混合動力汽車續駛里程策略

摘要：續航里程作為車輛與駕駛員的信息交互媒介，其顯示的穩定性和準確性直接影響駕駛員對車輛狀態的判斷。文章闡述了燃油實際里程的計算方法，在油耗計算中融合了歷史數據與最近1 km的實際油耗，油箱剩余油量則根據液位傳感器參數計算獲得，通過添加濾波的方式保證剩余油量數據的穩定性，同時采取策略防止車輛坡道行駛時液位突變而導致剩余油量計算偏差。該研究定義了燃油續駛里程目標值與儀表當前顯示值，計算兩者的差值并查表獲取對應的里程修正系數及車輛行駛時長，通過運用一系列計算并更新儀表上的燃油續駛里程顯示，有效解決了混合動力汽車研發過程中遇到的續駛里程顯示不準確、跳變過大以及不同油耗狀況下滿油后續駛里程顯示不一致等問題。

關鍵詞：混合動力汽車；續駛里程；顯示策略

中圖分類號：U46" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：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題，這類焦慮源于汽車動力系統的最大行駛里程限制，還常常因為續航里程計算結果不準確或顯著波動而加劇。續航里程，即車輛能繼續行駛的里程，對混合動力汽車而言，包括純電續航里程與燃油續航里程，兩者之和構成總續航里程。燃油續駛里程的不準確性及不穩定性主要是由車輛平均油耗、剩余油量計算不準確等問題導致的。針對這些問題，成瀚等［1］提出在組合儀表端對剩余油量百分比信號增加一階低通濾波的方法解決油量波動導致的剩余油量計算不準確的問題；鄭強等［2］提出采用優化平均油耗的計算方法解決不同的行駛路況以及駕駛習慣導致的平均油耗計算不準確的問題；朱長文等［3］通過計算與分析續航里程的重要參數，提出新的設計理念并完善現有的續航里程控制策略，使其能在不同的行駛路況和駕駛習慣下準確反映車輛的實際續航能力；姜俊昭等［4］構建了歷史-實時能耗加權的續駛里程計算方法，解決了片段內極端工況變化導致的續駛里程計算值偏離大的問題，提高了續駛里程計算的準確性。在傳統車輛中，燃油續航里程顯示策略多由儀表計算處理，但混合動力汽車因為整車控制策略較為復雜，所以由HECU（整車混動控制單元）負責更為合適。本文以某后驅混合動力商用車型為例，介紹HECU如何獲取油耗、車速及油位等車輛信息，通過一系列算法計算燃油續駛里程。為確保數據的準確性和穩定性，還應用了濾波策略進行進一步處理，最終通過總線將儀表顯示的剩余燃油里程信息發送給儀表顯示。這一策略不僅可為該車型提供了有效的燃油續駛里程計算方案，也可為其他廠家開發新車型提供參考和借鑒。

1 混合動力汽車燃油續駛里程計算策略

1.1 燃油續駛里程計算

根據當前油箱剩余的燃油量以及整車50 km油耗數據，可以計算得出燃油的續駛里程，具體算法為

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

其中：S油為燃油續航里程，km；V油為剩余燃油的量，L；F為50 km油耗數據，L/50 km。

1.2 剩余燃油量計算

HECU燃油管理系統對油箱內安裝的液位傳感器所采集到的數據進行處理與分析，計算出油箱當前的剩余燃油量，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，該值可以根據燃油液位查表獲取，并根據實際情況進行標定。剩余油量修正值見表1。

HECU通過針腳與燃油箱內的電阻傳感器實現硬線連接，利用不同液位高度對應不同電阻值的原理，將油箱內的液位信息轉換為電信號輸出。油箱的液位結構示意圖見圖1；剩余油量與傳感器電阻值的對應關系見表2。

獲取油位采集信號后，HECU添加濾波，采集周期為100 ms，濾波方式如下：當前油位值=上時刻油位值×0.98+當前油位值×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程中產生的液位突變對后續計算造成誤差，HECU實施了雙重策略確保油位數據的準確性。

（1）策略一：油位多重驗證機制。每次系統上電時，HECU先讀取一個初始燃油液位值，根據公式（2）計算出油箱剩余燃油量，然后通過監測發動機啟動時的噴油脈寬進行遞減，得到實時的剩余燃油量，并在下電時記憶。每次上電時，將按照燃油液位計算得到的剩余燃油量與上次下電記憶的剩余燃油量進行對比，若相差2 L以上，則判定為油位數據有誤，可能是車輛停放在坡道或油位感器發生故障導致的，此時標記當前油位值為無效，并以上次下電記憶的剩余燃油量為基礎值。

（2）策略二：加油識別與重置機制。HECU一旦識別到車輛加油完成，則允許燃油液位數據發生跳變，同時HECU會以燃油液位計算得到的剩余燃油量為基礎進行后續計算。

1.4 50 km油耗計算規則

汽車的性能、行駛環境、路況等因素都會對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準確的平均油耗值，可以采用以下計算規則計算50 km油耗數據F：

F =上個時刻50 km油耗數據值×[4950] +最近1 km油耗" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（3）

其中：50 km油耗數據初始值設定為默認值、上次下電記憶值或最近一次有效值；最近1 km油耗根據當前每100 ms的油耗數據，在整車行駛1 km距離時進行積分計算得出。

為確保50 km平均油耗算法有效，計算時必須同時滿足以下兩個條件且持續2 s：①發動機轉速 ≥ 800 rmp；②整車車速 ≥ 2 km/h。若以上任一條件不滿足或持續不到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），或根據能耗測試數據設定的初始值。對計算得出的油耗數據F進行上下限的限制，確保結果既不超過最大油耗值（20 L/100 km），也不低于最小油耗值（2 L/100 km）。

