創新科研,引領新能源汽車研究
發表時間 2018-03-08 09:29 來源 本站原創

  ——北京理工大學機械與車輛學院教授何洪文

  為了節能減排,發展低碳經濟,緊跟世界汽車發展水平,中國從2001年就開始通過相關產業政策推動新能源汽車技術發展。從那時起,大力發展新能源汽車就成了中國汽車產業的一項“基本國策”。可以預見,伴隨著車聯網和自動駕駛的發展,在未來數十年內,將掀起一場汽車行業的革命,新能源汽車就是這場革命的主角。

  1997年,剛保送讀研的何洪文在看到北京理工大學孫逢春教授編寫的《電動汽車:21世紀的重要交通工具》之后,開始對這電動汽車投注以極大的熱情。3年后,他考入北京理工大學攻讀博士學位,且于數年后,成長為這所學校機械與車輛學院的教授,博士生導師。

  數十年耕耘,北理工給予他平臺,他給予北理工勤懇。多年來,何洪文先后主持新能源汽車國家重點研發計劃、國家自然科學基金、863、科技支撐、新能源汽車產業技術創新工程等國家級項目課題、子課題16項以及國防基礎科研計劃項目3項,尤在“新能源汽車動力系統設計、整車綜合控制和能量管理”理論研究和技術開發領域,收獲了諸多創新性成果。累計發表論文EI檢索96篇、SCI檢索60篇,入選ESI高被引論文9篇,入選“中國百篇最具影響國際學術論文”3篇,發表論文被SCI數據庫引用1651次,Google學術引用3186次。第一發明人獲授權發明專利18件、軟件著作權登記3 件,主編高等教育“十二五”汽車類規劃教材1 本。排名第一獲國防技術發明二等獎1 項,排名第三獲國家科技進步二等獎1 項、排名第二獲省部級科技進步一等獎2 項、排名第三獲國防科技進步三等獎1 項。與世界最大的客車生產基地“鄭州宇通客車股份有限公司”以及中國新能源汽車動力系統主流的供應商“南京越博動力系統股份有限公司”建立了密切的科技成果轉化和科研合作關系,為企業的技術升級和產品競爭力的提升做出了重要支撐。

  從全局到細節,厚積薄發

  近年來,隨著人類環保和節能意識的不斷提升,新能源汽車的地位和作用得到凸顯。混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車……各種各樣的技術層出不窮。但與普通的汽車一樣,它們的“身體”同樣由多達幾萬個的零部件構成,加之它對動力、環保、節能等各種特殊需求,當我們需要對汽車不同動力、不同模式的適時切換,當我們需要對汽車實時工況、能耗特性進行識別和優化,當我們需要接入交通、互聯網、充電網點信息……當需求越來越多,如何一一實現它們,且把它們協調統一在一個整車環境里,使其運行達到最佳的效能?并不是一件容易的事兒。

  對攀爬象牙塔時一直從事汽車技術研究的何洪文來說,他一直感念于參與的第一次科研項目帶給他的成長,使他對新能源汽車設計和綜合控制的整體開發流程有了較為全面的了解,為他之后真正踐行新能源汽車夢想打下了堅實的基礎。

  那是一個軍工科研項目。在這個有關燃料電池汽車的研究項目里,何洪文和他的同事基于燃料電池的功能特性,整車的應用特征以及當時的技術現狀提出了一個巧妙的“燃料電池電電混合動力”技術方案,從耦合控制的角度,有效解決了燃料電池高效穩定工作等一系列效率、能量管理的問題。值得一提的是,基于這一項目,何洪文完成了他科研生涯中的第一部工程化樣車。

  “從方案論證到控制實施再到裝車調試等,說白了就是真正從頭到尾學到了很多東西。”至今,回憶起當時的經歷,何洪文還是感慨萬分。難忘調試時的艱辛和成功試車的喜悅,夏日炎炎,在如蒸爐般的工廠車間里,僅有包括他在內的兩名老師、一名學生和一名工人組成的團隊,從設計、加工到組裝,每一個量值的測定,到數據的分析等,何洪文都親力親為。加入燃料電池后空間如何布置?散熱的問題如何處理?如何在隔音的情況下保證通風?裝入氫氣罐后如何保證其安全性……整車環境下,各種復雜的因素相互牽制,牽一發而動全身,都需要何洪文考慮得面面俱到。高溫環境下,他還常常需要鉆到車底下排查故障……

  有太多交裹著青春熱情和辛勤汗水的難忘的瞬間,點滴積累,換來的是實實在在的成長果實。后來基于燃料電池加載特性的功率主導型控制整車應用結果顯示,工況燃氫經濟性為2.864kg/100km,“達到同類車型國內領先水平”。研究成果獲國家授權發明專利3項、以及國防科技進步獎三等獎。

  “工程應用和理論研究還是不一樣的。”一條線走下來,何洪文對工程實際有了更深入的了解。細微全面的接觸給他帶來了全局觀和細節觀,也讓他對新能源汽車的發展需求,前沿動態都有了較為透徹的了解。為他之后在相關理論研究乃至應用領域探索收獲累累碩果埋下了深刻伏筆。

