引言：增程式技术的核心挑战

增程式电动汽车（Range-Extended Electric Vehicle，简称REEV）作为一种独特的混合动力架构，近年来在中国市场获得了显著的关注和应用。其核心理念是“以电为主，以油为辅”：车辆主要依靠电机驱动，电池提供主要能量来源，而一台小型内燃机（增程器）则作为发电机，在电池电量不足时为电池充电或直接为电机供电。这种架构避免了传统混合动力中复杂的机械耦合，简化了传动系统，但也给发动机标定带来了前所未有的挑战。

与传统燃油车或并联式混合动力车不同，增程式发动机的运行工况相对单一——它不需要直接驱动车轮，不需要频繁启停（虽然可以），也不需要像传统发动机那样覆盖从怠速到红线的宽广转速和负荷范围。它的主要任务是在最高效的区间运行，以最低的油耗产生所需的电能。然而，用户对车辆的期望是多维度的：既要超低的油耗，又要随叫随到的动力响应，还要平顺安静的驾驶体验。如何在这些看似矛盾的目标之间找到最佳平衡点，正是增程式发动机标定策略的精髓所在。

本文将深入剖析增程式发动机标定的核心策略，从技术原理、关键控制逻辑到实际应用中的权衡取舍，揭示工程师们如何通过精细的软件算法和参数调校，实现油耗与动力输出的完美平衡。

一、增程式发动机标定的核心目标与约束

在深入策略之前，我们必须明确标定工作的核心目标和面临的约束条件。

1.1 核心目标

  • 极致的燃油经济性： 这是增程式技术的立身之本。标定的首要目标是让发动机在尽可能低的油耗下运行，通常追求的是“升油发电量”（kWh/L）的最大化。
  • 卓越的动力响应性： 尽管发动机不直接驱动车轮，但其发电功率必须能够满足电机峰值功率的需求，尤其是在急加速或高速巡航等高负载工况下。同时，从用户踩下油门到发动机响应之间的时间延迟（即“响应滞后”）必须被控制在极短的范围内。
  • 出色的NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能： 由于发动机与车轮解耦，其转速和负荷的变化不再与车速直接相关，这可能导致令人不适的“噪音与振动突兀感”。标定必须确保发动机的介入和运行尽可能平顺、安静。
  • 可靠的系统耐久性： 发动机、发电机和电池都需要在标定策略的保护下，在其设计寿命内可靠工作，避免过热、过载或频繁的热冲击。

1.2 主要约束

  • 发动机的物理特性： 每台发动机都有其固有的效率MAP图（万有特性曲线），存在一个最佳燃油经济区（BSFC最低点）。标定必须让发动机尽可能运行在这个区域附近。
  • 电池的充放电能力： 电池的SOC（荷电状态）、温度和最大充放电功率限制了增程器可以输出的功率范围。例如，在低温或高SOC时，电池可能无法接受大功率充电。
  • 瞬态响应的物理极限： 发动机从怠速加速到目标转速需要时间，燃油喷射、点火、进气响应都存在物理延迟。
  • 法规要求： 排放标准（如国六B）和噪声法规是硬性约束，标定策略必须确保发动机在所有运行工况下都满足这些标准。

二、平衡油耗与动力的关键标定策略

为了实现上述目标并克服约束，工程师们开发了一系列复杂的标定策略。这些策略并非孤立存在，而是相互交织，形成一个动态的、智能化的能量管理系统。

2.1 基于全局优化的功率跟随策略

这是增程式最基础也是最核心的控制逻辑。它不同于传统混合动力复杂的模式切换，而是采用一种更平滑的功率跟随方式。

策略核心： 系统根据当前车辆需求功率（P_req）和电池SOC，决定增程器的启动时机和目标发电功率（P_gen）。

  • 低SOC启动点（SOC_on）： 当电池SOC低于设定的阈值（例如20%）时，增程器启动。
  • 高SOC关闭点（SOC_off）： 当电池SOC回升到更高阈值（例如30%）时，增程器关闭。
  • 功率跟随： 在增程器运行期间，其目标发电功率P_gen会根据P_req进行动态调整，但会围绕一个预设的“高效功率点”进行波动。

