PHEV驅動模式分析與能耗優化

徐洪贊 李志成 張天樂

摘 要：近年來，隨著國家社會的發展及國民環保意識的增強，人們對代步工具的選擇越來越偏向于環保、節能等方向。混合動力汽車的出現，不僅滿足了國民對于環保的需求，也為新能源汽車的發展，提供了更多樣化的途徑。結合我國插電式混合動力汽車的研究文獻，本文對某插電式混合動力汽車進行目標數據采集，利用時序關聯及劃分的有效方式，對該車不同的驅動模式進行判別，設置出由汽車運行數據就可辨識汽車驅動模式的方案。然后對其能源消耗進行分析探究，提出科學合理的能源優化策略。

關鍵詞：插電式混合動力汽車;驅動模式;能耗優化

0 引言

新能源汽車產業已發展成為我國的重要國家戰略之一，該乘用車已連續5年引領世界新能源銷售市場;而隨著補貼時代的逐步退出、雙積分補貼政策的不斷地優化和升級，新能源汽車市場將平穩地過渡進入到后雙積分補貼的時代，在市場化機制的形成中兼顧節能與發展，促進該行業的發展。

從新能源汽車的總體發展情況來看，我國純電動型新能源汽車的技術，還有待提升，其技術短板集中于充電、續航等問題上。相比較下插電式混合動力汽車的充電、里程等方面更加有優勢。因此，在插電式新能源混合動力汽車技術，從應用、發展等情況，受到業界的高度重視[1]。

目前，混合動力型汽車的特點，主要體現在航行路程和充電效果兩方面，在一定程度上，減輕了對于充電樁的依賴程度進而消除用戶的里程焦慮。本文針對插電式混合動力汽車所具備的兩套動力系統的使用情況，進行調查后發現：該類型車輛的電池、電機、能耗問題雖然需要進一步的完善，但在技術層面已經取得了突破[2]。通過對混合動力型汽車使用仿真建模技術，可以更好為相關人員的研發工作進行服務。

1 目標車輛信息采集

本研究目標以某插電式混合動力汽車部件配置為例，通過構建思維導圖及相關參數信息，了解其驅動系統配置渦輪增壓內燃機（1.5T）及電機，采用三元鋰離子電池（9.4kWh），NEDC 純電51km，整成導圖及參數如下：

其驅動系統包含了多種樣式（如：純電動型、混合型、發電機等），插電式混合汽車，則是采用并聯式，這也是汽車驅動系統的主要動力模式之一[3]。

該型車輛的數據樣本收集于上海新能源汽車研究中心，具體運行數據采集類型如下表：

根據以上數據情況，可以看出其數據的可信度，要體現在數據溢出、錯位、重復及殘缺四方面。

①數據溢出：是指車輛在電磁干擾等情況下，數據的表現超乎計算機所設置的選項，以至于不存在而發生錯誤，對此應該對數據進行及時清除。

②數據錯位：是因數據延遲或系統誤差等原因，導致車載儀器或相關設備，再接收信號時，產生與實際情況不符或誤差數據過大的問題。

③數據重復：是指新能源汽車結構復雜，需要到的數據多而復雜，收集處理產生困難，在大量的數據中，容易產生數據重復或者多余的現象，數據出現頻率過高，引起分析結果產生誤差，對此應該檢查數據進行多余數據的刪除。

④數據殘缺：殘缺數據的產生原因，是因數據在傳輸過程中，可能存在丟失、未上傳等問題，造成實際完整數據不完整。舉例而言：若電池總電壓的數據存在缺失問題，就有可能導致整個健康系統出現錯誤，實際儀表顯示電量與實際使用不符，也就無法尋得電池健康規律。

2 基于運行數據的PHEV驅動模式分析與能耗分析

通過實際PHEV運行情況和數據，對其驅動模式進行詳細的判定與劃分。以此，來了解每種模式下的能耗問題，進而分析其能耗情況為下一步優化提供依據。其車輛分析的框架如下：