2 儀表顯示續航里程策略

針對混合動力汽車里程顯示的問題，考慮到發動機與MCU（驅動電機控制單元）的解耦特性，以及HECU多樣化的運行模式和保電策略導致的里程計算波動，為確保駕駛員通過儀表獲取的續駛里程信息平滑且穩定，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困惑或不滿，在里程顯示需加入平滑處理策略，提升數據的順暢性。關于加滿油后的總續駛里程顯示，存在兩種策略選擇：一是直接采用NEDC（新歐洲駕駛循環周期）或WLTC（世界輕型車輛測試循環）等數據設定的額定續駛里程作為固定顯示值；二是根據實時油耗量計算并動態更新顯示里程。本文提出的策略是車輛加滿油后，儀表盤上固定顯示一個預先設計好的續駛里程值，并同時對數據進行虛擬里程處理。

2.1 燃油續駛里程顯示策略

燃油續駛里程目標值 =（NEDC燃油續駛里程–實際計算的燃油續駛里程）× 續駛里程比例系數 + 實際計算的燃油續駛里程。其中，NEDC燃油續駛里程根據剩余燃油的占比（見表3）獲取。續駛里程比例系數根據剩余油量查表獲?。ㄒ姳?）。

儀表顯示續駛里程每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新顯為儀表應更新的燃油續駛里程；S顯為當前儀表顯示的燃油續駛里程；S行為t秒內車輛行駛的距離；S目為目標燃油續駛里程；S差為當前儀表顯示的燃油續駛里程減去目標燃油續駛里程的值；K為里程修正系數。K值和t值根據里程、時間修正表（見表5）獲取。

儀表燃油續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）儀表當前顯示的燃油續駛里程值過渡到目標值時做平滑處理，每次更新的數值變化不能超過2 km。

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

2.2 NEDC工況

NEDC工況是一種用于評估純電動車續航能力的測試策略，通過模擬實際駕駛過程中的不同工況測試車輛的續航表現。SOC（剩余電量百分比）平衡純電續駛里程測試工況參照國標《輕型汽車污染物排放限值及測量方法 （中國第五階段）》（GB/T 18352.5—2013）中定義的NEDC循環進行，該循環包含兩個部分：第一部分為市區運轉循環，第二部分為市郊運轉循環。NEDC工況曲線圖見圖3。

3 試驗驗證

本文針對某輕型商用混合動力汽車進行車輛路試驗證，該車型整備質量為1 810 kg，以其日常載貨質量2 t為測試條件，測試環境溫度設定為21 ℃。此次路試驗證活動在A市進行，行車驗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）。

混合動力汽車續駛里程包括純電及燃油兩個部分，為了驗證策略的可靠性，通過精確標定，將SOC維持在某一限值范圍內，單獨驗證燃油系統續駛里程的顯示精度。里程驗證結果見表6，從表6中的數據可知，車輛行駛的里程與儀表顯示燃油續駛里程減少值的差異控制在10 km內，跳變幅度不超過2 km，說明驗證結果合格，策略符合設計要求。

4 結語

混合動力汽車中，發動機的主要功能是發電，其與驅動電機之間是解耦關系，使整車在實際運行中的策略與運行模式呈現多樣化的特點，因此給燃油續駛里程的計算帶來了很大的挑戰。本文闡述了燃油續駛里程的計算策略與顯示策略，具體通過軟件實現，并在實車上進行了驗證。驗證結果表明，在車輛實際行駛過程中，儀表顯示的燃油續駛里程跳變幅度在2 km以內，并且車輛行駛的里程與儀表顯示燃油續駛里程減少值之間的差異保持在10 km以內，滿足設計要求，屬于可以接受的范圍。這一策略的可行性得以證明，并應用于某汽車企業的系列車型上，實現了批量生產。受時間及車輛資源等方面的限制，當前的驗證方案還不夠全面，例如在極端工況下的跳變情況還需進一步探討驗證。

5 參考文獻

［1］成瀚，邱濤，毛曉棟.汽車續航里程變化過快問題及剩余油量濾波方法討論［J］.汽車電器，2018（12）：49-50.

［2］鄭強，徐杰明，董澤亮，等.汽車續航里程計算方法研究［C］//中國汽車工程學會.2013中國汽車工程學會年會論文集精選.北京：北京理工大學出版社，2013.

［3］朱長文，王沐晗，王婭男.續航里程的控制策略［J］.汽車實用技術，2018（3）：117-118，131.

［4］姜俊昭，楊文豪，彭彬，等.基于能耗加權策略的燃料電池汽車續駛里程預測［J］.汽車工程，2023，45（12）：2357-2365，2329.

［5］何毅波，陳乾.汽車油耗的測量與計算研究及其進展探討［J］.裝備制造技術，2019（5）：54-56.

*柳州市科技攻關與新產品試制“面向多場景的模塊化電驅動平臺技術研究及應用”（2022ABA0102）。

【作者簡介】時武林，男，廣西桂林人，工程師，研究方向：整車標定及控制；蔣青陶，男，四川宜賓人，助理工程師，研究方向：整車系統控制；趙硯，男，四川綿陽人，工程師，研究方向：新能源動力集成及控制；唐禮飛，男，廣西玉林人，工程師，研究方向：燃油系統。

【引用本文】時武林，蔣青陶，趙硯，等.混合動力汽車續駛里程策略［J］.企業科技與發展，2024（5）：115-118.