祝浩 于釗 徐家良

摘 ?要：針對(duì)雙電機(jī)混動(dòng)車輛在車輛運(yùn)行過程中串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式的切換需求，通過分析雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種通過發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力中斷的切換控制方法。將串聯(lián)到并聯(lián)切換過程分為發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移、離合器結(jié)合、動(dòng)力源切換三個(gè)階段，將并聯(lián)到串聯(lián)切換過程劃分為動(dòng)力源切換、離合器打開、發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移三個(gè)階段，能夠?qū)崿F(xiàn)串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式的順利切換，同時(shí)上述切換階段劃分也能較好的支持串并聯(lián)切換過程中的切換意圖改變操作。最后進(jìn)行了控制策略的實(shí)車驗(yàn)證，切換過程中沖擊度小于8。結(jié)果表明，所提出的串并聯(lián)切換控制方法能夠完全支持車輛運(yùn)行過程中的串并聯(lián)切換。

關(guān)鍵詞：雙電機(jī)構(gòu)型;混合動(dòng)力;串并聯(lián)切換;控制方法

中圖分類號(hào)：U464.235 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2022）01-0035-08

Design and Implementation of the Switching Process between Series and Parallel Modes of Dual-motor Hybrid Vehicles

Zhu Hao， Yu Zhao， Xu Jia-liang

（ FAW New Energy Development Institute， Changchun 130013， China ）

Abstract： Aiming at the switching requirements of the series-parallel driving mode of the dual-motor hybrid vehicle during the operation of the vehicle， by analyzing the structural characteristics of the dual-motor hybrid configuration， a switching control without power interruption is proposed through the coordinated control of the engine， generator and drive motor method. The series-to-parallel switching process is divided into three stages： engine operating point transfer， clutch combination， and power source switching. The parallel to series switching process is divided into three stages： power source switching， clutch opening， and engine operating point transfer， which can realize series-parallel connection The smooth switching of the driving mode， and the above-mentioned switching phase division can also better support the switching intention change operation during the series-parallel switching process. Finally， the actual vehicle verification of the control strategy is carried out. The results show that the proposed series-parallel switching control method can fully support the series-parallel switching during vehicle operation.

Key Words： Dual-Motor Structure; HEV; Series-Parallel Switching

1 ? ?前言

雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型兼具串聯(lián)構(gòu)型和并聯(lián)構(gòu)型的各自優(yōu)點(diǎn)，在低速和高速工況下都能實(shí)現(xiàn)比較好的系統(tǒng)燃油經(jīng)濟(jì)性，其結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。但是目前國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)多集中于研究串聯(lián)構(gòu)型下發(fā)動(dòng)機(jī)及動(dòng)力電池能量分配問題，即發(fā)動(dòng)機(jī)是工作在“恒溫器”還是“功率跟隨”模式[1-3]。而對(duì)雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型的研究都是基于整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行描述，即如何通過各個(gè)模式下的能量管理以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性最優(yōu)[4-7]，而對(duì)雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型如何進(jìn)行串并聯(lián)切換控制都未曾提及。

雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式的順利切換是 實(shí)現(xiàn)構(gòu)型優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)，本文在分析雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)串并聯(lián)模式下動(dòng)力系統(tǒng)輸出方式分析，以保證切換過程中的動(dòng)力平順性為目標(biāo)，提出了通過發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)協(xié)調(diào)控制以實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)切換控制，并且支持切換過程中的駕駛員切換意圖改變，最后通過試驗(yàn)對(duì)該控制策略進(jìn)行了驗(yàn)證。

2 ? ?雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型分析

2.1 ? ?雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型結(jié)構(gòu)特征

圖1為雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)離合器分離時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)為串聯(lián)構(gòu)型，驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)，發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)電，發(fā)電機(jī)兼具起動(dòng)機(jī)作用;當(dāng)離合器結(jié)合后，整個(gè)系統(tǒng)為并聯(lián)構(gòu)型，主要由發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行加速助力和能量回收。

2.2 ? 雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式分析

由于各個(gè)部件之間的速比不同，需要將各個(gè)部件的轉(zhuǎn)速扭矩折算至同一個(gè)部件，即實(shí)現(xiàn)參照系的統(tǒng)一，以下所有扭矩、轉(zhuǎn)速均指以發(fā)動(dòng)機(jī)為參照系轉(zhuǎn)換后的值

