繆金榮

摘 要：隨著我國《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》進(jìn)一步推行，新能源車的保有量和市場(chǎng)占有率輛也逐步增加。文章介紹了一種典型P2架構(gòu)的插電式混合動(dòng)力車型，簡(jiǎn)單介紹了其硬件構(gòu)成，重點(diǎn)對(duì)其混動(dòng)控制邏輯進(jìn)行說明。文章對(duì)于理解P2架構(gòu)的PHEV硬件和軟件控制有一定的參考意義。關(guān)鍵詞：插電式混合動(dòng)力;P2架構(gòu);混動(dòng)功能邏輯中圖分類號(hào)：U462 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）11-189-03

Abstract：?With the further implementation of China's "Measures for the Parallel Management of Average Fuel Consump?-tion and New Energy Vehicle Credits for Passenger Car Enterprises"， the number of new energy vehicles and their market share have gradually increased. This article introduces a typical plug-in hybrid vehicle with a P2 architecture， briefly introduces its hardware structure， and focuses on its hybrid control strategy. This article has certain reference significance for understanding PHEV hardware components and software control strategy of P2 architecture PHEV.Keywords：?PHEV;?P2Architecture;?DMTL;?Hybrid Control StrategyCLC NO.： U462 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）11-189-03

1?前言

隨著《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》的進(jìn)一步推行，各大汽車廠商都積極推行新能源車的研發(fā)生產(chǎn)和銷售工作。以2019年全年統(tǒng)計(jì)為例，新能源車輛共計(jì)銷售120.6萬輛，其中20.75萬輛為插電式混合動(dòng)力車型，約占新能源車輛總數(shù)的17.2%。插電式混合動(dòng)力車輛因?yàn)闆]有“里程焦慮”，用戶使用相對(duì)便捷的原因，在市場(chǎng)上受到相當(dāng)數(shù)量用戶的青睞。有專家預(yù)測(cè)，在未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，插電式混合動(dòng)力車型會(huì)蓬勃發(fā)展[1]。

目前市售的新能源車主要包括純電車型（下稱BEV）和插電式混合動(dòng)力車型（下稱PHEV）。BEV車型因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，研發(fā)技術(shù)難度相對(duì)較低而受到各廠商，特別是國內(nèi)新興車企的追捧。目前國內(nèi)新興OEM推出的車型主要以BEV為主。PHEV結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要既有傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱的技術(shù)積累，又要有電池電機(jī)的相關(guān)技術(shù)研發(fā)，同時(shí)還要掌握兩套動(dòng)力源的耦合和分配的相關(guān)技術(shù)，所以PHEV相關(guān)技術(shù)，特別是混合動(dòng)力策略依然掌握在傳統(tǒng)OEM手中。PHEV車型根據(jù)動(dòng)力源的耦合方式的不同可以分為串聯(lián)式，并聯(lián)式和混聯(lián)式[2]。各耦合方式的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

目前，日系PHEV車型主要以混聯(lián)式混動(dòng)架構(gòu)為代表，而歐系車型絕大部分使用并聯(lián)式混動(dòng)架構(gòu)。本文主要介紹P2架構(gòu)的PHEV車型的硬件結(jié)構(gòu)和混動(dòng)策略，以便讀者更好的了解該架構(gòu)PHEV的相關(guān)結(jié)構(gòu)和原理。

2?硬件介紹

并聯(lián)架構(gòu)的混動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)在系統(tǒng)中的位置不同，可分為P0-P4共計(jì)5種架構(gòu)（如圖1所示），其中以P2和P3最為常見。

P0：電機(jī)位于發(fā)動(dòng)機(jī)副機(jī)組位置，通過皮帶或鏈輪與曲軸相連;P1：電機(jī)位于曲軸末端，與曲軸剛性連接;P2：電機(jī)位于離合器和齒輪箱之間;P3：電機(jī)與變速箱從動(dòng)軸相連;P4：電機(jī)位于輪邊，或者單獨(dú)驅(qū)動(dòng)后橋（或前橋）。