2.1 數據分段

車輛只有在運行過程中才會將運行數據上傳到服務器端口，所以數據的采集是分段進行分析的。

對于數據分段檢測的方法：若第二、第三工況點所數據采集超過2分鐘的間隔時間，則將第三工況點視為第四個數據的起始數據，第二工況點視為第一個工況點數據的末端數據。

2.2 驅動模式判斷

純電動汽車的判定法：是采用單位里程法以及功率對比法兩種。主要通過單位里程法計算，公式如下：

①SOCf：數據末端電池SOC。

②SOC0：起始SOC值。

③E：電池總能量。

④L：已行駛的路程。

根據單位里程，可以判定其驅動模式，為純電動模式。

若PHEV不處于純電動模式，接下來判斷其是否處于混合驅動驅動模式或者內燃機驅動模式，具體操作公式如下：

若當前車速>0，SOC表現為遞減，公式符合（2），則車輛驅動模式為混合驅動;當前車速>0，SOC表現為不變，公式符合（3），則車輛驅動模式為內燃機模式。

若以上三種模式都不符合，接下來判斷車輛是否處于行車充電模式。

當車輛車速>0，SOC表現為增加，且該情況下的數據可以持續一定時間，大于閾值，公式符合（4），則車輛驅動模式為行車充電模式。

2.3 能耗分析

2.3.1 純電動驅動模式能量損耗分析

車輛處于純電動驅動模式時只損耗電能，重點探究其百公里電量損耗。具體計算公式如下：

Epure為單車綜合電耗，∑L為單車行駛里程的總和。

2.3.2 混合驅動驅動模式能量損耗分析

電能損耗量同純電動驅動模式下一致，油量損耗根據行駛路程所需要的總能量與電能消耗量的差值計算所得。

電能消耗量計算公式如下：

Ehybrid ：百公里電耗。

該驅動模式下，電貢獻度可以反映整車消耗的電能與總能量的關系，從而可以折射出PHEV在該工作中的電能參與度。

2.3.3 行車充電模式與內燃機驅動模式分析

行車充電模式下內燃機消耗油的能量=車輛所需總能量+電池提供的能量之和。

3 能耗優化

利用時序關聯及劃分的有效方式，根據插電式混合動力汽車（PHEV）的運行測試數據，對其驅動模式和能源損耗進行分析，可以全方位進行仿真控制，解析PHEV的能源特點。

PHEV的驅動模式為混合驅動時，車輛速度小于40 km/h 的工況點能達到百分之五十以上，此時與內燃機工作效率較低情況下正好吻合。車輛合理的能量控制是在內燃機效率最低的時候利用電機驅動模式進行替代，這樣可以降低能量的高損耗。

插電式混合動力汽車的驅動模式處于行車充電時，若行使路程大于百分之二十五，車速低于40 km/h時，且在這種狀態下，若內燃機效率低，會導致增大油量的消耗率。所以當車輛處于行車充電的驅動模式時，需使用load point shift charge功能，通過換擋將工作點轉速從A點改變至B點，并考慮系統效率最優化和NVH性能要求的方式，通過充電的方式將發動機工作點從B點轉移至發動機OOP線上的D點，在考慮NVH性能確定在C點; 系統效率最優為考慮發動機熱效率、電機效率、變速器效率、電池效率等等，B點至C點充入電池的能量帶來的油耗節油FC1，同時分別計算B點和C點時油耗FC2和FC3; 如果FC1>FC3-FC2則進行充電;否則以B點進行工作。

插電式混合動力汽車，與提高充電效率相比，將發電機的驅動力減小，能更好的降低車輛總的燃油消耗;將車輛的加速度最小化，可抑制汽車額外的制動，電池SOC在SV下的降低要高于RV情況下的降低，由于在SV情況下，車輛制動減小，避免了不必要的行為，達到更好的節能效果。

4 結語

新能源汽車在造型設計及結構特點有著自身的適應性及獨特性，插電式混合電動汽車無論是從車身設計還是不同驅動模式下的能耗都有全新的變化發展。為了迎合社會綠色發展，各領域并肩前行，在現代技術的發展下有望新型汽車的問世，為綠色環保技術更添光彩，為信息科研技術作出努力。PHEV插電式混合電動汽車與傳統車型相比，表現在PHEV本身設置兩套動力系統，與傳統燃油汽車大不相同，與純電動汽車相比，具有更廣的適用性。該車型兩套動力系統的設置擺放、體積大小、整體重量影響著它自身的造型特點：PHEV車身對于前后懸尺寸來說，只能加長或者擁有三個車廂的前后懸尺寸;為了將放置行李的后備箱進行電池可拆卸裝置，于是車身采用溜背式，方便較大的行李箱;PHEV的后座底架結構不僅要保護動力系統，還要對油箱進行保護，由于行李箱負載動力電池;PHEV與傳統車輛相比，在發生撞車等安全事故時，它的破損要更加嚴重，因此車本身設計需要更強的耐碰撞結構等。

參考文獻：

[1]王浩淼，楊偉東，劉全周，劉鐵山.插電式混合動力汽車的建模與仿真研究[J].機械設計與制造，2020（06）：83-86+90.

[2]李仲奎，夏衛群，袁亮，呂祝星，舒培超.插電式混合動力汽車車身結構特點分析與研究[J].上海汽車，2018（12）：11-17.

[3]陳亞偉，邵毅明，程前.插電式混合動力汽車的燃油經濟性優化分析[J].華僑大學學報（自然科學版），2020，41（02）：150-155.