智能網聯技術應用于混合動力汽車探析

魏靖超

摘 要：文章簡要介紹了混合動力汽車和智能網聯技術的研究現狀，闡明了混合動力汽車與智能網聯技術相結合的意義。著重論述了在智能網聯環境下混合動力汽車進行能量管理的優勢以及混合動力汽車實現智能網聯的技術要求，最后對未來二者的依托發展進行了展望。

關鍵詞：混合動力汽車;智能網聯技術;能量管理;燃油經濟性

中圖分類號：U469.7 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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、5G通信技術、大數據分析和云計算等關鍵技術的研究相繼取得了突破性進展，以物聯網為基礎的智能網聯技術正逐漸從一個概念變成現實，并為汽車、交通、通信等多個領域帶來深遠影響。在汽車行業智能化發展的大背景下，將智能網聯技術與混合動力汽車結合，將會為混合動力汽車在能量管理等多方面帶來極大的提升。

1 混合動力汽車與智能網聯技術概述

1.1 混合動力汽車概述

混合動力汽車，是指驅動系統由兩個及以上能夠獨立工作的動力源組成的汽車，汽車在行駛過程中的驅動力依據汽車的實時行駛狀態由單個動力源或同時由多個動力源提供?；旌蟿恿ζ囉卸喾N分類方法，目前常常根據混合動力驅動的聯結方式將混合動力汽車分為三類，分別是：串聯式混合動力汽車、并聯式混合動力汽車和混聯式混合動力汽車[1]。

1.2 智能網聯技術概述

智能網聯技術是依托于物聯網、大數據以及云計算等高新技術的新鮮產物，在汽車領域中的應用主要是通過在車上安裝先進的傳感器、控制器、執行器等裝置，使汽車具備復雜環境感知、智能決策與控制等功能，并結合現代先進的通信技術和網絡技術，實現車與車、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點，能夠與周邊交通設施和智能終端相互協調、資源共享的通信網絡[2]。

2 智能網聯技術應用于混合動力汽車的意義及優勢

圖1是某發動機的外特征曲線圖，從中可以看出，當汽車從怠速工況起步時，發動機的轉矩從相對較低的水平開始攀升，并且上升的速度較為緩慢。隨著轉速的逐漸增加，在較長一段時間后轉矩才能到達一個相對較高的水平，此后保持相對穩定;圖2是某電動機的外特征曲線圖，電動機從靜止開始啟動時，在很低的轉速下就能產生很高的轉矩。但是由于電動機在運轉過程中很大程度上受到電池電荷狀態的制約[3]，隨著轉速的增加，電動機的轉矩逐漸降低且趨于較低水平。

由此可以看出，以發動機為動力源的汽車具有起步較慢，但在中、高速行駛時動力性強（發動機產生的轉矩大且穩定）的特點;以電動機為動力源的汽車則響應速度較快，啟動轉矩大，但在中、高速行駛時因產生的轉矩較小而動力性能不佳。所以目前混合動力汽車在設計層面為保證發動機的高效運行，確保車載電池的電荷狀態、電池電壓和使用壽命，常常按照汽車實際行駛工況進行動力源的能量管理，即在汽車起步和加速時采用純電動模式，利用電動機的高轉矩和快速響應來實現快速起步和加速;在低速行駛時單純依靠能夠高效利用能量的電動機驅動行駛，以降低污染物的排放量;在中、高速行駛時采用純發動機模式，保證發動機的高效運行，維持汽車的動力性，并在行車過程中給車載電池充電;在汽車全速行駛時，充分利用混合動力汽車雙動力的優勢，由發動機和電動機共同提供動力以滿足高負荷需求。

在實際的交通環境下，汽車的行駛工況是復雜多樣的，在行駛過程中經常會面臨加速、減速、緊急制動和起步等瞬時工況，極少情況下會長時間維持穩定的工況行駛。這時混合動力汽車為獲得最佳的燃油經濟性以及維持車載電池的電壓和使用壽命，會按照上段所述的能量管理策略，頻繁地進行發動機和車載電池間功率分配的轉變。但在現有技術條件的約束下，系統的瞬間反應和動力源的輸出轉變過程難以達到快速平順的要求，頻繁的功率分配變化和瞬時工況出現將導致混合動力汽車的油耗量增大，并會對車載電池的使用壽命帶來負面影響，從而使混合動力汽車有多個動力源的優勢不能完全發揮。

