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彩立方创新科研,引领新能源汽车研究
发表时间 2018-03-08 09:29 来源 彩立方

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  ——北京理工大学机械与车辆学院教授何洪文

  为了节能减排,发展低碳经济,紧跟世界汽车发展水平,中国从2001年就开始通过相关产业政策推动新能源汽车技术发展。从那时起,大力发展新能源汽车就成了中国汽车产业的一项“基本国策”。可以预见,伴随着车联网和自动驾驶的发展,在未来数十年内,将掀起一场汽车行业的革命,新能源汽车就是这场革命的主角。

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  1997年,刚保送读研的何洪文在看到北京理工大学孙逢春教授编写的《电动汽车:21世纪的重要交通工具》之后,开始对这电动汽车投注以极大的热情。3年后,他考入北京理工大学攻读博士学位,且于数年后,成长为这所学校机械与车辆学院的教授,博士生导师。

  数十年耕耘,北理工给予他平台,他给予北理工勤恳。多年来,何洪文先后主持新能源汽车国家重点研发计划、国家自然科学基金、863、科技支撑、新能源汽车产业技术创新工程等国家级项目课题、子课题16项以及国防基础科研计划项目3项,尤在“新能源汽车动力系统设计、整车综合控制和能量管理”理论研究和技术开发领域,收获了诸多创新性成果。累计发表论文EI检索96篇、SCI检索60篇,入选ESI高被引论文9篇,入选“中国百篇最具影响国际学术论文”3篇,发表论文被SCI数据库引用1651次,Google学术引用3186次。第一发明人获授权发明专利18件、软件著作权登记3 件,主编高等教育“十二五”汽车类规划教材1 本。排名第一获国防技术发明二等奖1 项,排名第三获国家科技进步二等奖1 项、排名第二获省部级科技进步一等奖2 项、排名第三获国防科技进步三等奖1 项。与世界最大的客车生产基地“郑州宇通客车股份有限公司”以及中国新能源汽车动力系统主流的供应商“南京越博动力系统股份有限公司”建立了密切的科技成果转化和科研合作关系,为企业的技术升级和产品竞争力的提升做出了重要支撑。

  从全局到细节,厚积薄发

  近年来,随着人类环保和节能意识的不断提升,新能源汽车的地位和作用得到凸显。混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车……各种各样的技术层出不穷。但与普通的汽车一样,它们的“身体”同样由多达几万个的零部件构成,加之它对动力、环保、节能等各种特殊需求,当我们需要对汽车不同动力、不同模式的适时切换,当我们需要对汽车实时工况、能耗特性进行识别和优化,当我们需要接入交通、互联网、充电网点信息……当需求越来越多,如何一一实现它们,且把它们协调统一在一个整车环境里,使其运行达到最佳的效能?并不是一件容易的事儿。

  对攀爬象牙塔时一直从事汽车技术研究的何洪文来说,他一直感念于参与的第一次科研项目带给他的成长,使他对新能源汽车设计和综合控制的整体开发流程有了较为全面的了解,为他之后真正践行新能源汽车梦想打下了坚实的基础。

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  那是一个军工科研项目。在这个有关燃料电池汽车的研究项目里,何洪文和他的同事基于燃料电池的功能特性,整车的应用特征以及当时的技术现状提出了一个巧妙的“燃料电池电电混合动力”技术方案,从耦合控制的角度,有效解决了燃料电池高效稳定工作等一系列效率、能量管理的问题。值得一提的是,基于这一项目,何洪文完成了他科研生涯中的第一部工程化样车。

  “从方案论证到控制实施再到装车调试等,说白了就是真正从头到尾学到了很多东西。”至今,回忆起当时的经历,何洪文还是感慨万分。难忘调试时的艰辛和成功试车的喜悦,夏日炎炎,在如蒸炉般的工厂车间里,仅有包括他在内的两名老师、一名学生和一名工人组成的团队,从设计、加工到组装,每一个量值的测定,到数据的分析等,何洪文都亲力亲为。加入燃料电池后空间如何布置?散热的问题如何处理?如何在隔音的情况下保证通风?装入氢气罐后如何保证其安全性……整车环境下,各种复杂的因素相互牵制,牵一发而动全身,都需要何洪文考虑得面面俱到。高温环境下,他还常常需要钻到车底下排查故障……

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  有太多交裹着青春热情和辛勤汗水的难忘的瞬间,点滴积累,换来的是实实在在的成长果实。后来基于燃料电池加载特性的功率主导型控制整车应用结果显示,工况燃氢经济性为2.864kg/100km,“达到同类车型国内领先水平”。研究成果获国家授权发明专利3项、以及国防科技进步奖三等奖。

  “工程应用和理论研究还是不一样的。”一条线走下来,何洪文对工程实际有了更深入的了解。细微全面的接触给他带来了全局观和细节观,也让他对新能源汽车的发展需求,前沿动态都有了较为透彻的了解。为他之后在相关理论研究乃至应用领域探索收获累累硕果埋下了深刻伏笔。