根據(jù)雙電機(jī)構(gòu)型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，整車在串并聯(lián)模式下各個(gè)部件的控制參數(shù)分析如下：

（1）串聯(lián)模式

在串聯(lián)模式下，離合器打開，車輛由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作在一定的轉(zhuǎn)速、扭矩點(diǎn)上以滿足整車的驅(qū)動(dòng)及動(dòng)力電池充放電功率需求，串聯(lián)模式下各部件的能量流動(dòng)如圖2所示：

串聯(lián)模式下各部件控制目標(biāo)為：

（1）

其中TEng_Tgt和ωEng_Tgt分別為發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的扭矩和轉(zhuǎn)速，TTm_Tgt為驅(qū)動(dòng)電機(jī)目標(biāo)扭矩其等于整車驅(qū)動(dòng)扭矩TDrv，串聯(lián)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電工作點(diǎn)的選擇已有較多文獻(xiàn)研究[5-7]，本文不再贅述;TEng_Act為發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩，TCL為串聯(lián)模式下發(fā)電機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制時(shí)產(chǎn)生的閉環(huán)扭矩值。

（2）并聯(lián)模式

并聯(lián)模式下，離合器結(jié)合，發(fā)電機(jī)工作在0扭矩隨轉(zhuǎn)模式;整車驅(qū)動(dòng)扭矩優(yōu)先由發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行，驅(qū)動(dòng)電機(jī)補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩響應(yīng)的遲滯和不足的部分;并聯(lián)模式下，發(fā)電機(jī)還可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩進(jìn)行“補(bǔ)償”以使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)，并聯(lián)模式下各部件的能量流動(dòng)如圖3所示：

并聯(lián)模式下，存在并聯(lián)驅(qū)動(dòng)+發(fā)電、并聯(lián)助力、并聯(lián)斷油+回收三種不同的子模式，各個(gè)子模式下整車各部件扭矩分配關(guān)系也不同，因此目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩也根據(jù)并聯(lián)子工況的不同分別考慮。

并聯(lián)模式下各部件控制目標(biāo)為：

（2）

（3）

其中，TEng_PaMax為并聯(lián)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩上限值，TTm_PaShft為并聯(lián)充電模式下驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電負(fù)扭矩值，TEng_Los為發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的摩擦扭矩值。

3 ? ?串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式切換過程分析

3.1 ? 串聯(lián)到并聯(lián)模式切換過程分析

在串聯(lián)模式下，離合器斷開，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/扭矩均與車速解耦，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率通過“電傳動(dòng)”傳遞至車輪，驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩等于整車驅(qū)動(dòng)扭矩。在并聯(lián)模式下，離合器結(jié)合，此時(shí)車輛主要由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)電機(jī)提供部分加速助力扭矩或發(fā)電扭矩，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率通過“機(jī)械傳動(dòng)”傳遞至車輪。

串聯(lián)到并聯(lián)切換的本質(zhì)，是要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)到車輪端從“電傳動(dòng)”到“機(jī)械傳動(dòng)”的轉(zhuǎn)換，同時(shí)保證切換過程中整車驅(qū)動(dòng)扭矩的連續(xù)性。因此將串聯(lián)向并聯(lián)切換過程依次分為三個(gè)階段：發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段、離合器吸合階段、動(dòng)力源切換階段。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段

在此階段，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整至驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證隨后的離合器結(jié)合時(shí)低轉(zhuǎn)速差。同時(shí)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩響應(yīng)較電機(jī)慢的特性，為在接下來(lái)的動(dòng)力源切換及并聯(lián)階段盡可能的不調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩而用驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)調(diào)整整車扭矩，因此在此階段也需要將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩調(diào)整至并聯(lián)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。

在此階段，離合器未結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)雖已從串聯(lián)工作點(diǎn)調(diào)整至并聯(lián)工作點(diǎn)，但依然處于串聯(lián)模式，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成整車驅(qū)動(dòng)。

在此階段發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩如公式（2）所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)目標(biāo)扭矩，發(fā)電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和扭矩值如公式（4）所示：

