智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車探析

魏靖超

摘 要：文章簡要介紹了混合動(dòng)力汽車和智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，闡明了混合動(dòng)力汽車與智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)相結(jié)合的意義。著重論述了在智能網(wǎng)聯(lián)環(huán)境下混合動(dòng)力汽車進(jìn)行能量管理的優(yōu)勢以及混合動(dòng)力汽車實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)的技術(shù)要求，最后對未來二者的依托發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車;智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù);能量管理;燃油經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號(hào)：U469.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）05-38-03

Abstract： The paper summarizes the research status of both hybrid electric vehicle and intelligent and connected technology， and expounds the significance of the combination of them. The benefits to energy management of hybrid electric vehicles in intelligent and connected environment and the technical requirements for hybrid electric vehicles realizing intelligent connection are also mainly discussed in the paper， and the mutual development of them is prospected in the end.

Keywords： Hybrid electric vehicle; Intelligent and connected technology; Energy management; Fuel economy

前言

近年來，信息融合技術(shù)、5G通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)的研究相繼取得了突破性進(jìn)展，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)正逐漸從一個(gè)概念變成現(xiàn)實(shí)，并為汽車、交通、通信等多個(gè)領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響。在汽車行業(yè)智能化發(fā)展的大背景下，將智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)與混合動(dòng)力汽車結(jié)合，將會(huì)為混合動(dòng)力汽車在能量管理等多方面帶來極大的提升。

1 混合動(dòng)力汽車與智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)概述

1.1 混合動(dòng)力汽車概述

混合動(dòng)力汽車，是指驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)及以上能夠獨(dú)立工作的動(dòng)力源組成的汽車，汽車在行駛過程中的驅(qū)動(dòng)力依據(jù)汽車的實(shí)時(shí)行駛狀態(tài)由單個(gè)動(dòng)力源或同時(shí)由多個(gè)動(dòng)力源提供。混合動(dòng)力汽車有多種分類方法，目前常常根據(jù)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的聯(lián)結(jié)方式將混合動(dòng)力汽車分為三類，分別是：串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車、并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車和混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車[1]。

1.2 智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)概述

智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)是依托于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及云計(jì)算等高新技術(shù)的新鮮產(chǎn)物，在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用主要是通過在車上安裝先進(jìn)的傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，使汽車具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策與控制等功能，并結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與車、車與路、車與人等的無線通信和信息交換，編織成一張以汽車為節(jié)點(diǎn)，能夠與周邊交通設(shè)施和智能終端相互協(xié)調(diào)、資源共享的通信網(wǎng)絡(luò)[2]。

2 智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車的意義及優(yōu)勢

圖1是某發(fā)動(dòng)機(jī)的外特征曲線圖，從中可以看出，當(dāng)汽車從怠速工況起步時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩從相對較低的水平開始攀升，并且上升的速度較為緩慢。隨著轉(zhuǎn)速的逐漸增加，在較長一段時(shí)間后轉(zhuǎn)矩才能到達(dá)一個(gè)相對較高的水平，此后保持相對穩(wěn)定;圖2是某電動(dòng)機(jī)的外特征曲線圖，電動(dòng)機(jī)從靜止開始啟動(dòng)時(shí)，在很低的轉(zhuǎn)速下就能產(chǎn)生很高的轉(zhuǎn)矩。但是由于電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中很大程度上受到電池電荷狀態(tài)的制約[3]，隨著轉(zhuǎn)速的增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩逐漸降低且趨于較低水平。