如何平衡油耗与动力？

  • 油耗优化： 标定工程师会通过大量的仿真和台架测试，找到发动机在不同转速下的最佳效率点（通常在中等转速、中等负荷区域）。例如，一台1.5T增程器的最佳效率点可能在1500rpm、50kW输出附近。标定策略会尽量让发动机稳定在这些点附近运行，即使此时车辆的需求功率很低。
  • 动力保障： 为了应对瞬时的大功率需求（如急加速），系统不会让发动机只输出当前所需功率，而是会有一个“功率预设”或“功率偏置”。例如，当前车辆需求功率为20kW，但系统可能会命令发动机输出40kW。这多出来的20kW功率会以电能的形式存入电池（称为“削峰填谷”或“充电模式”）。当用户突然需要100kW功率时，电池可以和增程器同时放电，满足峰值功率需求，从而保证动力响应。

代码逻辑示例（伪代码）：

# 伪代码：简化的功率跟随控制逻辑
def calculate_generator_power(current_soc, power_request):
    # 定义增程器启停阈值
    SOC_ON = 20  # 低于20%启动
    SOC_OFF = 30 # 高于30%关闭
    
    # 定义增程器最佳效率工作点（目标功率）
    OPTIMAL_POWER = 40 # kW
    
    # 定义电池最大充电功率（受SOC、温度等影响）
    max_charge_power = get_battery_max_charge_power(current_soc)
    
    # 增程器状态判断
    if current_soc < SOC_ON:
        generator_status = "ON"
    elif current_soc > SOC_OFF:
        generator_status = "OFF"
    else:
        # 在滞回区间内，保持上一状态
        generator_status = "KEEP_PREVIOUS_STATE"
        
    # 目标发电功率计算
    if generator_status == "ON":
        # 核心策略：功率跟随 + 效率优化
        # 基础目标是跟随需求，但会向最佳效率点靠拢，并考虑电池充电能力
        base_power = power_request
        
        # 引入一个“偏置”或“预设”逻辑，让发动机多发一点电
        # 这个偏置量可以根据SOC、驾驶模式动态调整
        power_offset = 15 # kW
        
        target_power = base_power + power_offset
        
        # 限制在最佳效率区间附近，并不超过电池最大充电功率
        if target_power < OPTIMAL_POWER * 0.8: # 如果目标功率远低于最佳点
            target_power = OPTIMAL_POWER # 直接拉到最佳点附近
        elif target_power > max_charge_power:
            target_power = max_charge_power # 不能超过电池充电极限
            
        return target_power, generator_status
        
    elif generator_status == "OFF":
        return 0, "OFF"
    else:
        # 保持上一状态
        return previous_power, previous_status

# 模拟调用
current_soc = 18
power_request = 10 # kW
target_power, status = calculate_generator_power(current_soc, power_request)
print(f"当前SOC: {current_soc}%, 车辆需求功率: {power_request}kW")
print(f"增程器状态: {status}, 目标发电功率: {target_power}kW")
# 输出: 增程器状态: ON, 目标发电功率: 40kW (因为10+15=25, 但低于最佳点40, 所以被拉到40)

2.2 高效区间的智能选择与转速控制策略

发动机的油耗并非在所有转速和负荷下都一样。标定的核心之一就是绘制出发动机的“万有特性曲线”（BSFC Map），并围绕其高效区进行控制。

策略核心： 通过控制发动机的转速和扭矩（发电功率），使其长期运行在低BSFC（燃油消耗率）区域。

  • 转速-负荷解耦控制： 传统发动机转速与负荷强相关，而增程器发动机可以独立控制。标定会设定几个“黄金工作点”（Golden Points），例如：
    • 点A： 1200rpm, 25kW (适合中低速巡航，NVH好)
    • 点B： 1800rpm, 50kW (适合高速行驶或急加速充电，效率最高)
    • 点C： 2500rpm, 70kW (极限发电，油耗稍高，用于应对极端工况)
  • 动态切换逻辑： 系统会根据当前需求功率和电池SOC，智能选择在哪个“黄金点”运行。例如，如果需求功率在20-30kW之间，系统会选择点A；如果需求功率突然增加到60kW，系统会平滑地将发动机转速和负荷提升到点B或点C。