圖2是某典型P2架構(gòu)的變速箱結(jié)構(gòu)圖。該變速箱采用了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，變速箱控制器、傳感器和液壓控制系統(tǒng)（包括電磁閥、油泵和蓄能器等）集成為一體，大大精簡(jiǎn)了變速箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，也方便進(jìn)行售后維修。電機(jī)采用同軸電機(jī)，通過合理的設(shè)計(jì)，在保證電機(jī)性能的同時(shí)，減小軸向尺寸，改善發(fā)動(dòng)機(jī)艙零部件的橫向布置。電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)合或分離通過K0離合器進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)整車不同的驅(qū)動(dòng)模式。

3?功能邏輯介紹

3.1?整車運(yùn)行模式

PHEV由于能外接充電，整車運(yùn)行模式以高壓電池核電狀態(tài)（下稱SOC）為重要影響因素，參考外界環(huán)境和零部件的溫度條件，整車控制器（下稱VCU）決策整車運(yùn)行模式。如圖3某P2架構(gòu)PHEV運(yùn)行模式切換示意圖：1）在高壓電池電量充足和溫度條件適宜的情況下，總是默認(rèn)使用純電模式;2）當(dāng)電量不足或者溫度較低時(shí)，默認(rèn)使用混合動(dòng)力模式?？紤]溫度因素主要是出于相關(guān)部件的保護(hù)需要，避免對(duì)部件造成損害。

此外，該車型還具備其他的混動(dòng)模式可供駕駛員選擇。據(jù)試驗(yàn)測(cè)算，合理的采用不同的模式組合，可以使油耗下降15%甚至更高。通過導(dǎo)航的實(shí)時(shí)路況信息，VCU自行合理分配混動(dòng)模式以期用戶真實(shí)駕駛循環(huán)中，能實(shí)現(xiàn)油耗和能耗最低值是未來的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2?發(fā)動(dòng)機(jī)啟停需求控制和動(dòng)力分配

由于PHEV上存在兩套能獨(dú)立工作或者同時(shí)工作的動(dòng)力源，何時(shí)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)力分配是混動(dòng)策略的核心控制內(nèi)容。

決定發(fā)動(dòng)機(jī)啟停的因素有很多，根據(jù)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和效率特征，一般低速工況使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，高速工況發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。

決定發(fā)動(dòng)機(jī)啟停，以下兩個(gè)為重要影響因素和基本策略：

（1）當(dāng)前車輛能提供的最大電驅(qū)功率是否能滿足駕駛員需求功率。最大電功率受高壓電池SOC，電驅(qū)系統(tǒng)溫度等相關(guān)因素的影響;駕駛員需求功率由車輛速度，電機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門踏板開度決定。系統(tǒng)判定當(dāng)前的最大電驅(qū)功率不能滿足駕駛員的駕駛需求時(shí)，系統(tǒng)提出發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)需求并經(jīng)過許可判定后，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。如圖4所示。

（2）高壓電池SOC閾值：該閾值根據(jù)車速等因素進(jìn)行標(biāo)定，總體原則是低速工況盡量使用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

上述發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)需求優(yōu)先級(jí)高于停機(jī)需求，當(dāng)兩者矛盾時(shí)，系統(tǒng)判定須滿足啟動(dòng)需求。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)正常運(yùn)行后，穩(wěn)態(tài)工況的驅(qū)動(dòng)由發(fā)動(dòng)機(jī)完成，動(dòng)態(tài)響應(yīng)由電機(jī)先進(jìn)行補(bǔ)償或者進(jìn)行能量回收。如果穩(wěn)態(tài)工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)不處于經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)域，則根據(jù)情況，電機(jī)充電（提供負(fù)扭矩）或者驅(qū)動(dòng)（提供正扭矩）。P2架構(gòu)的PHEV動(dòng)力分配的基本原則就是一旦決定發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工作，就讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作在相對(duì)高效區(qū)域。標(biāo)定時(shí)，通過仿真計(jì)算整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的效率，標(biāo)定出整車油耗/能耗最低的動(dòng)力分配策略。當(dāng)然，在整車層面還需要考慮聲學(xué)的影響因素，進(jìn)行合理的匹配標(biāo)定。

