先進(jìn)的混合動(dòng)力總成管理控制系統(tǒng)通常面臨著高度復(fù)雜的需求，本文評(píng)述了新材料解決方案和互聯(lián)技術(shù)將如何提升系統(tǒng)效率，以及如何實(shí)現(xiàn)具有較強(qiáng)預(yù)測(cè)功能的管理過(guò)程。

與燃油車相比，混合動(dòng)力汽車已逐步提升了動(dòng)力總成控制管理系統(tǒng)的復(fù)雜程度，并且仍在與日俱增。混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要在同一時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)扭矩輸出、穩(wěn)定車輛運(yùn)行，以及能量管理等功能。

在汽車行業(yè)中，高水平的管理系統(tǒng)成功與否的標(biāo)準(zhǔn)曾經(jīng)是通過(guò)微控制器來(lái)進(jìn)行衡量的。目前，制造商通過(guò)對(duì)微處理器進(jìn)行集成，從而使其性能和通信接口的數(shù)量增加到了一定程度。

里卡多公司負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)軟件、標(biāo)定和控制系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)Peter Fussey對(duì)此提到，就混合動(dòng)力汽車而言，由于其配備有燃油和電能2類不同的能源，并且需要使車輛在兩者之間進(jìn)行無(wú)縫切換，致使整個(gè)能量管理的優(yōu)化過(guò)程較為復(fù)雜。

GKN Automotive電驅(qū)動(dòng)力總成總經(jīng)理Dirk Kesselgruber對(duì)此解釋道，與燃油車或純電動(dòng)車相比，車輛在充分實(shí)現(xiàn)混動(dòng)化后的復(fù)雜程度為原來(lái)的400%。在1臺(tái)純電動(dòng)車中，僅通過(guò)1臺(tái)電機(jī)和1個(gè)高速的總線接口就可以滿足驅(qū)動(dòng)需求。

變化的駕駛狀況和復(fù)雜的效率特性僅增加了車輛的復(fù)雜性，但Fussey相信全新的道路網(wǎng)軟件將在短期內(nèi)對(duì)其管理功能進(jìn)行優(yōu)化。里卡多公司的研究人員將來(lái)自電子地平線（Electronic Horizon）或云端的先進(jìn)路線信息引入控制器中，從而精確地預(yù)測(cè)未來(lái)的車輛運(yùn)行過(guò)程，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化。

比例-積分-微分（PID）控制器將用于測(cè)算內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行中所需要的控制決策。然而，如將該技術(shù)領(lǐng)域推廣至混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車領(lǐng)域，由此對(duì)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求則會(huì)進(jìn)一步提升。研究人員通過(guò)采用嵌入式的道路網(wǎng)軟件，即可有效充分實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。

權(quán)衡利弊

開(kāi)發(fā)過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)主要包括成本、效率、布置、可靠性、安全性及質(zhì)量約束等方面，電驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)專家Equipmake的總經(jīng)理Ian Foley對(duì)此進(jìn)行了證實(shí)。

目前，研究人員面臨的最大挑戰(zhàn)是如何在合適的成本下實(shí)現(xiàn)更高的效率？在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，針對(duì)采用碳化硅（SiC）還是傳統(tǒng)的硅絕緣柵雙極晶體管（IGBTs），研究人員之間產(chǎn)生了較大的意見(jiàn)分歧。

隨著低壓48 V和高壓800 V技術(shù)的推廣，并未顯著阻礙混合動(dòng)力控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。許多研究人員始終認(rèn)為，為提升整車性能，需要開(kāi)發(fā)出更多性能更優(yōu)越的能量管理策略，并且一直在對(duì)能量管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

英國(guó)巴斯大學(xué)高級(jí)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究院（IAAPS）的高級(jí)講師Richard Burke對(duì)此解釋道，為了進(jìn)一步降低NOx排放，可能需要使內(nèi)燃機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行在特定的工況點(diǎn)下，但該目標(biāo)通常難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠鋾?huì)以犧牲整機(jī)動(dòng)力為前提。

然而，研究人員無(wú)須過(guò)度擔(dān)憂動(dòng)力性能的下降，因?yàn)樵摬糠謸p失可以通過(guò)混動(dòng)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)。未來(lái)，汽油機(jī)和柴油機(jī)可能會(huì)逐步退出歷史舞臺(tái)，但如要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可能仍需要20～30年的時(shí)間。由于內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生NOx排放，為此仍需要嚴(yán)加控制。

控制標(biāo)定

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在開(kāi)發(fā)過(guò)程中， Fussey提到，數(shù)字孿生（digital twins）技術(shù)可被用來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)控制算法進(jìn)行標(biāo)定。緯湃科技（Vitesco Technology）電子器件專家Markus Hackelsperger也提到，目前有1個(gè)預(yù)先使用模擬工具和仿真工具的需求，研究人員需要通過(guò)專門的硬件在環(huán)（HIL）軟件測(cè)試平臺(tái)來(lái)開(kāi)展研究。未來(lái)，研究人員非常有可能在基于HIL反饋的虛擬樣車上開(kāi)展測(cè)試工作。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（DSD，Drive System Design）公司的研究團(tuán)隊(duì)更專注于開(kāi)展模擬工作，以及對(duì)虛擬驗(yàn)證的批準(zhǔn)，但其目前仍在從事針對(duì)物理樣件的研發(fā)。DSD控制系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)Pedro Zabala對(duì)此提到，在過(guò)去10年間，模擬和驗(yàn)證等工作已經(jīng)歷了較長(zhǎng)的發(fā)展歷程。對(duì)于基礎(chǔ)深入分析而言，試驗(yàn)工具的相關(guān)性及精確度均已有了大幅提升。

就未來(lái)的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)而言，在中短期內(nèi)，研究人員期望將先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）集成到管理控制器中。通過(guò)充分運(yùn)用數(shù)據(jù)和性能更優(yōu)越的車載服務(wù)，管理控制器將能更好地理解預(yù)期的車輛運(yùn)行過(guò)程，并可將該信息并入高級(jí)預(yù)測(cè)控制過(guò)程中，以此改善整個(gè)車輛的能量管理過(guò)程。

然而，目前管理控制器仍存在效率受限的問(wèn)題，并且大部分行業(yè)專家認(rèn)為SiC將是未來(lái)動(dòng)力總成的規(guī)則改變者。Foley對(duì)此提到，功率元器件不能變得更加高效，是因?yàn)?a target="_blank">轉(zhuǎn)換器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了98%～99%的高效運(yùn)行目標(biāo)，但SiC將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

Stellantis集團(tuán)動(dòng)力總成元器件經(jīng)理Eric Tomietto也在重點(diǎn)關(guān)注著SiC的使用過(guò)程，并認(rèn)為基于域控制器（domain controllers）的全新的電子器件結(jié)構(gòu)將會(huì)直接推動(dòng)控制單元的演變過(guò)程。

但當(dāng)汽車行業(yè)開(kāi)始廣泛且有效地運(yùn)用SiC時(shí)，創(chuàng)新過(guò)程將會(huì)繼續(xù)開(kāi)展，并能相應(yīng)提升系統(tǒng)效率。緯湃科技電氣化專家Alexander Reich對(duì)此解釋道，寬帶隙設(shè)備將能顯著提升系統(tǒng)效率，并且已有部分研究人員針對(duì)直流-直流轉(zhuǎn)換器開(kāi)展了研究。通過(guò)提升效率，將能有效提升設(shè)備的集成度，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)。

編輯：jq