智能网联技术应用于混合动力汽车探析

魏靖超

摘 要：文章简要介绍了混合动力汽车和智能网联技术的研究现状，阐明了混合动力汽车与智能网联技术相结合的意义。着重论述了在智能网联环境下混合动力汽车进行能量管理的优势以及混合动力汽车实现智能网联的技术要求，最后对未来二者的依托发展进行了展望。

关键词：混合动力汽车;智能网联技术;能量管理;燃油经济性

中圖分类号：U469.7  文献标识码：A  文章编号：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

近年来，信息融合技术、5G通信技术、大数据分析和云计算等关键技术的研究相继取得了突破性进展，以物联网为基础的智能网联技术正逐渐从一个概念变成现实，并为汽车、交通、通信等多个领域带来深远影响。在汽车行业智能化发展的大背景下，将智能网联技术与混合动力汽车结合，将会为混合动力汽车在能量管理等多方面带来极大的提升。

1 混合动力汽车与智能网联技术概述

1.1 混合动力汽车概述

混合动力汽车，是指驱动系统由两个及以上能够独立工作的动力源组成的汽车，汽车在行驶过程中的驱动力依据汽车的实时行驶状态由单个动力源或同时由多个动力源提供。混合动力汽车有多种分类方法，目前常常根据混合动力驱动的联结方式将混合动力汽车分为三类，分别是：串联式混合动力汽车、并联式混合动力汽车和混联式混合动力汽车[1]。

1.2 智能网联技术概述

智能网联技术是依托于物联网、大数据以及云计算等高新技术的新鲜产物，在汽车领域中的应用主要是通过在车上安装先进的传感器、控制器、执行器等装置，使汽车具备复杂环境感知、智能决策与控制等功能，并结合现代先进的通信技术和网络技术，实现车与车、车与路、车与人等的无线通信和信息交换，编织成一张以汽车为节点，能够与周边交通设施和智能终端相互协调、资源共享的通信网络[2]。

2 智能网联技术应用于混合动力汽车的意义及优势

图1是某发动机的外特征曲线图，从中可以看出，当汽车从怠速工况起步时，发动机的转矩从相对较低的水平开始攀升，并且上升的速度较为缓慢。随着转速的逐渐增加，在较长一段时间后转矩才能到达一个相对较高的水平，此后保持相对稳定;图2是某电动机的外特征曲线图，电动机从静止开始启动时，在很低的转速下就能产生很高的转矩。但是由于电动机在运转过程中很大程度上受到电池电荷状态的制约[3]，随着转速的增加，电动机的转矩逐渐降低且趋于较低水平。

由此可以看出，以发动机为动力源的汽车具有起步较慢，但在中、高速行驶时动力性强（发动机产生的转矩大且稳定）的特点;以电动机为动力源的汽车则响应速度较快，启动转矩大，但在中、高速行驶时因产生的转矩较小而动力性能不佳。所以目前混合动力汽车在设计层面为保证发动机的高效运行，确保车载电池的电荷状态、电池电压和使用寿命，常常按照汽车实际行驶工况进行动力源的能量管理，即在汽车起步和加速时采用纯电动模式，利用电动机的高转矩和快速响应来实现快速起步和加速;在低速行驶时单纯依靠能够高效利用能量的电动机驱动行驶，以降低污染物的排放量;在中、高速行驶时采用纯发动机模式，保证发动机的高效运行，维持汽车的动力性，并在行车过程中给车载电池充电;在汽车全速行驶时，充分利用混合动力汽车双动力的优势，由发动机和电动机共同提供动力以满足高负荷需求。

在实际的交通环境下，汽车的行驶工况是复杂多样的，在行驶过程中经常会面临加速、减速、紧急制动和起步等瞬时工况，极少情况下会长时间维持稳定的工况行驶。这时混合动力汽车为获得最佳的燃油经济性以及维持车载电池的电压和使用寿命，会按照上段所述的能量管理策略，频繁地进行发动机和车载电池间功率分配的转变。但在现有技术条件的约束下，系统的瞬间反应和动力源的输出转变过程难以达到快速平顺的要求，频繁的功率分配变化和瞬时工况出现将导致混合动力汽车的油耗量增大，并会对车载电池的使用寿命带来负面影响，从而使混合动力汽车有多个动力源的优势不能完全发挥。