（4）

待發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩、轉(zhuǎn)速與目標(biāo)值偏差小于設(shè)定門限，認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段結(jié)束，進(jìn)入到離合器吸合階段;此偏差門限根據(jù)試驗(yàn)取得，主要考慮離合器吸合階段的整車平順性以及動(dòng)力源交替階段的動(dòng)力連續(xù)性;

（2）離合器吸合階段

在離合器吸合階段，離合器逐步吸合，發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制目標(biāo)依然與上一階段相同，只是在此階段，主要是維持各個(gè)部件的目標(biāo)狀態(tài)，而上一階段則是動(dòng)態(tài)調(diào)整各個(gè)部件的目標(biāo)狀態(tài);

雖然上一階段發(fā)電機(jī)已經(jīng)將離合器兩端的轉(zhuǎn)速差控制的比較小，但為了進(jìn)一步降低離合器吸合時(shí)的沖擊度，離合器油壓也采用逐步加載的方式，油壓加載速度需要結(jié)合整車表現(xiàn)標(biāo)定得到。

相較發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段，此階段只是多了離合器控制，將離合器吸合階段設(shè)為獨(dú)立階段，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段只關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，有利于模塊功能復(fù)用。

在離合器吸合過程中，如果離合器兩端的轉(zhuǎn)速差不能控制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，則會(huì)導(dǎo)致車輛出現(xiàn)頓挫或前沖感，為此采用沖擊度對(duì)離合器吸合過程控制平順性進(jìn)行評(píng)價(jià)，其沖擊度為

其中：ωv為離合器輸出軸角速度，rw為車輪半徑，i0為離合器到主減速器傳動(dòng)比，ig為主減速器傳動(dòng)比。

（3）動(dòng)力源切換階段

在此階段離合器已經(jīng)吸合，發(fā)動(dòng)機(jī)和整車驅(qū)動(dòng)系之間已經(jīng)建立機(jī)械連接，發(fā)電機(jī)逐步減小發(fā)電扭矩，從而將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩向驅(qū)動(dòng)系釋放出來(lái)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步減少與發(fā)電機(jī)相同的扭矩，由于發(fā)電機(jī)扭矩和驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩同步調(diào)整量大小相等，因此可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)三者對(duì)外輸出總扭矩等于駕駛員需求驅(qū)動(dòng)扭矩，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力的連續(xù)性。此階段發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩如公式（2）所示，發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩如公式（5）所示：

（5）

其中?TStp為發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩同步調(diào)整步長(zhǎng)，此步長(zhǎng)值的設(shè)定需要考慮電機(jī)的扭矩響應(yīng)速度和精度，以及整車對(duì)動(dòng)力源切換階段的耗時(shí)要求，本文設(shè)置為50Nm/s;T*Gm_Tgt和T*Tm_Tgt分別為為發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)目標(biāo)扭矩上一個(gè)計(jì)算周期的值;

待發(fā)電機(jī)扭矩已經(jīng)降低至零，驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩已降低至并聯(lián)驅(qū)動(dòng)電機(jī)目標(biāo)扭矩值后，此階段結(jié)束，整車進(jìn)入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式;

3.2 ? 并聯(lián)到串聯(lián)模式切換過程分析

并聯(lián)到串聯(lián)切換是串聯(lián)到并聯(lián)切換的逆過程，要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)到整車驅(qū)動(dòng)系之間從“機(jī)械傳動(dòng)”到“電傳動(dòng)”的轉(zhuǎn)換，基于前面的分析，可以將并聯(lián)到串聯(lián)的切換過程依次分為：動(dòng)力源切換、離合器分離、發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整三個(gè)階段。

（1）動(dòng)力源切換階段

由于在離合器斷開后就為“電傳動(dòng)”，因此在離合器斷開前，就要實(shí)現(xiàn)“機(jī)械傳動(dòng)”向“電傳動(dòng)”的切換。通過增大發(fā)電機(jī)發(fā)電負(fù)扭矩來(lái)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)以同等的幅度增加發(fā)電機(jī)吸收的扭矩值，由此在總驅(qū)動(dòng)扭矩等于駕駛員需求扭矩的情況下實(shí)現(xiàn)了從發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。此后發(fā)動(dòng)機(jī)全部功率被發(fā)電機(jī)吸收，離合器兩端沒有扭矩傳遞。

