李 銳，胡艷峰，符丹丹，靳 珊，陳 佩

（陜西重型汽車(chē)有限公司汽車(chē)工程研究院，陜西 西安 710200）

根據(jù)GB7258-2017標(biāo)準(zhǔn) （2018.01.01開(kāi)始實(shí)施），新能源車(chē)型被分為3類(lèi)：①純電動(dòng)汽車(chē) （battery electric vehicle），指由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，且驅(qū)動(dòng)電能來(lái)源于車(chē)載可充電能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng) （REESS）的汽車(chē)；②插電式混合動(dòng)力汽車(chē) （plug-in hybrid electric vehicle），指具有可外接充電功能，且有一定純電動(dòng)續(xù)駛里程的混合動(dòng)力汽車(chē)，包括增程式電動(dòng)汽車(chē)；③燃料電池汽車(chē) （fuel cell electric vehicle），指以燃料電池作為主要?jiǎng)恿﹄娫吹钠?chē) （燃料電池汽車(chē)不再以燃料電池為唯一動(dòng)力源。）

電動(dòng)汽車(chē)雖然零排放，但由于受到續(xù)駛里程、充電設(shè)施配套不完備等因素影響，限制電動(dòng)汽車(chē)的快速普及?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)既能很大程度上減少排放，又能彌補(bǔ)純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程方面的不足，因此越來(lái)越受到主機(jī)廠的青睞。

混合動(dòng)力汽車(chē)按照不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)可以有多種方式。可以按照混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu)分類(lèi)為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式；或由混合動(dòng)力的混合程度可分為弱混 （電功率比例5%）、輕混 （電功率比例5%～25%）、強(qiáng)混 （電功率比例25%～50%）。本文將按照強(qiáng)混并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)來(lái)介紹。

1 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)介紹

1.1 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)構(gòu)型

并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示［1］。該結(jié)構(gòu)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)／發(fā)電機(jī)兩大部件總成構(gòu)成，有多種組合形式，可以根據(jù)使用要求選用。兩大動(dòng)力總成的功率可以互相疊加，協(xié)調(diào)共同作用驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。

圖1 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 混合動(dòng)力汽車(chē)的核心

電動(dòng)汽車(chē)的核心系統(tǒng)是三電系統(tǒng)，即電機(jī)、電池、電控?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)，除了具備電動(dòng)汽車(chē)的三電系統(tǒng)外，還具有傳統(tǒng)柴油車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，因此電控方面比電動(dòng)汽車(chē)電控更為復(fù)雜，其主要核心部件是混合動(dòng)力整車(chē)控制器?；旌蟿?dòng)力整車(chē)控制器涉及兩種動(dòng)力的協(xié)調(diào)控制及功率分配，運(yùn)行模式比純電動(dòng)車(chē)型要復(fù)雜，常見(jiàn)的混合動(dòng)力汽車(chē)運(yùn)行模式見(jiàn)表1。

插電式混合動(dòng)力汽車(chē)最常用的3種運(yùn)行模式是純電動(dòng)模式、純發(fā)動(dòng)機(jī)模式及混合動(dòng)力模式，根據(jù)這3種運(yùn)行模式，其控制模式對(duì)應(yīng)為純電動(dòng)控制模式、純發(fā)動(dòng)機(jī)控制模式及混合動(dòng)力控制模式。插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的控制形式一般如下。

1）純電起步：起步靠驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)此時(shí)不啟動(dòng)。

2）中高速行駛時(shí)，純發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)可運(yùn)行于高效區(qū)。

3）混合動(dòng)力模式：純電運(yùn)行時(shí)功率不夠時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，不足部分用發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)補(bǔ)夠。純發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)功率不夠時(shí)，在動(dòng)力電池SOC允許的情況下，用驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)補(bǔ)齊不足的需求功率部分。

表1 混合動(dòng)力汽車(chē)運(yùn)行模式

2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)