如何平衡油耗与动力？

  • 油耗优化： 严格限制发动机在低效区（如怠速、低负荷、高转速）运行。例如，传统燃油车怠速油耗很高，而增程器在停车时如果SOC足够，可以完全关闭，避免了怠速油耗。
  • 动力保障： 当需要大功率时，发动机可以迅速从点A跳到点C。虽然点C的油耗不是最优，但这是为了满足动力需求的必要牺牲。标定需要确保这个跳转过程足够快，且NVH可接受。

实际案例： 假设一辆增程式SUV在城市道路以60km/h匀速行驶，此时车辆需求功率约为15kW。标定策略会让增程器启动，并稳定在点A（1200rpm, 25kW）运行。虽然只用了15kW，但发动机在25kW负荷下的热效率远高于15kW负荷。多余的10kW电能给电池充电。此时，发动机转速低，噪声小。突然，驾驶员需要超车，油门踩到底，需求功率瞬间飙升至120kW。系统检测到后，会立刻命令发动机从1200rpm、25kW迅速提升至2500rpm、70kW（点C），同时电池也全力放电。两者合力，在1-2秒内提供120kW的功率，实现快速超车。

2.3 NVH导向的瞬态控制策略

NVH是增程式体验的关键。如果发动机启动和功率变化时振动和噪音突兀，会严重影响用户体验。

策略核心： 在保证响应性的前提下，通过精细的瞬态控制，让发动机的启停和功率变化“润物细无声”。

  • 软启动/软停止： 发动机启动时，不是瞬间点火到目标转速，而是通过启动电机（或集成启动发电机ISG）将发动机拖动到目标转速附近，然后精确控制点火和喷油，实现平稳点火。停止时，先平滑降低负荷和转速，再切断燃油和点火。
  • 转速斜坡控制（Ramp Rate Control）： 当需要改变发动机功率时，转速和负荷的变化速率（斜坡）是经过精心标定的。过快的斜坡会导致NVH恶化，过慢则影响动力响应。标定工程师会针对不同的驾驶模式（如舒适、运动）设定不同的斜坡速率。
  • 谐波注入与主动振动抑制： 一些先进的系统会通过控制发电机的电流，在系统中注入反向的振动谐波，来抵消发动机自身产生的特定阶次的振动。

如何平衡油耗与动力？

  • 油耗影响： 软启动/软停止和较平缓的瞬态过程可能会略微增加达到目标工况的时间，对瞬时油耗有微小影响，但换来了巨大的NVH收益，是值得的。
  • 动力影响： 严格的NVH要求可能会限制发动机的瞬态响应速度。例如，为了NVH，可能会将发动机从怠速到满负荷的响应时间设定在1.5秒，而不是燃油车的1秒。标定需要找到一个用户可感知的“动力响应”和“NVH舒适”之间的甜蜜点。

代码逻辑示例（伪代码）：

# 伪代码：NVH导向的发动机转速斜坡控制
def engine_speed_ramp_control(current_speed, target_speed, drive_mode):
    # 定义不同模式下的最大加速度 (rpm/s)
    if drive_mode == "ECO":
        max_accel = 300  # rpm/s, 非常平缓
    elif drive_mode == "NORMAL":
        max_accel = 600  # rpm/s, 平衡
    elif drive_mode == "SPORT":
        max_accel = 1200 # rpm/s, 激进
        
