yīng)用了濾波策略進(jìn)行進(jìn)一步處理，最終通過(guò)總線將儀表顯示的剩余燃油里程信息發(fā)送給儀表顯示。這一策略不僅可為該車型提供了有效的燃油續(xù)駛里程計(jì)算方案，也可為其他廠家開發(fā)新車型提供參考和借鑒。

1 混合動(dòng)力汽車燃油續(xù)駛里程計(jì)算策略

1.1 燃油續(xù)駛里程計(jì)算

根據(jù)當(dāng)前油箱剩余的燃油量以及整車50 km油耗數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得出燃油的續(xù)駛里程，具體算法為

S油 = V油 ÷ F ×50" " " " " " " " " " " " " （1）

其中：S油為燃油續(xù)航里程，km；V油為剩余燃油的量，L；F為50 km油耗數(shù)據(jù)，L/50 km。

1.2 剩余燃油量計(jì)算

HECU燃油管理系統(tǒng)對(duì)油箱內(nèi)安裝的液位傳感器所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，計(jì)算出油箱當(dāng)前的剩余燃油量，具體算法為

V油" =H × C + K油" " " " " " " " " " " "（2）

其中：H為油箱燃油液位；C為油箱容量；K油為剩余油量修正值，該值可以根據(jù)燃油液位查表獲取，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行標(biāo)定。剩余油量修正值見表1。

HECU通過(guò)針腳與燃油箱內(nèi)的電阻傳感器實(shí)現(xiàn)硬線連接，利用不同液位高度對(duì)應(yīng)不同電阻值的原理，將油箱內(nèi)的液位信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。油箱的液位結(jié)構(gòu)示意圖見圖1；剩余油量與傳感器電阻值的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2。

獲取油位采集信號(hào)后，HECU添加濾波，采集周期為100 ms，濾波方式如下：當(dāng)前油位值=上時(shí)刻油位值×0.98+當(dāng)前油位值×0.02。具體濾波效果見圖2中的行車油位采集曲線。為防止車輛停放于坡道或加油過(guò)程中產(chǎn)生的液位突變對(duì)后續(xù)計(jì)算造成誤差，HECU實(shí)施了雙重策略確保油位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（1）策略一：油位多重驗(yàn)證機(jī)制。每次系統(tǒng)上電時(shí)，HECU先讀取一個(gè)初始燃油液位值，根據(jù)公式（2）計(jì)算出油箱剩余燃油量，然后通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的噴油脈寬進(jìn)行遞減，得到實(shí)時(shí)的剩余燃油量，并在下電時(shí)記憶。每次上電時(shí)，將按照燃油液位計(jì)算得到的剩余燃油量與上次下電記憶的剩余燃油量進(jìn)行對(duì)比，若相差2 L以上，則判定為油位數(shù)據(jù)有誤，可能是車輛停放在坡道或油位感器發(fā)生故障導(dǎo)致的，此時(shí)標(biāo)記當(dāng)前油位值為無(wú)效，并以上次下電記憶的剩余燃油量為基礎(chǔ)值。

（2）策略二：加油識(shí)別與重置機(jī)制。HECU一旦識(shí)別到車輛加油完成，則允許燃油液位數(shù)據(jù)發(fā)生跳變，同時(shí)HECU會(huì)以燃油液位計(jì)算得到的剩余燃油量為基礎(chǔ)進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。

1.4 50 km油耗計(jì)算規(guī)則

汽車的性能、行駛環(huán)境、路況等因素都會(huì)對(duì)汽車平均油耗造成較大的影響［5］，為了盡量減少影響而得到一個(gè)準(zhǔn)確的平均油耗值，可以采用以下計(jì)算規(guī)則計(jì)算50 km油耗數(shù)據(jù)F：

F =上個(gè)時(shí)刻50 km油耗數(shù)據(jù)值×[4950] +最近1 km油耗" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（3）

其中：50 km油耗數(shù)據(jù)初始值設(shè)定為默認(rèn)值、上次下電記憶值或最近一次有效值；最近1 km油耗根據(jù)當(dāng)前每100 ms的油耗數(shù)據(jù)，在整車行駛1 km距離時(shí)進(jìn)行積分計(jì)算得出。

為確保50 km平均油耗算法有效，計(jì)算時(shí)必須同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件且持續(xù)2 s：①發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ≥ 800 rmp；②整車車速 ≥ 2 km/h。若以上任一條件不滿足或持續(xù)不到2 s，50 km平均油耗將保持為上次下電記憶值（或最近一次有效值，若適用），或根據(jù)能耗測(cè)試數(shù)據(jù)設(shè)定的初始值。對(duì)計(jì)算得出的油耗數(shù)據(jù)F進(jìn)行上下限的限制，確保結(jié)果既不超過(guò)最大油耗值（20 L/100 km），也不低于最小油耗值（2 L/100 km）。

2 儀表顯示續(xù)航里程策略

針對(duì)混合動(dòng)力汽車?yán)锍田@示的問(wèn)題，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)與MCU（驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元）的解耦特性，以及HECU多樣化的運(yùn)行模式和保電策略導(dǎo)致的里程計(jì)算波動(dòng)，為確保駕駛員通過(guò)儀表獲取的續(xù)駛里程信息平滑且穩(wěn)定，必須采取有效策略。為避免因里程信息的離散性給駕駛員帶來(lái)困惑或不滿，在里程顯示需加入平滑處理策略，提升數(shù)據(jù)的順暢性。關(guān)于加滿油后的總續(xù)駛里程顯示，存在兩種策略選擇：一是直接采用NEDC（新歐洲駕駛循環(huán)周期）或WLTC（世界輕型車輛測(cè)試循環(huán)）等數(shù)據(jù)設(shè)定的額定續(xù)駛里程作為固定顯示值；二是根據(jù)實(shí)時(shí)油耗量計(jì)算并動(dòng)態(tài)更新顯示里程。本文提出的策略是車輛加滿油后，儀表盤上固定顯示一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)好的續(xù)駛里程值，并同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬里程處理。

