徐蘭欣，蘇長樹，張 偉

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

新能源混合動力汽車 （Hybrid Electrical Vehicle，簡稱HEV）是指同時裝備兩種動力來源——熱動力源 （由傳統(tǒng)的汽油機或者柴油機產(chǎn)生）與電動力源 （電池與電動機）的汽車。通過在混合動力汽車上使用電機，使得動力系統(tǒng)可以按照整車的實際運行工況要求靈活調(diào)控，而發(fā)動機保持在綜合性能最佳區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。

新能源混合動力臺架主要用于新能源混合動力汽車兩驅(qū)或四驅(qū)道路工況模擬，對由發(fā)動機+電機+變速器組成的混合動力系統(tǒng)進行測試或?qū)π履茉椿旌蟿恿ζ囌囆阅苓M行測試，可進行新能源汽車駕駛動態(tài)、變速器箱體和旋轉(zhuǎn)部件應(yīng)變極限評估、燃油消耗優(yōu)化、控制單元基礎(chǔ)標定、混合動力總成性能評估和優(yōu)化等。

因此，新能源混合動力臺架涉及純電或與發(fā)動機混合驅(qū)動行駛工況，過程中發(fā)動機不定時啟停。CO和碳氫等有害氣體在發(fā)動機運行時大量產(chǎn)生，而在發(fā)動機停機即純電行駛，則不會產(chǎn)生。因此本著高效和能源節(jié)約原則，探索在封閉的臺架試驗環(huán)境中實現(xiàn)尾排適時啟停很有意義。

1 AVL臺架簡介

新能源混合動力測試臺架既要滿足兩驅(qū)測試，又要滿足四驅(qū)測試，并兼顧動力總成和整車測試，支持各種測試程序，以確保達成駕駛性能評估和特定壽命考核等開發(fā)目標。經(jīng)過綜合評價，我公司引進奧地利AVL李斯特公司 （以下簡稱“AVL”）生產(chǎn)的混合動力測試臺架，其所提供動力測試系統(tǒng)解決方案包括兩個主要配置。第一個是內(nèi)燃機+電機+變速器的組合測試；第二個是真實的整車測試。兩種配置可在穩(wěn)定的環(huán)境條件下復(fù)現(xiàn)真實測試結(jié)果，在動力總成臺架上實現(xiàn)理想的加載可以接近整車在真實道路上測試。圖1為AVL動力總成臺架。

圖1 AVL動力總成臺架

AVL臺架PUMA OPEN自控系統(tǒng)，包括自控系統(tǒng)軟件和硬件，其被測單元控制接口包括CAN接口板及CAN Real-Time驅(qū)動，是總成測試的自控集成式平臺，可為用戶提升測試任務(wù)及測試系統(tǒng)的復(fù)雜性。系統(tǒng)提供自動運行控制、模擬軟件以及I／O接口和控制子系統(tǒng)、測量設(shè)備和操作界面；通過Visual Basic腳本編輯，還提供一個靈活用于擴展圖形化庫組件，以實現(xiàn)用戶特定功能。

AVL實時環(huán)境ARTETM確保所有I／O系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)的計算過程準確交互。

在主要由PUMA OPEN和EMCON系列400及新能源車輛混合動力部件 （前橋：發(fā)動機及其變速器、BSG電機及其控制器；后橋：MCU電機及其控制器及其二擋減速機）所組成的動力總成測試臺架中，4個測功機用來模擬汽車道路負載，通常有幾個控制器 （如HCU、EMS、TCU、BSG、MCU、ACU）同時工作于此系統(tǒng)中，每個控制器間通過CAN總線（PT_CAN、HC_CAN、HP_CAN）交換數(shù)據(jù)，同時總線數(shù)據(jù)又可以和PUMA OPEN進行實時數(shù)據(jù)交換及實時總線殘余信號模擬，就如同一輛真實車輛在實際道路中行駛。臺架測試結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 臺架測試結(jié)構(gòu)框圖

2 項目要求

為保證臺架測試不間斷運行，避免其運行過程中產(chǎn)生的尾氣危害人員身體健康和造成能源浪費，經(jīng)論證，利用PUMA OPEN自控系統(tǒng)對用戶開放的優(yōu)勢來實現(xiàn)尾排自動啟停具有可實施性和便利性。

車輛有AUTO ／POWER／SAVE ／PURE和AWD幾種駕駛模式，在不同模式間切換或同一模式下運行，發(fā)動機會根據(jù)車輛運行狀況隨時啟停。如從PURE切至POWER／AWD／SAVE MODE任一模式時，發(fā)動機800ms內(nèi)啟動；AUTO模式，當(dāng)SOC低于25%或加速需求大于2.6m／s2時，發(fā)動機亦在800ms內(nèi)啟動；在PURE模式，車速低于120km／h或AUTO模式的某些工況又要求發(fā)動機必須停運?？傊?，發(fā)動機啟停狀態(tài)具有隨機性，所以關(guān)聯(lián)發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，是實現(xiàn)本設(shè)計的關(guān)鍵所在。