在此階段發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩依然如公式（2）所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制目標(biāo)如公式（6）所示：

（6）

需要注意的是，此階段驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩由兩部分組成，一部分來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)移過來(lái)的扭矩，另一部分來(lái)自自身并聯(lián)助力的部分，其中并聯(lián)助力部分也可以用來(lái)響應(yīng)外部扭矩請(qǐng)求，比如ESP扭矩。

待發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩完全被發(fā)電機(jī)吸收后，動(dòng)力源切換階段結(jié)束。

（2）離合器分離階段

在離合器分離過程中，由于分離過程需要一定的時(shí)間，在此期間為了避免因?yàn)殡x合器兩端因?yàn)檗D(zhuǎn)速差過大導(dǎo)致滑磨功過大，此時(shí)發(fā)電機(jī)通過轉(zhuǎn)速控制使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相同。在這個(gè)過程中，整車驅(qū)動(dòng)依然由驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行。

此階段發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩依然如公式（2）所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制目標(biāo)如公式（4）所示：

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段

離合器分離后，發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)與傳動(dòng)系斷開，此時(shí)已經(jīng)處于“電傳動(dòng)”狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)工作點(diǎn)為串聯(lián)目標(biāo)工作點(diǎn);驅(qū)動(dòng)電機(jī)獨(dú)立完成整車的驅(qū)動(dòng)，此階段發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制目標(biāo)與串聯(lián)工況一致;

待發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整至串聯(lián)目標(biāo)工作點(diǎn)附近后，發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段結(jié)束，整車進(jìn)入串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式;

3.3 ? 串聯(lián)到并聯(lián)切換中切換意圖改變分析

車輛運(yùn)行過程中工況多變，因此存在串并聯(lián)切換過程中切換意圖發(fā)生改變的情況，串并聯(lián)切換控制應(yīng)該能覆蓋此種工況，保證串并聯(lián)切換在任何情況下都能順利進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)模式。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段切換意圖改變

在發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段，如果發(fā)生再次返回串聯(lián)的切換請(qǐng)求，則只需將發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)工作點(diǎn)從并聯(lián)工作點(diǎn)重新調(diào)整至串聯(lián)工作點(diǎn)即可，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)到達(dá)串聯(lián)工作點(diǎn)附近后，則重新進(jìn)入串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式。

（2）離合器吸合階段切換意圖改變

在離合器吸合階段，如果發(fā)生再次返回串聯(lián)的切換請(qǐng)求，則應(yīng)切換至離合器分離階段執(zhí)行離合器分離操作，待離合器分離完成，則進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段，目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)為串聯(lián)工作點(diǎn)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)到達(dá)串聯(lián)工作點(diǎn)附近后，則重新進(jìn)入串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式。

（3）動(dòng)力源切換階段切換意圖改變

在動(dòng)力源切換階段，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力到傳動(dòng)系由“電傳動(dòng)”到“機(jī)械傳動(dòng)”的轉(zhuǎn)換，如果發(fā)生再次返回串聯(lián)的切換請(qǐng)求，則應(yīng)該從“機(jī)械傳動(dòng)”再次轉(zhuǎn)換到“電傳動(dòng)”，發(fā)電機(jī)增大發(fā)電負(fù)扭矩吸收發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步增加驅(qū)動(dòng)扭矩，即執(zhí)行公式（6），然后待動(dòng)力源切換完成后，依次執(zhí)行離合器分離階段和發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段，待這兩個(gè)階段執(zhí)行完畢后，再次進(jìn)入串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式。

3.4 ? 并聯(lián)到串聯(lián)切換中切換意圖改變分析

（1）動(dòng)力源切換階段切換意圖改變

在并聯(lián)到串聯(lián)切換第一階段，要實(shí)現(xiàn)整車由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換，如果在此時(shí)需要重新切換回并聯(lián)，則需要再次轉(zhuǎn)換回發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)由當(dāng)前扭矩逐步降低扭矩至并聯(lián)扭矩，發(fā)電機(jī)扭矩由當(dāng)前扭矩逐步降低至零。待發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩再次等于并聯(lián)扭矩時(shí)，此階段結(jié)束，再次回到并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式。