  海阔天空,大有可为

  遇到交通拥堵的路况时,充分发挥电机驱动高效的特点,最小限度的利用发动机以降低能耗;等待交通灯时发动机智能自动关闭,起步时,电机快速启动车辆,动力强劲,发动机适时介入工作。利用夜间低谷电为车载动力电池补充电能,大幅度降低石化燃油消耗……

  这是新能源汽车向人们展现的“美好”,殊不知这样的美好背后需要多少科技人员的技术支撑,何洪文就是其中一员。进入他的研究世界,你会发现这是一个由电和各种机械部件及系统组成的奇妙“王国”:

  早年通过揭示混合动力系统的耦合机理,何洪文及其团队在汽车混合动力系统总体设计、综合控制及性能优化领域积累了丰富的经验,为汽车节能和实现工况解耦控制奠定了坚实的基础,包括给出了一种依据驾驶员踏板信号进行整车驱动功率需求预测的解析策略;针对混合动力系统控制策略参数对工况依赖性较强的问题,利用LVQ神经网络算法等,建立了工况识别器;实施了一种基于动态规划DP算法的插电式混合动力客车全局能量管理优化策略等。相关研究成果“混合动力电动客车关键技术研发及系列化产品应用”获2013年度河南省科学技术进步奖一等奖。而何洪文以第1完成人编译出版的学术专著《混合动力城市公交车系统设计》获引进版科技类图书奖。

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  纯电驱动是我国新能源汽车技术发展的战略路线,在这一类型车辆高效动力传动系统设计、控制及能量精细化管理研究领域,何洪文从高效动力总成、高效辅助系统、再生制动能量回收、工况预测和控制策略参数在线标定、整车轻量化等五方面分析了纯电动客车的节能潜力,提出了优化策略,相关成果使得12m纯电动客车测试工况电耗进一步降低到0.63kWh/km,实际线路全年平均电耗降低到1kWh/km,成果鉴定“处于国内领先水平”。

  动力电池是新能源汽车的技术瓶颈,其状态估计关乎能量管理、循环寿命、使用成本和安全,然而,动力电池具有很强的时变非线性,在电动汽车上应用时,又受工况、环境等随机性因素影响,对其状态的实时精准估计具有挑战性。何洪文及其团队解决了模型过于复杂或者预测精度难以满足实际需要的难题,使得动力电池组的SOC估计误差降低到4%以内、动力电池单体的SOC预测误差在2%以内……相关成果获2015年度国家科技进步奖二等奖。

  研究成果唯有搬下高阁实际应用才能真正实现其价值,深谙此意的何洪文一早就致力于相关技术的应用与推广工作,收效显著。其中,基于机电混合动力系统的集成和控制技术研制的混合动力“勇士”军车参加了2008年北京国际车展、2008年中国汽车工业纪念改革开放30年成就展等,引来广泛关注;基于插电式DCM混合动力系统在“迷迪”轿车、“蒙派克”商务车上得到应用,实测综合节油率达到20%以上。而他与郑州宇通客车股份有限公司共同开发的插电式混合动力客车综合节油率达到50%以上,宇通插电式混合动力客车项目入选2013年度工信部、发改委、财政部、科技部联合启动的“新能源汽车产业技术创新工程”。

  如果说十多年前,何洪文践行新能源汽车的梦想还只停留在那本吸引他“起跑”的书上;十多年后,这一梦想已经在“奔跑在路上”。在享受践行梦想的喜悦的同时,作为一名教师,他也努力为那些和他当年一样怀抱憧憬的年轻人搭建通往梦想殿堂的阶梯。

  因为设身处地,所以尽心尽力。多年来,他完整培养了硕士生23名,博士5名;由他主编出版的教材《电动汽车原理与构造》,被多所高校选定为课程教材,已累计销售10000余册;由他负责并主讲的硕士研究生学位课“汽车新能源应用技术”入选学校研究生院2015年度学术型研究生精品课程重点建设项目和全国工程硕士专业学位研究生教育在线课程重大建设项目……

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  “新能源汽车是未来的必然选择,但要充分消费它,使用它,我们还有很长一段距离要走。未来的新能源汽车是什么样,我们依然无法估计。所以,创新必须要进行;所以,我们还要继续上路……”何洪文如是说。

  作为全球最大的汽车生产国和最大的销售国,我国在新能源汽车替代燃油车的过程中迎来了产业升级甚至赶超的好机会。这是万亿级的、产业链非常长的产业,是可以全面带动国家产业升级的产业,也是真正可以成为我国支柱产业的产业。

  2017年6月,国务院工信部发布《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法(征求意见稿)》。草案规定“汽车制造商必须出售足够的电动或插电式混合动力汽车,以在2018年之前产生相当于8%的销售额的‘信用积分’,到2019年为10%,2020年为12%”由此可见,燃油车退出,新能源汽车强制性推进,是大势所趋,必将成为国家的大政方针。何洪文及其团队的研究,可谓“天高任鸟飞,海阔凭鱼跃”,大有可为。对此,我们期待着他们做出更大的贡献。

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