3 開發(fā)過程

3.1 臺架PUMA OPEN自控系統(tǒng)硬件介紹

AVL動力總成臺架PUMA OPEN系統(tǒng)與前端模塊F-FEM通過高性能IEEE 1394總線聯(lián)接，采用400 Mbit／s傳輸率與模塊精確同步。AVL F-FEM前端模塊通道配置情況見表1。

表1 AVL F-FEM前端模塊通道類型情況

3.2 利用PUMA OPEN自控系統(tǒng)硬件

PUMA OPEN系統(tǒng)其前端模塊F_FEM通道結(jié)構(gòu)：AVLF_FEM_CON模塊電氣參數(shù)：3個IEEE1394接口；4個獨立的計數(shù)器通道；18個數(shù)字量輸入通道；26個數(shù)字量輸出通道；4個模擬量輸入通道；4個模擬量輸出通道；2個頻率輸出通道；供電電源：24VDC。其內(nèi)部原理圖如圖3所示。

圖3 F_FEM_CON模塊內(nèi)部原理圖

通道選擇：通過以上模塊通道特性和本設(shè)計比較以及模塊使用備用情況，得出F_FEM_CON模塊Digital Output通道X14和X19適用，可完成對尾排系統(tǒng)啟停輸入控制。

3.3 軟件設(shè)計

基于PUMA OPEN自控系統(tǒng)提供的自動化控制和軟件處理能力，包括接口硬件到AVL I／O控制系統(tǒng)和強大的Formula Device Example公式編輯器 （簡稱FDV）功能。ARTE與其基于F-FEM的通用主時鐘可確保在線同步數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算和處理以及無延遲的 UUT、測功機和模擬控制。通過來自與動力總成進行實時數(shù)據(jù)交換的PUMA OPEN自控系統(tǒng)，俘獲HP_CAN總線上Engine Speed信號來確認發(fā)動機運行狀態(tài)信息。

3.3.1 變量定義

配置硬件F_FEM_CON通道后定義FDV公式編輯器變量，如表2所示。

表2 變量表

3.3.2 軟件程序設(shè)計

本著安全和能源節(jié)約原則，無論臺架處于何種工況，發(fā)動機啟動尾排系統(tǒng)亦應(yīng)隨即啟動運行，發(fā)動機停止尾排系統(tǒng)亦應(yīng)延時后停止運行。據(jù)此，利用PUMA OPEN自控系統(tǒng)自帶的FDV編輯器功能，軟件程序設(shè)計如下：

dim n，m，i，p，q，r

public draft_fan_start，draft_fan_stop

if enginespeed>200 then

draft_fan_start=1

draft_fan_stop=0

endif

if draft_fan_start=1 then ／*啟動信號置1后，初始化計數(shù)器n，而非在程序開始初始化計數(shù)器，避免因每執(zhí)行一次程序計數(shù)器都要初始化，導(dǎo)致n一直等于1*／

n=0

if m<3 then

m=m+1

endif

endif

if m=3 then

m=0

p=1

endif

if p=1 then ／*完成標志位p，避免啟動信號在0和1之間跳動*／

draft_fan_start=0

endif

if DEM_K15=0 and p=1 then ／*發(fā)動機停止條件設(shè)為DEM_K15=0（DEM_K15為KL15上下電按鈕），而不是enginespeed<200rpm，因為發(fā)動機斷電后信號立即變?yōu)闊o效，采集不到轉(zhuǎn)速小于200rpm*／

m=0

if n<10 then／*完成標識位p的判斷條件，避免在發(fā)動機停機后，停止信號在0和1之間跳動）*／

n=n+1

endif

endif

if n=10 then

n=0

p=0

q=1

endif

if q=1 then ／*完成標志位q，避免停止信號在0和1之間跳動*／

draft_fan_stop=1

endif

if draft_fan_stop=1 then

if i<3 then

i=i+1

endif

endif

if i=3 then

i=0

r=1

q=0

endif

if r=1 or draft_fan_start=1 then ／*完成標志位r，避免停止信號在0和1之間跳動；增加“draft_fan_start=1”條件，避免停止信號置1時，發(fā)動機突然再次啟動，造成開啟和停止信號同時置1*／

draft_fan_stop=0

endif

r=0 ／*“r=0”，避免上一個if語句無限循環(huán)*／

4 結(jié)束語

新能源動力總成試驗室承擔(dān)著新能源混合動力汽車研發(fā)的重要任務(wù)，其安全、高效及節(jié)約化運行始終是我們堅持不懈的追求目標。此種控制思路實施簡單，只需簡單編制FDV公式編輯器程序，無需增加任何硬件和軟件成本費用，利用其設(shè)備固有的軟硬件資源即可實現(xiàn)，不失為一種值得提倡和應(yīng)用的好方法。