智能網聯技術的出現則可以有效地解決這一問題。在智能網聯環境下，混合動力汽車配備信號收發裝置，利用無線局域網絡實現車-車、車-人以及車-交通設施間的相互通信，以獲取周邊車輛的行駛狀態和信號燈、前方路況等實時交通信息。此后再通過相應的協同控制策略，使汽車之間保持理想的距離和相近的車速編隊行駛，并根據相鄰車輛的行駛狀況自動調整該車的縱向運動狀態，從而顯著減少汽車的加減速次數、紅綠燈啟停次數及其他瞬時工況的出現次數，使混合動力汽車在較長時間內維持在一個較為穩定的行駛工況，避免了因行駛工況的頻繁變化而使動力源功率分配的快速轉變，也相應簡化了混合動力汽車的能量管理策略。

3 混合動力汽車實現智能網聯的技術要求

下面主要從車載設施、環境感知、信息交互、控制執行等相關方面介紹混合動力汽車實現智能網聯所需要的關鍵技術。

（1）環境感知技術。環境感知技術是利用激光雷達、毫米波雷達、攝像頭等環境感知傳感器，對汽車自身狀態（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、交通信號燈和交通標識、道路延伸方向以及其他交通環境信息進行數據采集，為汽車的決策控制提供依據。環境感知技術經歷了車道電子標記識別、單一傳感器感知識別和多傳感器融合感知識別的發展歷程[4]，目前正朝著基于車聯網的環境感知識別方向研究發展。

（2）多路信息融合技術。多路信息融合技術是將來自車上安裝的不同位置和不同類型傳感器和信號接收裝置所接收到的信息，利用云計算、大數據存儲等技術在一定的計算準則下進行綜合和分析，消除信息間的冗余和矛盾，減少信息的不準確性和不確定性，?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，顯著提高系統決策規劃和汽車控制的準確性、合理性。

（3）無線通信技術。無線通信技術是將信息通過發送端發送到無線信道，并以電磁波的形式在空間中傳播，最后由接收端進行接收[5]。在汽車智能網聯的應用中，無線通訊技術分為長距離和短距離通信技術。長距離通信用于提供即時的互聯網接入，主要利用蜂窩網絡和4G/5G技術;短距離通信用于實現在特定區域內對高速移動目標的識別和雙向通信，如V2V、V2I雙向通信，主要依托DSRC、藍牙、Wifi等相關技術。

（4）車載自組網絡技術。車載自組網絡技術是依托于現代通信技術，將一定通信范圍內的車輛及路邊基礎設施連接，自動建立起一個移動的多節點、無中心的網絡系統。在網絡中能夠實現車與車以及車與路邊設施的通信，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。高精度地圖與定位技術主要用于精確定位汽車及周邊物體的位置以及進行車道預測，同時能提供超視距的動態實時的交通信息，幫助汽車規劃行駛路徑，避開交通擁堵和交通障礙的路段。同時該技術具有不受氣候環境因素影響的優點，當因環境問題導致車載傳感器失效時，可降低事故發生的概率。高精度地圖與普通導航的區別在于高精度地圖的定位精度能達到厘米級別，而普通導航地圖的精度則以米為單位。

4 結語

將智能網聯技術應用于混合動力汽車中，能夠顯著減少混合動力汽車在行駛過程中瞬時工況的出現次數和動力源功率分配的頻率，從而使混合動力汽車能夠很好的發揮出兼具動力性和燃油經濟性的優勢。在這個科技日新月異的時代，一些汽車新技術的相繼出現和日趨成熟，必將能夠帶動包括混合動力汽車在內的多類汽車在智能化、網聯化以及節能性、環保性和舒適性等方面實現技術突破，從而有效緩解交通擁堵、環境污染、資源緊張等社會問題，帶來更好的經濟效益和環境效益，為人們提供更加便捷舒心的出行體驗。

參考文獻

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

[2] 李克強，戴一凡，李升波，等.智能網聯汽車（ICV）技術的發展現狀及趨勢[J].汽車安全與節能學報，2017，8（01）：1-14.

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

[4] 謝志萍，雷莉萍.智能網聯汽車環境感知技術的發展和研究現狀[J].成都工業學院學報，2016，19（04）：87-92.

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