[01927340]混合动力重型商用车关键技术

随着我国对基础设施投资和重视程度的增加，交通基础设施的建设得到长足 发展，运输行业在人民生活和工业需求下呈现稳定增长趋势。2020 年全国货运 总量为 463.4 亿吨，其中公路货运量为 342.6 亿吨， 占货运总量的 73.9% 。公路 运输在整个运输行业中发挥着至关重要的作用，其增长也必然推动汽车行业的发 展，尤其是商用车。2020 年，商用车年产销量大幅增长，分别达到 523.1 万辆和 513.3 万辆，创历史新高，同比增长 20.0%和 18.7% ，其中重型商用车增速更为 明显，同比增长 38.25%。

在汽车产业迅猛发展的同时也给能源和环境带来了巨大的压力。2020 年中 国石油对外依存度突破 73%，汽车成品油高额消耗已经成为其持续攀升的主要原 因之一，同时汽车尾气中有害物质严重影响大气环境。随着能源危机的不断加剧、 环保形势的日渐严峻以及政府部门出台的越来越严格的排放标准，发展新能源汽 车已成为我国汽车工业的必然选择。同时，发展新能源汽车也是促进我国汽车制 造业不断转型升级，从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。目前，新能源汽车产 业已被七部委联合制定的《中国制造 2025》列为十大重点发展领域之一，同时 也是《国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标》的重点发 展的战略性新兴产业。

尽管柴油发动机技术在商用车燃料消耗量限值法规和排放标准的推动下不断提升，但其节能减排效果仍然无法与新能源技术相比肩，因此，商用车电动化 发展是未来的必由之路。商用车整车重量跨度较大，实际应用场景差异巨大，所 以应当针对不同场景设计电动化技术路线。重型商用车多用于高速长途运输工况， 采用纯电动方式需要配备数吨重的电池，极大增加了整车重量和运输成本；而氢 燃料电池在氢气的制备、储存及运输等方面仍存在很大挑战；因此，混合动力重 型商用车将成为未来重点发展方向。

然而，国内的混合动力重型商用车技术的发展起步较晚，在动力总成参数匹 配及优化、关键部件及系统研制以及能量管理控制等方面的研究有待进一步发展。

本项目进行混合动力重型商用车关键技术研究，为混合动力重型商用车的研 发和产业化提供重要支撑。主要包括对混合动力重型商用车专用底盘平台设计与 开发、混合动力重型商用车动力总成参数匹配及优化技术、混合动力商用车能量 管理控制策略研究、混合动力商用车关键零部件及系统研制等关键技术进行系统 深入的研究， 目前已经取得了一定的研究成果和技术储备。

主要创新点

（1）混合动力重型商用车专用底盘平台设计与开发

研究了整车电控系统、电池系统、电机系统、增程器系统及辅助设施等，建 立了增程/插电式混合动力重型商用车关键部件的产品参数和性能指标的查询数 据库；研究了基于 CAN 总线的整车电控模块化设计方案；研究了增程式纯电动 重卡和大客车特定的功能需求与性能指标、集中驱动与双轮边电机独立驱动的适 应范围、增程式代替纯电动供电的综合损益、开发平台总体方案选择与评估系统， 构建了适应多领域需求的增程式纯电动重型商用车专用底盘平台方案。分析了电 机、电池、电控系统等电动车特有零部件的特性和要求，结合整车综合性能要求， 在车辆动力性、安全性和舒适性等约束下对总体布置进行设计；确定了适应电动 车特性的悬架系统、转向和制动机构、操纵机构等布置；然后根据轴荷分配等要 求，确定电池系统、电机系统及其他总成的布置。最后根据整车性能、电气安全 和管道布置要求完成布局优化设计。

（2）混合动力重型商用车动力总成参数匹配及优化技术研究

根据现有行驶工况下的增程/插电式混合动力重型商用车载荷-能量谱库，研 究了行驶工况、驾驶人行为、载荷特征簇和能量特征簇之间的特征关系链，获得

了混合动力商用车载荷-能量特征；并且，利用载荷-能量特征动态耦合动力系统 架构、规划能量传输流路径，以此确定当前行驶工况和能量需求下的插电/增程 式混合动力商用车最优动力系统架构；最后，在动力系统优化过程中，基于循环 工况特征参数和载荷-能量特征谱，提出整车动力系统优化指标，以动力性、经 济性和小型化为优化目标，研究各指标加权系数之间的优化关系，采用基于非归 一理论的 Pareto 机制带精英策略的非支配排序多目标算法确定各优化目标的权 重，采用基于线性加权的多目标遗传算法对动力系统架构各部件参数进行优化， 获得不同动力系统构架下最优匹配关系，形成参数-构架匹配关系特征链。

（3）混合动力商用车能量管理控制策略研究

提出一种集成优化方法以保证混合动力商用车从设计到应用过程中都具有 最佳性能。首先，为了在离线参数优化过程中消除部件设计与能量管理之间的耦 合关系，提出了一种融合 NSGA-II 与动态规划（DP）的联合优化方法。通过该 方法的应用，在全局最优能量管理策略的基础上对传动系参数进行了优化设计， 能耗和加速时间分别减少了4.71%和4.59% 。其次，为了实现基于庞特里亚金极 小值原理（PMP）的能量管理策略的实时应用，采用无模型自适应控制（MFAC） 方法来跟踪预先设计的线性 SOC 轨迹，并且将其控制变量作为 PMP 的协态。主 要发现是通过 MFAC 产生的协态逐渐收敛于根据已知工况导出的最优协态。这 意味着 MFAC 控制器可以在不通过离线计算的情况下实现 PMP 能量管理策略的 实时应用。最后，验证结果表明，提出的基于 MFAC 控制的方法既适用于典型 工况也适用于未知的随机工况，同时，与传统 PID 控制比较能够进一步改善车 辆燃油经济性。

（4）混合动力商用车关键零部件及系统研制

搭建了增程/插电式混合动力商用车整车控制器硬件开发平台，完成了高性 能整车控制器硬件开发和软硬件集成、生产、装车与测试；研究了整车控制策略、 能量优化管理、充电控制管理、整车故障诊断与处理、失效容错控制、在线标定 和监控等技术；研究了基于轮边电机驱动的转矩协调控制技术；研究了回馈制动 与机械制动的匹配控制策略。研究了电动商用车双电机独立驱动车桥系统总体方 案；研究了轮边电机、减速器、制动器、轮毂、桥体的一体化设计制造技术；研 究了轮边电驱动的控制技术；研究了轮边电驱动车桥空气悬架集成与控制技术；研究了能量再生制动控制技术；研究了电驱动车桥系统的冷却与热管理技术、电 驱动车桥的 NVH 技术。研究了高密度、高集成度、高效率电机及其控制系统； 研究了电机与机电耦合装置的集成技术；研究了车载环境下电机系统热管理与减 振降噪技术；研究了电机系统的环境适应性、可靠性与耐久性预测和评估方法； 研究了电机系统产品化应用技术。研究了基于国产化材料的高性能动力电池设计 技术，研究了单体电池一致性和安全性设计技术；研究了电池模块化设计及组装 技术、轻量化设计和批量化生产技术；研究了电池系统 SOC 、SOH 和 SOF 估算 算法；研究了电池系统热、电、结构设计一体化集成与高效管理技术。