由此可以看出，以發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源的汽車具有起步較慢，但在中、高速行駛時(shí)動(dòng)力性強(qiáng)（發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大且穩(wěn)定）的特點(diǎn);以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源的汽車則響應(yīng)速度較快，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，但在中、高速行駛時(shí)因產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩較小而動(dòng)力性能不佳。所以目前混合動(dòng)力汽車在設(shè)計(jì)層面為保證發(fā)動(dòng)機(jī)的高效運(yùn)行，確保車載電池的電荷狀態(tài)、電池電壓和使用壽命，常常按照汽車實(shí)際行駛工況進(jìn)行動(dòng)力源的能量管理，即在汽車起步和加速時(shí)采用純電動(dòng)模式，利用電動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)矩和快速響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)快速起步和加速;在低速行駛時(shí)單純依靠能夠高效利用能量的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛，以降低污染物的排放量;在中、高速行駛時(shí)采用純發(fā)動(dòng)機(jī)模式，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的高效運(yùn)行，維持汽車的動(dòng)力性，并在行車過程中給車載電池充電;在汽車全速行駛時(shí)，充分利用混合動(dòng)力汽車雙動(dòng)力的優(yōu)勢，由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同提供動(dòng)力以滿足高負(fù)荷需求。

在實(shí)際的交通環(huán)境下，汽車的行駛工況是復(fù)雜多樣的，在行駛過程中經(jīng)常會(huì)面臨加速、減速、緊急制動(dòng)和起步等瞬時(shí)工況，極少情況下會(huì)長時(shí)間維持穩(wěn)定的工況行駛。這時(shí)混合動(dòng)力汽車為獲得最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性以及維持車載電池的電壓和使用壽命，會(huì)按照上段所述的能量管理策略，頻繁地進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)和車載電池間功率分配的轉(zhuǎn)變。但在現(xiàn)有技術(shù)條件的約束下，系統(tǒng)的瞬間反應(yīng)和動(dòng)力源的輸出轉(zhuǎn)變過程難以達(dá)到快速平順的要求，頻繁的功率分配變化和瞬時(shí)工況出現(xiàn)將導(dǎo)致混合動(dòng)力汽車的油耗量增大，并會(huì)對車載電池的使用壽命帶來負(fù)面影響，從而使混合動(dòng)力汽車有多個(gè)動(dòng)力源的優(yōu)勢不能完全發(fā)揮。

智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的出現(xiàn)則可以有效地解決這一問題。在智能網(wǎng)聯(lián)環(huán)境下，混合動(dòng)力汽車配備信號(hào)收發(fā)裝置，利用無線局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車-車、車-人以及車-交通設(shè)施間的相互通信，以獲取周邊車輛的行駛狀態(tài)和信號(hào)燈、前方路況等實(shí)時(shí)交通信息。此后再通過相應(yīng)的協(xié)同控制策略，使汽車之間保持理想的距離和相近的車速編隊(duì)行駛，并根據(jù)相鄰車輛的行駛狀況自動(dòng)調(diào)整該車的縱向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而顯著減少汽車的加減速次數(shù)、紅綠燈啟停次數(shù)及其他瞬時(shí)工況的出現(xiàn)次數(shù)，使混合動(dòng)力汽車在較長時(shí)間內(nèi)維持在一個(gè)較為穩(wěn)定的行駛工況，避免了因行駛工況的頻繁變化而使動(dòng)力源功率分配的快速轉(zhuǎn)變，也相應(yīng)簡化了混合動(dòng)力汽車的能量管理策略。

3 混合動(dòng)力汽車實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)的技術(shù)要求

下面主要從車載設(shè)施、環(huán)境感知、信息交互、控制執(zhí)行等相關(guān)方面介紹混合動(dòng)力汽車實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)所需要的關(guān)鍵技術(shù)。

（1）環(huán)境感知技術(shù)。環(huán)境感知技術(shù)是利用激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等環(huán)境感知傳感器，對汽車自身狀態(tài)（行駛速度、行駛方向、車輛位置等）、周圍車輛及行人的位置和速度、交通信號(hào)燈和交通標(biāo)識(shí)、道路延伸方向以及其他交通環(huán)境信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，為汽車的決策控制提供依據(jù)。環(huán)境感知技術(shù)經(jīng)歷了車道電子標(biāo)記識(shí)別、單一傳感器感知識(shí)別和多傳感器融合感知識(shí)別的發(fā)展歷程[4]，目前正朝著基于車聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境感知識(shí)別方向研究發(fā)展。

