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        P2 架構(gòu)混合動力控制策略概述

        2019-08-15 16:03:04賈林娜方立輝辛海霞郝美剛王建勛
        汽車實(shí)用技術(shù) 2019年15期
        關(guān)鍵詞:閥值電量扭矩

        賈林娜,方立輝,辛海霞,郝美剛,王建勛

        (哈爾濱東安汽車發(fā)動機(jī)制造有限公司技術(shù)中心,黑龍江 哈爾濱 150060)

        1 引言

        隨著國家對新能源汽車產(chǎn)業(yè)推廣政策重視和扶持力度加大,新能源汽車產(chǎn)后發(fā)展主要集中在純電動汽車和油/電混合動力汽車上,因這兩種汽車在節(jié)能與環(huán)保方面的較高可行性,有望成為下一階段新能源汽車的主流,屆時世界汽車將擺脫依靠石油能源的時代,進(jìn)入單一的新能源汽車時代。

        順應(yīng)市場競爭需求,滿足法律法規(guī)要求,從企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展需要考慮,通過對標(biāo)國內(nèi)外混動汽車技術(shù),自主研發(fā)P2構(gòu)架混動動力控制系統(tǒng),此版軟件策略開發(fā)已完成臺架演示階段驗證,整機(jī)動力性能和經(jīng)濟(jì)性能滿足新法規(guī)要求,策略符合設(shè)計目標(biāo)。此項目開發(fā)完成奠定了公司在新能源開發(fā)領(lǐng)域的基礎(chǔ),為公司產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級奠定了基石。

        1.1 P2 構(gòu)架混合動力

        本項目基于公司成熟發(fā)動機(jī)4G15T 與六檔自動變速器開發(fā)混合動力系統(tǒng),系統(tǒng)基本信息如圖1 所示,動力系統(tǒng)主要由 1.5T 發(fā)動機(jī)、6AT 與 ISG 電機(jī)組成,發(fā)動機(jī)與ISG 之間采用離合裝置K0 連接,屬于典型的 P2 混合動力系統(tǒng)。該動力系統(tǒng)提供自動、純電、電量保持、手動擋模式等多種駕駛模式,純電續(xù)駛里程大于50km,純電最高車速大于120km/h。

        圖1 P2 混合動力系統(tǒng)示意圖

        1.2 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

        控制器節(jié)點(diǎn)較多,CAN 總線網(wǎng)絡(luò)共設(shè)4 路CAN,分CAN網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計框架如圖2 所示。

        動力CAN 網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)HCU 與MCU、BMS、EMS、OPU 控制器間信息交互。

        傳動CAN 網(wǎng)絡(luò)主要由于TCU 使用的是傳統(tǒng)汽油機(jī)動力總成TCU,為規(guī)避傳統(tǒng)EMS 與TCU 傳遞信息干擾,所以專設(shè)1路CAN 實(shí)現(xiàn)TCU 與HCU 信息交互。

        儀表CAN 網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)車輛整體狀態(tài)信息顯示交互。

        充電CAN 網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)BMS 與車載充電機(jī)信息交互。

        圖2 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計框圖

        2 控制策略

        2.1 高壓上下電控制

        圖3 高壓上電流程

        鑰匙開關(guān)開啟,整車控制器上電后,首先檢測檔位信號、鑰匙開關(guān)信號等駕駛員駕駛指令,并通過CAN 總線接收高壓系統(tǒng)部件的工作狀態(tài),執(zhí)行高壓上電檢測,以判斷整車是否可以安全可靠地上高壓。整車上高壓之后,通過分析駕駛員操作指令和能源系統(tǒng)及動力系統(tǒng)的工作狀態(tài)等,對整車進(jìn)行故障管理、行車模式調(diào)度、轉(zhuǎn)矩管理,并通過CAN 總線定時發(fā)送控制指令給執(zhí)行部件。整個高壓上電流程如圖3 所示。

        當(dāng)車輛處于行車(起步/調(diào)速/超速)狀態(tài)下,鑰匙開關(guān)信號從ON 變?yōu)镺FF 或者致命故障需要下電時,需要按照一定順序執(zhí)行高壓下電流程,以防電機(jī)反電動勢燒毀空調(diào)等設(shè)備,整個高壓下電流程如下圖4 所示。

        圖4 高壓下電流程

        2.2 整車狀態(tài)控制

        整車狀態(tài)管理主要依據(jù)當(dāng)前的鑰匙狀態(tài)、檔位狀態(tài)、制動踏板狀態(tài)、電機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、故障等級等整車狀態(tài)信息并結(jié)合項目中具體車輛,將整車狀態(tài)按工況分為5 種模式:停機(jī)模式、啟動模式、起步模式、調(diào)速模式、超速模式,管理圖如圖5 所示。

        圖5 整車狀態(tài)管理

        2.3 車輛運(yùn)行模式控制

        圖6 車輛運(yùn)行模式

        適應(yīng)不同的駕駛需求,駕駛員通過觸發(fā)不同的模式開關(guān),進(jìn)入不同的車輛運(yùn)行模式以滿足自身需求,本項目車輛運(yùn)行模式分為四種:①Auto 即自動模式,為車輛默認(rèn)的運(yùn)行模式;②EV 即純電 模式;③Hold 即電量保持模式;④S/M 即手動擋模式。四種模式的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖6 所示。

