一種純電動汽車自學習型控制策略

趙 爽，蘇松林，吳傲雪

（安徽江淮汽車集團股份有限公司 技術中心，安徽 合肥 230041）

隨著信息通信、互聯網、大數據、云計算、人工智能等技術在汽車領域廣泛應用，汽車正加速向智能化轉變[1]。液晶屏幕的使用帶來的是更加直觀的信息顯示。其中液晶顯示器（Liquid Crystal Display, LCD ）因其顯示內容豐富、工作穩定、功耗低、壽命長等優點在儀表顯示領域得到了廣泛應用[2]。車載儀表顯示屏作為最重要的人機界面組成之一，是車輛操作的重要依據[3]。電動汽車儀表上顯示的信息很多，諸如充電時間、驅動功率、回收功率、可用驅動功率、可用回收功率、電池電量、電池容量、電池能量等。前期的電動汽車對于此類信息是按照固定算法進行計算，沒有考慮其容量的衰減。上述信息中如充電時間、可用驅動功率、可用回收功率等會隨著電池容量的衰減而變得不準確，給用戶帶來困惑。

因此，本文提出一種自學習型車輛控制策略，通過汽車整車控制器（Vehicle Control Unit, VCU）的存儲功能，對某一功能進行自學習型修正，從而保證車輛全生命周期的使用過程中，對于車輛信息的顯示始終能保持真實性和準確性。下面列舉3項應用自學習策略的功能，如圖1所示。

圖1 標準充電時間修正原理圖

1 充電時間自學習

充電剩余時間受到充電電流的調整進行變換，尤其是普遍使用的動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，充電時間是一個變化波動的值。

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，交流充電時間正常顯示為

Tshow為儀表顯示剩余充電時間；T1為標準充滿充電時間；SOCnow為實時的SOC值，φ1為電流修正系數；I2為2 kW樁標準充電電流；Inow為實時充電電流，正常情況下I2=Inow，開空調或者熱管理部件開啟時，I2＞Inow。

同理可得出3.5 kW充電和7 kW充電充電剩余時間的顯示。

2.直流充電部分

直流充電時間正常顯示為

Tshow為儀表顯示剩余充電時間；T1為標準充滿充電時間；SOCnow為實時的SOC值；φ4為電流修正系數；I4為快充樁標準充電電流（常溫無限電流工況）；Inow為實時充電電流，正常情況下I4=Inow，開空調或者熱管理部件開啟時，I4＞Inow。

不同于交流充電，直流充電在不同SOC區段VCU發送的電流指令不同，既I4不是固定值，這里對φ4進行了分段處理。

3.標準充電時間T1，T2，T3和T4的修正

VCU程序中有單獨對T1、T2、T3和T4進行修正的函數，修正周期為 1個月。修正策略如圖2所示，修正公式為

式中，T'2為本次修正后的標準充電時間；T2為上次修正后的標準充電時間；η1為單次有效項修正系數；~η為總修正系數。

此算法優勢在于：

1）基于初始標定充電時間進行計算，具有精度高不會出現異常值的問題；

2）初始標定充電時間具有自學習的功能；

3）可通過 VCU遠程升級對初始標定時間進行遠程修正；

4）通過車輛本身的自學習可以不用考慮環境溫度的變化對電池容量的影響[5]。

2 駕駛員行為分析自學習及修正提示

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

如下列出3項提示內容：

1）能耗提醒。VCU監控最近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，請優化駕駛行為！”其中，δ10km、δ50km、δ25km分別為10 km能耗、25 km能耗、50 km能耗超過預設值時間占總行駛時間比例。

2）充電提醒。VCU監控駕駛員的充電行為，并對C值進行判斷。

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

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

3）駕駛行為提醒。VCU監控駕駛員的駕駛行為，并對A值進行判斷：

式中，A為單次行駛大電流時間占總行駛時間比例（包含驅動正電流和能量回收負電流），其中驅動和回收分別有閾值作為判斷依據。

當A≥20%時：

VCU會存儲總行駛次數和A'次數會對用戶駕駛行為進行分析，并對進行分段，如圖2所示，其中θ默認為標準。

圖2 駕駛員行為評分標準

3 可用剩余功率自學習

依據最新國標GB/T 19836—2019要求，純電動汽車和燃料電池電動汽車驅動系統有功率輸出時，車輛儀表應指示或顯示車輛驅動系統輸出的瞬時功率，應同時指示或顯示車輛驅動系統的可用剩余功率[7]。

本文所述功率分為可用剩余功率和實際功率，可用功率為固定值，實際功率只有在車輛加速或減速時才會有數值，可用剩余功率又分為可用驅動功率和可回收功率，實際功率分為實際驅動功率和實際回收功率。由于電機為電動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際電機驅動功率和回收功率。

3.1 非自學習型可用功率計算

1.實際功率計算公式

可以依據整車總線的電機扭矩值T電機和電機轉速值N電機進行計算，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際可用功率值。如圖3所示。

2.溫度限功率

當最高單體溫度達到電池包設定溫度范圍[T1,T2]閾值后，可用功率為

3.故障限功率

當出現驅動或回收限功率故障時，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，電池包總壓會出現急速下降，進而導致電池包輸出功率急速下降，此時需要對總壓進行分段，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定值；V實時為實時電池包總壓值。

5.單體限功率

當電池包單體電壓下降到一定閾值后，可用功率為

3.2 自學習型可用功率計算

任何電池在長期運行過程中，不可避免地會出現能量和容量衰減，而且非正常衰減會引發安全事故[9]。依據電池的衰減參數進行計算，電池出廠時會提供的功率參數表的理論值，對應不同溫度不同SOC下電池包可放出的最大功率和可回收的最大功率。VCU通過對功率參數表理論值進行查表得出此時最大的可用功率P可用。

但是隨著電池包使用時間的增長查表值會變得不準確，因此，本文通過電池包廠商提供的衰減因子δ（通過大量實驗得出δ＜1）。和通過功率參數表得出的可用功率P可用進行修正得出非限功率情況下的可用功率，修正周期為車輛達到滿功率100次，通過VCU存儲功能判斷未修正前，滿功率情況下的實際功率與可用功率的差值大于1 kW（此為標定值）的次數，當此次數超過閾值N時。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：滿功率情況下的實際功率與可用功率的差值大于1 kW（此為標定值）的次數M和整車達到滿功率的次數。

修正判斷條件：

修正恢復條件：

滿足修正恢復條件則跳回上次修正因子。

式（11）到式（13）中的不僅針對驅動功率顯示，也針對回收功率顯示，如圖4所示。此算法優勢在于可通過VCU的自主學習判斷來調節可用剩余功率的大小，不會因為電池包使用壽命的增長出現可用剩余功率不準確的情況。

圖4 實車顯示圖

4 結論

綜上所述，本論文所述自學習控制策略羅列了充電時間，駕駛員行為分析，可用剩余功率的算法，可擴展到其他不同功能的自學習型開發，通過VCU存儲或者遠程OTA對修正因子和初始標定值進行監控和修正，達到車輛實現自適應算法的功能。數據截至2022年8月已實現搭載此策略量產車型26 791臺。