（2）多路信息融合技術(shù)。多路信息融合技術(shù)是將來自車上安裝的不同位置和不同類型傳感器和信號(hào)接收裝置所接收到的信息，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等技術(shù)在一定的計(jì)算準(zhǔn)則下進(jìn)行綜合和分析，消除信息間的冗余和矛盾，減少信息的不準(zhǔn)確性和不確定性，?最終組合出完整、有效、精確的信息，從而使各路信息得到充分的利用，顯著提高系統(tǒng)決策規(guī)劃和汽車控制的準(zhǔn)確性、合理性。

（3）無線通信技術(shù)。無線通信技術(shù)是將信息通過發(fā)送端發(fā)送到無線信道，并以電磁波的形式在空間中傳播，最后由接收端進(jìn)行接收[5]。在汽車智能網(wǎng)聯(lián)的應(yīng)用中，無線通訊技術(shù)分為長距離和短距離通信技術(shù)。長距離通信用于提供即時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)接入，主要利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)和4G/5G技術(shù);短距離通信用于實(shí)現(xiàn)在特定區(qū)域內(nèi)對高速移動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別和雙向通信，如V2V、V2I雙向通信，主要依托DSRC、藍(lán)牙、Wifi等相關(guān)技術(shù)。

（4）車載自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。車載自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是依托于現(xiàn)代通信技術(shù)，將一定通信范圍內(nèi)的車輛及路邊基礎(chǔ)設(shè)施連接，自動(dòng)建立起一個(gè)移動(dòng)的多節(jié)點(diǎn)、無中心的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)車與車以及車與路邊設(shè)施的通信，相互之間可以分享各自的速度信息、位置信息等。

（5）高精度地圖與定位技術(shù)。高精度地圖與定位技術(shù)主要用于精確定位汽車及周邊物體的位置以及進(jìn)行車道預(yù)測，同時(shí)能提供超視距的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的交通信息，幫助汽車規(guī)劃行駛路徑，避開交通擁堵和交通障礙的路段。同時(shí)該技術(shù)具有不受氣候環(huán)境因素影響的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)因環(huán)境問題導(dǎo)致車載傳感器失效時(shí)，可降低事故發(fā)生的概率。高精度地圖與普通導(dǎo)航的區(qū)別在于高精度地圖的定位精度能達(dá)到厘米級(jí)別，而普通導(dǎo)航地圖的精度則以米為單位。

4 結(jié)語

將智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車中，能夠顯著減少混合動(dòng)力汽車在行駛過程中瞬時(shí)工況的出現(xiàn)次數(shù)和動(dòng)力源功率分配的頻率，從而使混合動(dòng)力汽車能夠很好的發(fā)揮出兼具動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢。在這個(gè)科技日新月異的時(shí)代，一些汽車新技術(shù)的相繼出現(xiàn)和日趨成熟，必將能夠帶動(dòng)包括混合動(dòng)力汽車在內(nèi)的多類汽車在智能化、網(wǎng)聯(lián)化以及節(jié)能性、環(huán)保性和舒適性等方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，從而有效緩解交通擁堵、環(huán)境污染、資源緊張等社會(huì)問題，帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，為人們提供更加便捷舒心的出行體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭竹安，蔣偉康，呂紅明，等.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)模型仿真[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2019，33（03）：43-50.

[2] 李克強(qiáng)，戴一凡，李升波，等.智能網(wǎng)聯(lián)汽車（ICV）技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2017，8（01）：1-14.

[3] 藺新永.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車ISG型動(dòng)力總成的匹配與仿真研究[D].長安大學(xué)，2011.

[4] 謝志萍，雷莉萍.智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀[J].成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，19（04）：87-92.

[5] 徐瑩.無線通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].數(shù)字通信世界，2019（07）：219+223.