eFuture是欧洲的一项关于电动汽车电子电气架构的研究项目，茵特迪司（Intedis）公司联合5个合作伙伴一起开展了关于嵌入在简练的电子电气架构中的电动汽车新功能的研究。该项研究致力于应对执行器、发动机、制动与转向在安全控制等方面日益增加的复杂性。

eFuture项目背景

eFuture项目致力于电动汽车的续航里程优化和驾驶安全性能的研究。茵特迪司公司和5个合作伙伴——塔塔汽车、海拉、Miljøbil Grenland、IFSTTAR（法国交通发展网络研究所）以及WIVW（德国维尔茨堡市交通科学研究所）一起诉诸于以下两种方法实现这一目标：

（1）能源管理应由专门掌控舒适、安全与效率的各个域的控制单元进行优化，此外，驾驶员可以通过命令、建议以及智能环保的辅助驾驶系统来参与到续航里程优化的过程中；

（2）增强拥有超过一个驱动电动机的电动汽车的操作安全性，并避免同步转矩损失而引发的危险，这就需要一个带有智能软件和安全概念的同步控制功能。

项目组使用经典工具进行概念开发、值模拟和车辆测试验证。如今架构定义的第一个阶段已经完成，车辆样件设计阶段也将后续开展，在此阶段将对零部件进行开发并将其集成到车辆中。第三阶段则包括实车功能算法的优化与测试。

本文将重点介绍续航里程优化，尤其是针对电子电气架构的优化，因为这是使项目更有效率的基础。针对传动系统操纵的优先级管理是通过决策单元在保持高水平运营安全性的前提下侧重驾驶效率或舒适性实现的。

电子电气架构

车辆的电子电气架构可分为功能架构和物理架构。后者包括：控制单元实体、总线网络的拓扑结构和线束，比如信号分配和电源分配。为了保持这些网络的简练，对车辆功能的全面分析是必要的，因为所有这些功能都需要传感器、接口、电源和拥有相应算法的控制单元。知道功能的详细信息以后，一个包含车辆具体要求的功能架构就被建立起来。对于eFuture项目来说，架构的要求是在最高水平的操作安全性的前提下保证最大的能源效率。

eFuture功能结构的上层如图1所示。我们选择了一个具有经典命令与执行层做为主要设计方向的层模型。感知层通过驾驶员和包括导航与电子地平线（eHorizon）功能的外感受传感器将所有环境信息结合起来。同时，能源层实现能量流控制和驾驶域、舒适域以及安全域的能源储备分配。这是一个根据驾驶情况和驾驶员意愿的动态过程。由于稳定性功能（ABS、ESC和转矩矢量）需要反馈它们的状态与能源/电量需求，能量层和执行层之间的通信是安全和有效驾驶的可靠保证。

为了应对功能的复杂性，决策单元的概念被设计为一个状态机并且服务于中心智能功能概念。决策单元收集处于其上方的功能的要求和请求，并根据安全标准和效率决定在实际情形中应采取哪些行动。在一个高速公路行驶的例子中，会出现对车辆的各种不同要求，比如自适应巡航控制系统（ACC）要求在接近前车时进行制动，而驾驶员则可能想超车并作出相应的转向操作。在指示灯没有被使用的情况下，车道保持辅助系统（LKAS）将修正转向命令。此操作与ACC制动一起可能导致不希望的行车轨迹并降低行驶稳定性。

对于单操作功能的冲突行为，只有在每一个功能都有自己的状态评估与适当的决策逻辑时才可以避免。决策单元为所有与其连接的功能提供此功能为核心功能，从而降低功能的复杂性与循环时间。

本例揭示了此概念的另一个优点。通过简单的规则实现不同的辅助功能和驾驶状态之间的转换。阈值区域中的动态行为将各自得到平衡以避免不同功能的危险和矛盾的行为。这同样适用于从自动驾驶切换到手动驾驶，在这个过程中不连续性可能会导致不良的驾驶行为。

对于车辆处于稳定状态的正常行驶情况下，决策单元将保证最有效的驾驶状态。只要驾驶员不进行错误操作或车辆没有达到一个不安全的状态，总是会保证效率最大化，即“绿色”驾驶。因为没有平行的功能路径，此方法是通过中央决策单元得到实现。

为了减少决策单元的复杂性，它被分为命令层和执行层。在命令层的决策单元1负责调和引导辅助系统（ACC、LKAS和EBA）、驾驶员以及来自能源管理系统的输入，而应遵循轨迹的决定将传给位于执行层的决策单元2。此功能跟据实际的驾驶状况与相应的推断评估其所接收的对电动机（加速或匀速）、液压制动器和转向系统的请求。在不良行为的情况下（如转向过多），决策单元将控制权交给相应的辅助功能（在此处是ESC）。