  海闊天空,大有可為

  遇到交通擁堵的路況時,充分發揮電機驅動高效的特點,最小限度的利用發動機以降低能耗;等待交通燈時發動機智能自動關閉,起步時,電機快速啟動車輛,動力強勁,發動機適時介入工作。利用夜間低谷電為車載動力電池補充電能,大幅度降低石化燃油消耗……

  這是新能源汽車向人們展現的“美好”,殊不知這樣的美好背后需要多少科技人員的技術支撐,何洪文就是其中一員。進入他的研究世界,你會發現這是一個由電和各種機械部件及系統組成的奇妙“王國”:

  早年通過揭示混合動力系統的耦合機理,何洪文及其團隊在汽車混合動力系統總體設計、綜合控制及性能優化領域積累了豐富的經驗,為汽車節能和實現工況解耦控制奠定了堅實的基礎,包括給出了一種依據駕駛員踏板信號進行整車驅動功率需求預測的解析策略;針對混合動力系統控制策略參數對工況依賴性較強的問題,利用LVQ神經網絡算法等,建立了工況識別器;實施了一種基于動態規劃DP算法的插電式混合動力客車全局能量管理優化策略等。相關研究成果“混合動力電動客車關鍵技術研發及系列化產品應用”獲2013年度河南省科學技術進步獎一等獎。而何洪文以第1完成人編譯出版的學術專著《混合動力城市公交車系統設計》獲引進版科技類圖書獎。

  純電驅動是我國新能源汽車技術發展的戰略路線,在這一類型車輛高效動力傳動系統設計、控制及能量精細化管理研究領域,何洪文從高效動力總成、高效輔助系統、再生制動能量回收、工況預測和控制策略參數在線標定、整車輕量化等五方面分析了純電動客車的節能潛力,提出了優化策略,相關成果使得12m純電動客車測試工況電耗進一步降低到0.63kWh/km,實際線路全年平均電耗降低到1kWh/km,成果鑒定“處于國內領先水平”。

  動力電池是新能源汽車的技術瓶頸,其狀態估計關乎能量管理、循環壽命、使用成本和安全,然而,動力電池具有很強的時變非線性,在電動汽車上應用時,又受工況、環境等隨機性因素影響,對其狀態的實時精準估計具有挑戰性。何洪文及其團隊解決了模型過于復雜或者預測精度難以滿足實際需要的難題,使得動力電池組的SOC估計誤差降低到4%以內、動力電池單體的SOC預測誤差在2%以內……相關成果獲2015年度國家科技進步獎二等獎。

  研究成果唯有搬下高閣實際應用才能真正實現其價值,深諳此意的何洪文一早就致力于相關技術的應用與推廣工作,收效顯著。其中,基于機電混合動力系統的集成和控制技術研制的混合動力“勇士”軍車參加了2008年北京國際車展、2008年中國汽車工業紀念改革開放30年成就展等,引來廣泛關注;基于插電式DCM混合動力系統在“迷迪”轎車、“蒙派克”商務車上得到應用,實測綜合節油率達到20%以上。而他與鄭州宇通客車股份有限公司共同開發的插電式混合動力客車綜合節油率達到50%以上,宇通插電式混合動力客車項目入選2013年度工信部、發改委、財政部、科技部聯合啟動的“新能源汽車產業技術創新工程”。

  如果說十多年前,何洪文踐行新能源汽車的夢想還只停留在那本吸引他“起跑”的書上;十多年后,這一夢想已經在“奔跑在路上”。在享受踐行夢想的喜悅的同時,作為一名教師,他也努力為那些和他當年一樣懷抱憧憬的年輕人搭建通往夢想殿堂的階梯。

  因為設身處地,所以盡心盡力。多年來,他完整培養了碩士生23名,博士5名;由他主編出版的教材《電動汽車原理與構造》,被多所高校選定為課程教材,已累計銷售10000余冊;由他負責并主講的碩士研究生學位課“汽車新能源應用技術”入選學校研究生院2015年度學術型研究生精品課程重點建設項目和全國工程碩士專業學位研究生教育在線課程重大建設項目……

  “新能源汽車是未來的必然選擇,但要充分消費它,使用它,我們還有很長一段距離要走。未來的新能源汽車是什么樣,我們依然無法估計。所以,創新必須要進行;所以,我們還要繼續上路……”何洪文如是說。

  作為全球最大的汽車生產國和最大的銷售國,我國在新能源汽車替代燃油車的過程中迎來了產業升級甚至趕超的好機會。這是萬億級的、產業鏈非常長的產業,是可以全面帶動國家產業升級的產業,也是真正可以成為我國支柱產業的產業。

  2017年6月,國務院工信部發布《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法(征求意見稿)》。草案規定“汽車制造商必須出售足夠的電動或插電式混合動力汽車,以在2018年之前產生相當于8%的銷售額的‘信用積分’,到2019年為10%,2020年為12%”由此可見,燃油車退出,新能源汽車強制性推進,是大勢所趨,必將成為國家的大政方針。何洪文及其團隊的研究,可謂“天高任鳥飛,海闊憑魚躍”,大有可為。對此,我們期待著他們做出更大的貢獻。

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