智能网联技术的出现则可以有效地解决这一问题。在智能网联环境下，混合动力汽车配备信号收发装置，利用无线局域网络实现车-车、车-人以及车-交通设施间的相互通信，以获取周边车辆的行驶状态和信号灯、前方路况等实时交通信息。此后再通过相应的协同控制策略，使汽车之间保持理想的距离和相近的车速编队行驶，并根据相邻车辆的行驶状况自动调整该车的纵向运动状态，从而显著减少汽车的加减速次数、红绿灯启停次数及其他瞬时工况的出现次数，使混合动力汽车在较长时间内维持在一个较为稳定的行驶工况，避免了因行驶工况的频繁变化而使动力源功率分配的快速转变，也相应简化了混合动力汽车的能量管理策略。

3 混合动力汽车实现智能网联的技术要求

下面主要从车载设施、环境感知、信息交互、控制执行等相关方面介绍混合动力汽车实现智能网联所需要的关键技术。

（1）环境感知技术。环境感知技术是利用激光雷达、毫米波雷达、摄像头等环境感知传感器，对汽车自身状态（行驶速度、行驶方向、车辆位置等）、周围车辆及行人的位置和速度、交通信号灯和交通标识、道路延伸方向以及其他交通环境信息进行数据采集，为汽车的决策控制提供依据。环境感知技术经历了车道电子标记识别、单一传感器感知识别和多传感器融合感知识别的发展历程[4]，目前正朝着基于车联网的环境感知识别方向研究发展。

（2）多路信息融合技术。多路信息融合技术是将来自车上安装的不同位置和不同类型传感器和信号接收装置所接收到的信息，利用云计算、大数据存储等技术在一定的计算准则下进行综合和分析，消除信息间的冗余和矛盾，减少信息的不准确性和不确定性， 最终组合出完整、有效、精确的信息，从而使各路信息得到充分的利用，显著提高系统决策规划和汽车控制的准确性、合理性。

（3）无线通信技术。无线通信技术是将信息通过发送端发送到无线信道，并以电磁波的形式在空间中传播，最后由接收端进行接收[5]。在汽车智能网联的应用中，无线通讯技术分为长距离和短距离通信技术。长距离通信用于提供即时的互联网接入，主要利用蜂窝网络和4G/5G技术;短距离通信用于实现在特定区域内对高速移动目标的识别和双向通信，如V2V、V2I双向通信，主要依托DSRC、蓝牙、Wifi等相关技术。

（4）车载自组网络技术。车载自组网络技术是依托于现代通信技术，将一定通信范围内的车辆及路边基础设施连接，自动建立起一個移动的多节点、无中心的网络系统。在网络中能够实现车与车以及车与路边设施的通信，相互之间可以分享各自的速度信息、位置信息等。

（5）高精度地图与定位技术。高精度地图与定位技术主要用于精确定位汽车及周边物体的位置以及进行车道预测，同时能提供超视距的动态实时的交通信息，帮助汽车规划行驶路径，避开交通拥堵和交通障碍的路段。同时该技术具有不受气候环境因素影响的优点，当因环境问题导致车载传感器失效时，可降低事故发生的概率。高精度地图与普通导航的区别在于高精度地图的定位精度能达到厘米级别，而普通导航地图的精度则以米为单位。

4 结语

将智能网联技术应用于混合动力汽车中，能够显著减少混合动力汽车在行驶过程中瞬时工况的出现次数和动力源功率分配的频率，从而使混合动力汽车能够很好的发挥出兼具动力性和燃油经济性的优势。在这个科技日新月异的时代，一些汽车新技术的相继出现和日趋成熟，必将能够带动包括混合动力汽车在内的多类汽车在智能化、网联化以及节能性、环保性和舒适性等方面实现技术突破，从而有效缓解交通拥堵、环境污染、资源紧张等社会问题，带来更好的经济效益和环境效益，为人们提供更加便捷舒心的出行体验。

参考文献

[1] 郑竹安，蒋伟康，吕红明，等.混合动力电动汽车动力学模型仿真[J].重庆理工大学学报（自然科学），2019，33（03）：43-50.

[2] 李克强，戴一凡，李升波，等.智能网联汽车（ICV）技术的发展现状及趋势[J].汽车安全与节能学报，2017，8（01）：1-14.

[3] 蔺新永.混合动力电动汽车ISG型动力总成的匹配与仿真研究[D].长安大学，2011.

[4] 谢志萍，雷莉萍.智能网联汽车环境感知技术的发展和研究现状[J].成都工业学院学报，2016，19（04）：87-92.

[5] 徐莹.无线通信技术在智能交通系统中的应用研究[J].数字通信世界，2019（07）：219+223.