根据功能安全ISO26262的要求，该概念同样支持功能设计。关键的安全功能可以通过实施合理性和安全性检查限制在决策单元中，并将不允许错误的功能调用（安全壳概念）。

新功能支持效率性与安全性

eFuture背后的想法是通过已建立的功能生成新的功能，而无需额外的硬件集成。在这里，“新的”应理解为对电动汽车而言是“新的”，因为一些功能已经被广泛认知只是尚未得到大量的运用。

新功能的集成还具有的优点是其架构、控制单元的逻辑和技术构成与网络在未来仍是可以创新的。从长远来看，eFuture的目标是为电池电动汽车建立一个可持续的和可扩展的架构。

除了被称为中心智能功能的决策单元之外，新的功能包括以下三方面：

（1）行驶稳定性：eFuture车辆概念方案包括两个前置驱动马达，这就需要一个电子差速器，而这也可以为通过转矩矢量分配功能为两个车轮独立分配转矩变得可能。在两侧车轮路面状况不同或者弯道行驶的情况下这种独立驱动系统具有超强的稳定性能，并可以通过减少轮胎侧向力显着降低能源消耗和轮胎磨损。

（2）eHorizon提供“预判”信息，可根据交通情况帮助驾驶员将驾驶行为调整到最佳状态。此外，辅助系统利用这些信息高效控制加速和匀速行驶。如此，将预先避免危险或低效的行为。

（3）续航里程管理：一个扩展的高效的能源管理功能可以降低整体的能源消耗，增加电池的寿命，同时支持带有环保模式的辅助系统。

续航里程管理

里程管理与有限的能源（限制的里程）具有很大的相关性。里程管理应支持驾驶员规划最佳驾驶路线，或者引导其使用一个电池行驶尽可能长的距离。里程管理包括以下两大方面：

（1）驾驶员辅助：融合了eHorizon功能的自适应巡航控制系统（ACC）。通过如速度上限、梯度、曲线半径或交叉点等数据将车速调整至符合当前情形下安全与效率要求的理想状态（见图2）。通过与环保模式组合，它也可以通过在符合路况的情况下降低速度或通过预判并避免加速来节省能源（见图3）。

（2）驾驶员指导：在eFuture项目中，驾驶员也参与到能量控制回路的过程中。驾驶员得到最佳的加速或匀速的建议，并学习如何更加节能地开车。通过显示驾驶员驾驶风格和里程管理之间的相互作用，驾驶员将成为能量控制中的关键一员并会获得激励值（见图4）。

能源管理

一个高度集成与相互关联的能量管理系统（EMS）采用的是高电压电池和单一负载之间的平衡和以需求为导向的供电方式。

eFuture采用了已经得到广泛认知的电池管理系统（BMS）的最新技术。eFuture的新方向是“安全/效率/舒适性”机制的整合。驾驶员的行为也可以通过指导功能实现高效的能源利用：精确和详细的能耗信息与里程估计为驾驶员提供了有价值的参考，帮助其调整驾驶风格并由此增加驾驶员对车辆可靠性的信任。

在高电压电池容量暂时超过能源管理系统要求的情况下，它也能够限制低优先级负载的电流，如加热装置或空调。通过暂时禁用DC-DC转换器，12V电池可以在不装在高电压电池的前提下为低电压电路供应能源。

智能负载、储能元件、转换器与电源之间的协调可以使电源净损耗减少。由于电源损耗与电流的平方成正比，没有过高峰值的平稳电流可以延长电池寿命，并且不会明显降低动力性和舒适性。

由于考虑到了路线长度与速度分布的有关信息，EMS与导航系统和eHorizon功能的连接可以更加精确地预测电压范围。如此一来，EMS便可以利用这些信息为动力传动与其他功能来规划未来的能源预算。

本文所描述的功能已经与其他常规功能进行了数值模拟，以分析和优化单个功能和整个系统。项目最后部分中的校准将在实车上执行。

未来展望

该项目的下一个步骤是将功能与相应的硬件整合到一个可操作的样件中。要达到良好的可靠性，几个模拟研究将提前展开研究不同功能在驾驶员－车辆控制回路（功能回路）中的相互作用。在虚拟设计发布以后，控制单元将被导入功能算法，然后车辆可以在驾驶测试中验证那些在理论中被承诺的概念：解决安全性、效率与舒适性之间的冲突。

有了上述对电动汽车高效性的贡献，eFuture项目联盟将有更大的信心和动力来定义一辆不同于传统汽车的电动汽车。