3.3?發(fā)動(dòng)機(jī)啟停方式和控制

VCU決定發(fā)動(dòng)機(jī)需要啟動(dòng)后，VCU需要進(jìn)一步?jīng)Q定采取何種啟動(dòng)方式。如果車上仍保留12V啟動(dòng)馬達(dá)，需要VCU判定是否需要用12V啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī);若不再保留12V啟動(dòng)馬達(dá)，則需要根據(jù)工況確定合適的啟動(dòng)方式。

發(fā)動(dòng)機(jī)使用12V啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)的結(jié)果如圖四所示。整個(gè)啟動(dòng)過程分為兩個(gè)階段（如圖6所示）：

A：保持K0離合器斷開，略微提高電機(jī)轉(zhuǎn)速。起動(dòng)電機(jī)與飛輪嚙合，斷開12V電池的其他負(fù)載。起動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)到一個(gè)較低的轉(zhuǎn)速，隨后發(fā)動(dòng)機(jī)開始自主噴油點(diǎn)火，轉(zhuǎn)速快速上升，并通過PI調(diào)節(jié)使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)相等。

D：發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速相同后，閉合K0離合器，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

高壓電機(jī)拖動(dòng)啟動(dòng)，根據(jù)噴油時(shí)刻的區(qū)別，可以分為默認(rèn)啟動(dòng)，舒適啟動(dòng)等不同的類型。舒適啟動(dòng)在發(fā)動(dòng)機(jī)被高壓電機(jī)拖動(dòng)到較高轉(zhuǎn)速后，才進(jìn)行噴油點(diǎn)火。高壓電機(jī)拖動(dòng)啟

動(dòng)主要分下面四個(gè)過程：

A：略微提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，為拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)做好儲(chǔ)備。

B：K0離合器逐漸接合，依靠電機(jī)把發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到一個(gè)較低的轉(zhuǎn)速，隨后發(fā)動(dòng)機(jī)開始自主噴油點(diǎn)火，轉(zhuǎn)速快速上升。

C：K0離合器斷開，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，并通過PI調(diào)節(jié)將轉(zhuǎn)速控制到與電機(jī)相同。

D：發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速相同后，閉合K0離合器，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

保留12V啟動(dòng)馬達(dá)的好處在于下面兩個(gè)方面：

（1）在高壓電機(jī)出現(xiàn)輕微故障，發(fā)動(dòng)機(jī)不能依靠高壓電機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，可以用12V啟動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行啟動(dòng)。

（2）在高壓電機(jī)全功率輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)，進(jìn)行12V啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)，不會(huì)因?yàn)閱?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)而使駕駛員有動(dòng)力暫時(shí)缺失的感覺，提高駕駛的舒適性。

但由于成本和其他因素的考慮，現(xiàn)在越來越多的PHEV車型不再保留12V啟動(dòng)馬達(dá)。

4?結(jié)束語

雖然在新能源車型中，PHEV車型數(shù)量只占20%左右，但其仍然是目前滿足各方要求的最可靠的動(dòng)力組成方式，極具競(jìng)爭(zhēng)力。本文主要針對(duì)P2架構(gòu)的并聯(lián)式PHEV，進(jìn)行其硬件構(gòu)成和主要功能邏輯的介紹，幫助讀者對(duì)該構(gòu)型的PHEV車型能有較為詳細(xì)的了解，對(duì)了解其他架構(gòu)的PHEV也有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

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