插電式混合動(dòng)力汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)涉及混合動(dòng)力整車(chē)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)，另外就是發(fā)動(dòng)機(jī)。車(chē)載CAN網(wǎng)絡(luò)通常采用總線型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在設(shè)計(jì)時(shí)，一般將控制系統(tǒng)相關(guān)節(jié)點(diǎn)位于一路CAN，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、ABS等位于另外一路CAN，整車(chē)控制器兩路CAN并兼具集成網(wǎng)關(guān)的功能，拓?fù)浼軜?gòu)如圖2。圖2中監(jiān)控終端是國(guó)標(biāo)GBT32960要求的新能源車(chē)型必須有的監(jiān)控平臺(tái)，用于將新能源車(chē)型的相應(yīng)數(shù)據(jù)與國(guó)家平臺(tái)對(duì)接。按照SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)的要求，兩路CAN的波特率均采用250 K，根據(jù)實(shí)際情況也可以采用500 K。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)示意

3 控制功能分析

3.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)控制分析

驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制通常有轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制兩種。車(chē)輛的行駛需要依靠整車(chē)控制器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速／轉(zhuǎn)矩需求控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制可以參考SAE J1939定義的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制。電機(jī)系統(tǒng)重要的反饋參數(shù)有母線電壓、母線電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速／轉(zhuǎn)矩、電機(jī)溫度、電機(jī)控制器溫度、系統(tǒng)故障等。

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)控制分析

發(fā)動(dòng)機(jī)控制及發(fā)動(dòng)機(jī)的反饋信息在SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有明確定義，根據(jù)SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)定義就可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制及停機(jī)控制。傳統(tǒng)柴油車(chē)型很多控制器都可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)，如ABS、TCU、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器等，發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)運(yùn)行情況判斷響應(yīng)哪個(gè)控制器的控制。在有混合動(dòng)力整車(chē)控制器的車(chē)型上，應(yīng)由整車(chē)控制器來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)。

4 高壓上電分析

動(dòng)力電池是混合動(dòng)力汽車(chē)能量的重要來(lái)源之一。插電式混合動(dòng)力汽車(chē)的純電起步時(shí)能量來(lái)源是動(dòng)力電池 （滿足純電起步時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不啟動(dòng)）。因此，插電式混合動(dòng)力汽車(chē)通常在鑰匙ON擋電時(shí)就完成了高壓上電過(guò)程。高壓上電主要工作是完成預(yù)充電。預(yù)充電的存在有效地防止了動(dòng)力電池高壓輸出瞬間大電流對(duì)電器件造成損壞。圖3是電池管理系統(tǒng)做預(yù)充電的整車(chē)高壓配電示意圖，其中虛框部分即預(yù)充電電路。預(yù)充電過(guò)程如下：在收到上高壓命令后，首先控制主負(fù)接觸器KM-閉合，然后控制預(yù)充電接觸器KMp閉合，同時(shí)控制器檢測(cè)母線端的電壓，當(dāng)母線電壓達(dá)到動(dòng)力電池電壓一定值時(shí)，認(rèn)為預(yù)充電完成，最終閉合主正接觸器KM+。預(yù)充電過(guò)程中閉合KMp后，預(yù)充電電阻R的存在起到了限流的作用，使得母線端電壓呈緩慢上升趨勢(shì)，避免了瞬間接通產(chǎn)生的大電流對(duì)接觸器造成的損壞。

圖3 高壓配電示意圖

5 通訊信號(hào)分析

插電式混合動(dòng)力汽車(chē)涉及的主要通訊節(jié)點(diǎn)的通訊信號(hào)分析詳見(jiàn)表2。

表2 通訊信號(hào)表

6 總結(jié)

混合動(dòng)力汽車(chē)一方面減少了排放污染，環(huán)境友好，另一方面兼顧了續(xù)駛里程，彌補(bǔ)了純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程方面的不足，非常適合長(zhǎng)距離的貨物運(yùn)輸工況。本文從混合動(dòng)力汽車(chē)的構(gòu)型、車(chē)輛運(yùn)行模式、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒖刂乒δ?、高壓上電及通訊信?hào)幾個(gè)方面，闡述了混合動(dòng)力汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的通訊、控制開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，是對(duì)行業(yè)內(nèi)混合動(dòng)力汽車(chē)通訊、控制開(kāi)發(fā)流程的總結(jié)，在此拋磚引玉，希望對(duì)相關(guān)人員有一定的幫助。