（2）離合器分離階段切換意圖改變

當(dāng)并聯(lián)到串聯(lián)切換進(jìn)入到第二階段即離合器分離階段時(shí)，如果需要再次轉(zhuǎn)換為并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，則需要從離合器分離操作轉(zhuǎn)為離合器結(jié)合操作，此過程發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩依然等于并聯(lián)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，發(fā)電機(jī)基于轉(zhuǎn)速控模式將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相同的轉(zhuǎn)速;待離合器再次結(jié)合后，則轉(zhuǎn)入動(dòng)力源切換階段，待動(dòng)力源切換階段結(jié)束，整車重新進(jìn)入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段切換意圖改變

在發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段，此時(shí)離合器已經(jīng)脫開，整車已經(jīng)進(jìn)入串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式，僅僅是發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)還未到達(dá)目標(biāo)串聯(lián)工作點(diǎn)，此時(shí)如果需要再次進(jìn)入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式，則會(huì)依次執(zhí)行串聯(lián)到并聯(lián)模式切換的發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段、離合器吸合階段和動(dòng)力源切換階段，直至重新進(jìn)入并聯(lián)模式。

4 ? ?軟件建模與實(shí)車驗(yàn)證

4.1 ? 控制策略建模

根據(jù)上述分析，串并聯(lián)切換控制的基本控制邏輯跳轉(zhuǎn)如圖4所示：

4.2 ? 實(shí)車驗(yàn)證

在動(dòng)力總成臺(tái)架和一汽農(nóng)安試驗(yàn)場(chǎng)分別對(duì)本文提出的串并聯(lián)切換算法進(jìn)行了實(shí)車驗(yàn)證。在實(shí)車道路試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)。試驗(yàn)中車輛先在串聯(lián)模式下以恒定油門在保持80km/h勻速行駛，隨后手動(dòng)設(shè)定串并聯(lián)模式切換請(qǐng)求，觀察并記錄切換過程。

因?yàn)榍袚Q過程中車速基本恒定，而電機(jī)通過旋變測(cè)量轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)速測(cè)量精度和響應(yīng)速度皆較高，因此可通過切換過程驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速是否變化來(lái)評(píng)價(jià)切換過程中的整車扭矩平順程度。

試驗(yàn)車整車及關(guān)鍵零部件參數(shù)如表1所示，串并聯(lián)切換過程中所用到的整車驅(qū)動(dòng)模式和串并聯(lián)切換控制階段定義如表2所示。

圖7是完整的串聯(lián)到并聯(lián)切換過程。由圖中數(shù)據(jù)，從發(fā)出并聯(lián)切換請(qǐng)求到最后完成并聯(lián)切換，耗時(shí)1.7秒，其中發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段耗時(shí)0.91秒，離合器結(jié)合階段耗時(shí)0.33秒，動(dòng)力源切換階段耗時(shí)0.44秒。在切換第一階段，發(fā)電機(jī)調(diào)整其輸出扭矩以使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速變化至驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，而發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩從當(dāng)前扭矩變化至并聯(lián)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩;由于在第一階段發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩已調(diào)整完畢，所以在第三階段發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩沒有變化;在第三階段，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)扭矩快速交替變化以完成從電機(jī)驅(qū)動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。切換過程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速基本沒發(fā)生改變，整個(gè)切換過程中沖擊度小于8，說(shuō)明切換過程中總驅(qū)動(dòng)扭矩平穩(wěn)連續(xù)且無(wú)中斷，與實(shí)車主觀感受一致。其中發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段最為耗時(shí)，這個(gè)主要與發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組合的轉(zhuǎn)速響應(yīng)特性以及發(fā)電機(jī)的扭矩設(shè)定方式有關(guān)，后續(xù)可通過調(diào)整離合器建壓方式以適當(dāng)提高離合器結(jié)合前的轉(zhuǎn)速差，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整時(shí)間。

圖8是完整的并聯(lián)到串聯(lián)切換過程。由圖中數(shù)據(jù)，整個(gè)切換過程耗時(shí)0.76秒，其中動(dòng)力源切換耗時(shí)0.5秒，離合器分離耗時(shí)0.2秒，發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移耗時(shí)0.02秒，切換過程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變且保持平順，整個(gè)切換過程中沖擊度小于7，整車主觀感受較好。在離合器打開前，發(fā)電機(jī)發(fā)電扭矩和驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩分別等速率增加，以實(shí)現(xiàn)整車由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換到驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在離合器分離后，整車即已實(shí)現(xiàn)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)逐步爬升至串聯(lián)目標(biāo)工作點(diǎn)。