        2.4 能量流模式管理

        本項目整車控制管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同工況下混動系統(tǒng)起停、純電、助力、能量回收、純發(fā)動機(jī)驅(qū)動等11 種混動模式,各工況能量流模式如下圖7、8、9 所示:

        圖7 待機(jī)工況能量流

        圖8 驅(qū)動行駛工況能量流

        圖9 滑行制動行駛工況能量流

        2.5 不同模式下的扭矩分配管理和電池SOC 的控制策略

        不同的車輛運(yùn)行模式下,采用不同的扭矩分配策略和SOC 控制策略。

        本項目策略可實(shí)現(xiàn)純電模式、電量保持模式、手動擋模式與自動模式四種運(yùn)行模式,不同模式下電機(jī)與發(fā)動機(jī)都處于工作狀態(tài)下的扭矩分配和SOC 控制策略進(jìn)行介紹。

        2.5.1 純電(EV)模式

        在電機(jī)持續(xù)功率能力范圍內(nèi)均采用純電運(yùn)行即在電機(jī)外特性曲線范圍內(nèi)保持電機(jī)驅(qū)動模式,因此能量模式只有M3; 當(dāng)SOC 降低至觸發(fā)低閥值時會自動退出EV 模式,進(jìn)入AUTO 模式;在油門完全踩到底時,系統(tǒng)判斷有大扭矩需求,退出EV 模式,進(jìn)入AUTO 全油門模式。EV 模式下能量管理如圖10。

        圖10 純電模式管理

        2.5.2 自動模式

        待機(jī)工況:圍繞SOC 閥值,待機(jī)發(fā)電和發(fā)動機(jī)怠速兩個能量流切換。

        驅(qū)動行駛工況:根據(jù)電量不同,能量及扭矩分配管理分為:高電量、中等電量和低電量三種情況,具體如下:

        ① 高電量情況,駕駛員需求扭矩在藍(lán)色區(qū)域為純電驅(qū)動(M3);駕駛員需求扭矩在粉色區(qū)域為發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(M7);駕駛員需求扭矩在藍(lán)色線與紫色線(系統(tǒng)最大扭矩)之間為混合驅(qū)動(M5)。

        ② 中等電量情況,駕駛員需求扭矩在藍(lán)色區(qū)域為純電驅(qū)動(M3)、發(fā)動機(jī)驅(qū)動并發(fā)電(M6)兩種能量流模式;駕駛員需求扭矩在粉色區(qū)域為發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(M7);駕駛員需求扭矩在灰色以及綠色區(qū)域為混合驅(qū)動(M5),綠色曲線含義:混合驅(qū)動(M5)受SOC 值減小的影響,電機(jī)逐步減小助力扭矩,當(dāng)SOC 降至低閥值,以發(fā)動機(jī)外特性單獨(dú)驅(qū)動。

        ③ 低電量情況,由于SOC 閥值較低,此時為了提高充電速度,抬高發(fā)動機(jī)的發(fā)電扭矩,如圖11 中發(fā)動機(jī)高效扭矩線,此時無論駕駛需求扭矩在落在哪個區(qū)域,都會起動發(fā)動機(jī)充電將SOC 拉高,從而執(zhí)行中等電量時的策略。

        制動、滑行工況:高壓蓄電池SOC 值高于一定閥值時,禁止電機(jī)對電池充電,在SOC 值低于此閥值時,制動并進(jìn)行能量回收。

        2.5.3 其他模式

        手動模式及電量保持模式在不同工況下能量流分配與自動模式相同,即待機(jī)工況下,圍繞SOC 閥值,實(shí)現(xiàn)待機(jī)發(fā)電和發(fā)動機(jī)怠速兩個能量流切換;其中手動模式,因SM 模式下發(fā)動機(jī)常運(yùn)轉(zhuǎn),起步時能量流均為M3-1 電機(jī)驅(qū)動、發(fā)動機(jī)怠速。驅(qū)動行駛工況下,根據(jù)電量和駕駛需求扭矩落在不同區(qū)域來決定能量流形式;制動工況,SOC 值低于過充保護(hù)閥值,制動并進(jìn)行能量回收。

        2.6 測試驗證

        圖14 測試驗證數(shù)據(jù)分析圖

        本項目策略設(shè)計完成后,進(jìn)行了不同模式、不同工況條件下整機(jī)演示測試,通過對測試數(shù)據(jù)的分析(如圖14),充分驗證策略符合性。

        同時,為驗證策略實(shí)際節(jié)油效果,進(jìn)行法規(guī)工況油耗測試,油耗低于法規(guī)限值,策略有效。法規(guī)工況綜合油耗測試結(jié)果見表1 所示。

        表1 法規(guī)工況綜合油耗測試結(jié)果(12.3KWh 電池)

        3 結(jié)論

        P2 構(gòu)架混合動力控制策略開發(fā)已經(jīng)通過演示驗證,節(jié)油效果顯著,達(dá)到預(yù)定目標(biāo),取得了開發(fā)成效。

        混合動力控制策略開發(fā),是企業(yè)向新能源開發(fā)挺進(jìn)所取得的重大成果,是企業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的重要舉措,新能源技術(shù)產(chǎn)品將逐步取代傳統(tǒng)產(chǎn)品,隨著市場不斷推進(jìn),將成為企業(yè)未來發(fā)展主力軍、是企業(yè)效益新的增長點(diǎn)。

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