2.1 燃油續(xù)駛里程顯示策略

燃油續(xù)駛里程目標(biāo)值 =（NEDC燃油續(xù)駛里程–實(shí)際計(jì)算的燃油續(xù)駛里程）× 續(xù)駛里程比例系數(shù) + 實(shí)際計(jì)算的燃油續(xù)駛里程。其中，NEDC燃油續(xù)駛里程根據(jù)剩余燃油的占比（見表3）獲取。續(xù)駛里程比例系數(shù)根據(jù)剩余油量查表獲?。ㄒ姳?）。

儀表顯示續(xù)駛里程每t秒更新一次，更新里程的算法如下：

S新顯=S顯-K×S行" " " " " " " " " " " " "（4）

S顯-S目=S差" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （5）

其中：S新顯為儀表應(yīng)更新的燃油續(xù)駛里程；S顯為當(dāng)前儀表顯示的燃油續(xù)駛里程；S行為t秒內(nèi)車輛行駛的距離；S目為目標(biāo)燃油續(xù)駛里程；S差為當(dāng)前儀表顯示的燃油續(xù)駛里程減去目標(biāo)燃油續(xù)駛里程的值；K為里程修正系數(shù)。K值和t值根據(jù)里程、時(shí)間修正表（見表5）獲取。

儀表燃油續(xù)駛里程的顯示策略如下。

（1）每次加油完成后，儀表顯示更新的燃油里程值為S目。

（2）儀表當(dāng)前顯示的燃油續(xù)駛里程值過(guò)渡到目標(biāo)值時(shí)做平滑處理，每次更新的數(shù)值變化不能超過(guò)2 km。

（3）在車輛行駛過(guò)程中，允許燃油續(xù)駛里程值出現(xiàn)上漲的情況，其更新方式同上且不對(duì)上漲值做斜率限制。

2.2 NEDC工況

NEDC工況是一種用于評(píng)估純電動(dòng)車?yán)m(xù)航能力的測(cè)試策略，通過(guò)模擬實(shí)際駕駛過(guò)程中的不同工況測(cè)試車輛的續(xù)航表現(xiàn)。SOC（剩余電量百分比）平衡純電續(xù)駛里程測(cè)試工況參照國(guó)標(biāo)《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法 （中國(guó)第五階段）》（GB/T 18352.5—2013）中定義的NEDC循環(huán)進(jìn)行，該循環(huán)包含兩個(gè)部分：第一部分為市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)，第二部分為市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)。NEDC工況曲線圖見圖3。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

本文針對(duì)某輕型商用混合動(dòng)力汽車進(jìn)行車輛路試驗(yàn)證，該車型整備質(zhì)量為1 810 kg，以其日常載貨質(zhì)量2 t為測(cè)試條件，測(cè)試環(huán)境溫度設(shè)定為21 ℃。此次路試驗(yàn)證活動(dòng)在A市進(jìn)行，行車驗(yàn)證綜合路線覆蓋了城市路段與市郊工況的道路條件（見圖4）。

混合動(dòng)力汽車?yán)m(xù)駛里程包括純電及燃油兩個(gè)部分，為了驗(yàn)證策略的可靠性，通過(guò)精確標(biāo)定，將SOC維持在某一限值范圍內(nèi)，單獨(dú)驗(yàn)證燃油系統(tǒng)續(xù)駛里程的顯示精度。里程驗(yàn)證結(jié)果見表6，從表6中的數(shù)據(jù)可知，車輛行駛的里程與儀表顯示燃油續(xù)駛里程減少值的差異控制在10 km內(nèi)，跳變幅度不超過(guò)2 km，說(shuō)明驗(yàn)證結(jié)果合格，策略符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

混合動(dòng)力汽車中，發(fā)動(dòng)機(jī)的主要功能是發(fā)電，其與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間是解耦關(guān)系，使整車在實(shí)際運(yùn)行中的策略與運(yùn)行模式呈現(xiàn)多樣化的特點(diǎn)，因此給燃油續(xù)駛里程的計(jì)算帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。本文闡述了燃油續(xù)駛里程的計(jì)算策略與顯示策略，具體通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，并在實(shí)車上進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，在車輛實(shí)際行駛過(guò)程中，儀表顯示的燃油續(xù)駛里程跳變幅度在2 km以內(nèi)，并且車輛行駛的里程與儀表顯示燃油續(xù)駛里程減少值之間的差異保持在10 km以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求，屬于可以接受的范圍。這一策略的可行性得以證明，并應(yīng)用于某汽車企業(yè)的系列車型上，實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。受時(shí)間及車輛資源等方面的限制，當(dāng)前的驗(yàn)證方案還不夠全面，例如在極端工況下的跳變情況還需進(jìn)一步探討驗(yàn)證。

5 參考文獻(xiàn)

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【作者簡(jiǎn)介】時(shí)武林，男，廣西桂林人，工程師，研究方向：整車標(biāo)定及控制；蔣青陶，男，四川宜賓人，助理工程師，研究方向：整車系統(tǒng)控制；趙硯，男，四川綿陽(yáng)人，工程師，研究方向：新能源動(dòng)力集成及控制；唐禮飛，男，廣西玉林人，工程師，研究方向：燃油系統(tǒng)。

【引用本文】時(shí)武林，蔣青陶，趙硯，等.混合動(dòng)力汽車?yán)m(xù)駛里程策略［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2024（5）：115-118.