    # 计算需要的加速度
    speed_diff = target_speed - current_speed
    
    if abs(speed_diff) < 10: # 到达目标，误差允许范围
        return target_speed
        
    # 采用S型曲线或线性斜坡进行平滑过渡
    # 这里用简单的线性斜坡举例
    if speed_diff > 0:
        # 加速
        next_speed = current_speed + min(speed_diff, max_accel * 0.05) # 0.05s为控制周期
    else:
        # 减速
        next_speed = current_speed + max(speed_diff, -max_accel * 0.05)
        
    return next_speed

# 模拟调用
current_rpm = 1200
target_rpm = 2500
mode = "NORMAL"

# 假设每0.05秒调用一次
for i in range(20): # 模拟20个周期，即1秒
    current_rpm = engine_speed_ramp_control(current_rpm, target_rpm, mode)
    print(f"Time {i*0.05:.2f}s: Current RPM {current_rpm:.1f}")
    if current_rpm == target_rpm:
        break
# 输出会显示转速平滑上升，而不是瞬间跳变

2.4 预测性能量管理与热管理策略

这是更高级的标定策略，利用导航、路况和驾驶习惯信息来提前规划增程器的工作状态。

策略核心： “未雨绸缪”，在需要大功率之前提前启动或提升功率，确保系统处于最佳状态。

  • 基于导航的预测： 如果导航显示前方有长上坡，系统会提前适当降低SOC阈值，或提前启动增程器并保持在较高功率水平，为爬坡储备能量，避免在坡道上发动机突然高负荷运行带来的NVH冲击和动力不足。
  • 热管理协同： 发动机、发电机、电池都有其最佳工作温度。标定策略会协同控制冷却系统。例如，在寒冷天气下，启动增程器不仅是为了发电，也是为了利用其废热为电池和座舱加热，这被称为“热管理优先”模式。此时，发动机的运行点可能不是油耗最优，但综合考虑了制热能耗，整体能效更高。

如何平衡油耗与动力？

  • 油耗优化： 通过预测，可以避免发动机在非高效区“救火”式工作，使其运行更平稳、更高效。例如，提前暖机可以让发动机更快进入高效区。
  • 动力保障： 预测性策略是动力保障的“高级形式”。它通过提前准备，从根本上消除了动力响应的延迟。当用户在上坡时踩下油门，增程器早已处于待命状态，动力随叫随到。

三、标定工具与流程

实现上述复杂策略，离不开专业的工具和严谨的流程。

  1. 仿真建模： 在实车测试前，工程师会使用MATLAB/Simulink、AVL CRUISE等软件建立整车和动力系统的模型，进行大量的离线仿真，初步确定控制策略和参数边界。
  2. 硬件在环（HIL）测试： 将真实的发动机控制器（ECU）连接到实时仿真系统上，模拟车辆的各种运行工况，对ECU的软件逻辑和参数进行早期验证和调试。
  3. 台架标定： 将发动机和发电机安装在测功机上，进行精细的万有特性曲线测绘、瞬态响应测试、NVH测试等。这是标定工作最核心的阶段，工程师会在此处精细调整每一个控制参数。
  4. 实车标定： 将经过台架验证的控制器和参数装到实车上，在各种真实路况（城市、高速、山路、寒带、热带）下进行反复测试和微调，优化驾驶性和适应性。
  5. 数据采集与分析： 整个过程中，海量的车辆运行数据被记录下来，通过专业的数据分析工具（如INCA、CANape）进行回放和分析，找出问题，指导下一步的参数修改。

四、总结与展望

增程式发动机的标定是一个在多重约束下寻找最优解的复杂系统工程。它不再是简单地调校一台发动机，而是将发动机作为整个电驱动系统中的一个“智能发电模块”来进行全局优化。通过功率跟随策略实现动力与油耗的初步平衡，利用高效区间控制挖掘节油潜力，借助NVH导向的瞬态控制提升驾驶品质，并结合预测性能量管理实现更深层次的能效优化，工程师们最终将增程式技术的优势发挥得淋漓尽致。

展望未来，随着AI和机器学习技术的发展，增程式发动机的标定将更加智能化。自适应标定技术可以根据用户的驾驶习惯和当地的路况气候，自动学习和优化控制参数，实现“千人千面”的个性化能量管理。同时，发动机本身的技术也在进步，如超高压缩比、米勒循环、可变截面涡轮增压器等新技术的应用，将为标定工程师提供更广阔的调校空间，进一步提升增程式技术在油耗与动力平衡上的天花板。