圖9是串聯(lián)到并聯(lián)切換時(shí)，在進(jìn)行到動(dòng)力源切換階段時(shí)，又切換回串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式的切換過程。在切換過程中，當(dāng)有重新切換回串聯(lián)請(qǐng)求后，動(dòng)力源切換階段將轉(zhuǎn)移到發(fā)動(dòng)機(jī)端的扭矩重新轉(zhuǎn)移回驅(qū)動(dòng)電機(jī)，隨后執(zhí)行離合器分離和發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移階段，最后切換回串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式。從圖中數(shù)據(jù)可以看出，切換過程驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速依然保持平穩(wěn)，整個(gè)切換過程中沖擊度小于7，說(shuō)明整個(gè)過程驅(qū)動(dòng)扭矩平穩(wěn)連續(xù)。

圖10是并聯(lián)到串聯(lián)切換時(shí)，在進(jìn)行到第一階段動(dòng)力源切換階段時(shí)，又切換回并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式的切換過程。在切換過程中，當(dāng)有重新切換回串聯(lián)請(qǐng)求后，動(dòng)力源切換階段將轉(zhuǎn)移到發(fā)動(dòng)機(jī)端的扭矩重新轉(zhuǎn)移回驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在此過程中，離合器一直保持結(jié)合狀態(tài)，待動(dòng)力源切換過程結(jié)束中，切換回串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式。從圖中數(shù)據(jù)可以看出，切換過程驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速基本沒有變化，整個(gè)切換過程中沖擊度小于6.5，說(shuō)明整個(gè)過程驅(qū)動(dòng)扭矩平穩(wěn)連續(xù)。

5 ? ? 結(jié)束語(yǔ)

建立了雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型混合動(dòng)力的動(dòng)力學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)串并聯(lián)切換過程進(jìn)行了分析，將串聯(lián)到并聯(lián)行駛切換過程劃分為發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移、離合器結(jié)合、動(dòng)力源切換三個(gè)階段，將并聯(lián)到串聯(lián)行駛切換過程劃分為動(dòng)力源切換、離合器打開、發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移三個(gè)階段，通過以上切換步驟劃分，保證了切換過程的順利進(jìn)行。同時(shí)，以上切換階段劃分方法也支持串并聯(lián)切換過程中切換意圖改變。最后進(jìn)行了實(shí)車驗(yàn)證，證明了所提出的串并聯(lián)切換方法能夠保證串并聯(lián)切換順利進(jìn)行，切換過程扭矩連續(xù)平順。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮代偉. 串聯(lián)型液壓混合動(dòng)力汽車的能量管理策略研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2012.

[2]王成，郭淑英，劉凌. 串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)在公交客車中的開發(fā)與應(yīng)用[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2009（2）：18-24.

[3]劉樂. 串聯(lián)混合動(dòng)力汽車建模與能源管理系統(tǒng)控制策略研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2011.

[4]冷宏祥，葛海龍，孫俊，等. 上汽榮威550插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)[J].科技導(dǎo)報(bào)，2016（6）：90-97.

[5]張雄，張安偉，段心林. 廣汽機(jī)電耦合系統(tǒng)G_MC的開發(fā)和應(yīng)用[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2019（2）：50-55.

[6]Naritomo Higuchi，Yoshihiro Sunaga，Masashi Tanaka，Hiroo Shimada. Development of a New Two-Motor Plug-In Hybrid System [J]. SAE 2013-01-1476（2013）.

[7]Hirihito IDE，Yoshihiro SUNAGA，Naritomo HIGUCHI. Development of SPORT HYBRID i-MMD Control System for 2014 Model Year Accord[J]. Honda R&D Technical Review，Vol.25，No.2，p.33-41.

專家推薦語(yǔ)

任衛(wèi)群

東風(fēng)商用車技術(shù)中心

先行技術(shù)開發(fā)部總工程師 ?副教授

論文對(duì)于混聯(lián)混動(dòng)車輛的模式切換控制進(jìn)行了分析和測(cè)試，研發(fā)工作比較系統(tǒng)完整。