摘要：研究了插電式混合動力汽車的增程器控制策略，包括定點(diǎn)發(fā)電控制策略和功率跟隨控制策略，重點(diǎn)聚焦于功率跟隨策略下的發(fā)電優(yōu)化方法、定點(diǎn)發(fā)電策略下的噪聲-振動-聲振粗糙粗（NVH）優(yōu)化及能量回饋時的發(fā)電功率優(yōu)化。通過類施密特濾波和延遲響應(yīng)方法，開發(fā)了基于車速的功率限制功能，對基于荷電狀態(tài)（SOC）的功率限制系數(shù)進(jìn)行了修正，由此緩解了功率跟隨控制策略下發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化頻繁的狀況。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用優(yōu)化后的增程器控制策略后，整車NVH 性能表現(xiàn)良好，燃油消耗量有了明顯改善，排放處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

關(guān)鍵詞：混合動力；增程器；定點(diǎn)發(fā)電；功率跟隨；功率平衡

0 前言

2021 年，中國發(fā)布的《新能源汽車發(fā)展規(guī)劃（2021—2035 年）》中，明確了新能源汽車的三縱研發(fā)布局，即純電動汽車、插電式混合動力（含增程式）汽車及燃料電池汽車的發(fā)展規(guī)劃。因此，插電式混合動力（含增程式）汽車已成為新能源汽車的重要組成部分。

目前，插電式混合動力（含增程式）汽車已成為我國新能源汽車市場的主力車型之一，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了規(guī)模發(fā)展，因此現(xiàn)階段在我國發(fā)展插電式混合動力（含增程式）汽車具有重要的現(xiàn)實(shí)意義［1］。

1 增程器發(fā)電策略

1. 1 增程器發(fā)電

增程器的工作功率基本取決于整車所需功率和電池組的剩余電量。發(fā)電機(jī)與發(fā)動機(jī)為直連，所以控制發(fā)動機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和扭矩即可實(shí)現(xiàn)發(fā)電功率控制?；谝?guī)則的定點(diǎn)發(fā)電控制策略、恒功率控制策略及功率跟隨控制策略是3 類常用的增程器控制策略［2］。

柳州五菱新能源汽車有限公司開發(fā)的某增程式混合動力汽車采用定點(diǎn)發(fā)電和功率跟隨相結(jié)合的發(fā)電策略，總體邏輯如圖1 所示。假設(shè)v1和v2為車速設(shè)定值，P1和P2為整車功率設(shè)定值，t1為車速≥v1且需求功率≥P1 時所持續(xù)的時間，t2 為車速≤v2 且需求功率≤P2 時所持續(xù)的時間，v1＞v2，P1＞P2。當(dāng)車速≥v1，需求功率≥P1，且車輛運(yùn)行持續(xù)時間大于t1時，增程器控制系統(tǒng)進(jìn)入功率跟隨模式；當(dāng)車速≤v2，需求功率≤P2，且車輛運(yùn)行持續(xù)時間大于t2時，增程器控制系統(tǒng)進(jìn)入定點(diǎn)發(fā)電模式。

定點(diǎn)發(fā)電策略下有4 種工作模式，分別是純電運(yùn)行模式、功率平衡發(fā)電模式、功率補(bǔ)償發(fā)電模式和強(qiáng)制充電模式，當(dāng)電池電量從高到低時，分別運(yùn)行上述模式。其中：純電運(yùn)行模式是指發(fā)動機(jī)不工作，僅由電池提供能量的運(yùn)行方式；功率平衡發(fā)電模式是指電池電量較高時，發(fā)動機(jī)提供較小的發(fā)電功率，使電池電量保持在一定范圍內(nèi)；功率補(bǔ)償模式是指電池電量較低時，發(fā)動機(jī)提供較高的發(fā)電功率，以提高電池電量；強(qiáng)制充電模式是指電池電量很低時，發(fā)動機(jī)提供全部的發(fā)電功率，使電池電量快速提高。

定點(diǎn)發(fā)電策略下，假設(shè)c11、c12、c13、c14、c15 和c16 為電池的電量設(shè)定值，c11＞c12＞c13＞c14，c15＞c16；P11、P12和P13為發(fā)動機(jī)的功率設(shè)定值，P11＜P12＜P13。增程器的輸出功率由電池電量CSOC 決定：當(dāng)CSOC≥c12時，增程器不工作，僅由電池提供能量，純電運(yùn)行；當(dāng)CSOC＜c12，且CSOC≥c14時，增程器進(jìn)入功率平衡發(fā)電模式，發(fā)電功率為P11，發(fā)電過程中，當(dāng)CSOC≥c11時，退出功率平衡發(fā)電模式；當(dāng)CSOC＜c14，且CSOC≥c16 時，增程器進(jìn)入功率補(bǔ)償發(fā)電模式，發(fā)電功率為P12，發(fā)電過程中，當(dāng)CSOC≥c13時，退出功率補(bǔ)償發(fā)電模式，進(jìn)入功率平衡發(fā)電模式；當(dāng)CSOC＜c16 時，增程器進(jìn)入強(qiáng)制充電模式，發(fā)電功率為P13，發(fā)電過程中，當(dāng)CSOC≥c15 時，退出強(qiáng)制充電模式，進(jìn)入補(bǔ)償發(fā)電模式。

功率跟隨策略下，假設(shè)c1 為電池的電量設(shè)定值，C 為電池電量，SOC 為荷電狀態(tài)，當(dāng)電池電量CSOC≥c1 時，增程器不工作，發(fā)動機(jī)不啟動；而當(dāng)CSOC＜c1 時，增程器工作，發(fā)動機(jī)啟動，增程器控制發(fā)動機(jī)輸出的功率與整車需求的功率一致。

1. 2 功率跟隨策略下的發(fā)電優(yōu)化

在功率跟隨策略下，整車的需求功率決定發(fā)動機(jī)的運(yùn)行功率。如果發(fā)動機(jī)的運(yùn)行功率完全跟隨整車需求功率，那么當(dāng)油門變化頻繁時，發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況會隨之發(fā)生劇烈變化。全球統(tǒng)一輕型車輛測試循環(huán)（WLTC）試驗(yàn)中，超高速段的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩變化如圖2 所示。轉(zhuǎn)速和扭矩跟隨整車需求，扭矩急劇變化，導(dǎo)致油耗增加，排放水平較差。

為緩解功率跟隨模式下發(fā)動機(jī)的負(fù)荷頻繁變化問題，引入類施密特濾波方法及延遲響應(yīng)方法。

將功率分為各個閾值，在需求功率從低往高的過程中，使實(shí)際發(fā)電功率發(fā)生變化的輸入功率被稱為正向閾值；在需求功率從高往低的過程中，使實(shí)際發(fā)電功率發(fā)生變化的輸入功率被稱為負(fù)向閾值。需求功率只有在穿越正向閾值或反向閾值時，發(fā)電功率才變化為閾值對應(yīng)的功率值，發(fā)動機(jī)僅在上述閾值功率的工況點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)［3］。

延遲響應(yīng)是發(fā)電功率響應(yīng)需求功率時，延遲可標(biāo)定的時間，在短時間內(nèi)需求功率突變后恢復(fù)為原始值時，發(fā)電功率可以忽略此次變化，并維持在穩(wěn)定的發(fā)電功率點(diǎn)。

采取上述2 項方法后，WLTC 試驗(yàn)中超高速段發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的變化如圖3 所示。相較于濾波前，轉(zhuǎn)速和扭矩相對平穩(wěn)，大幅降低了排放和油耗。

1. 3 定點(diǎn)發(fā)電策略下的噪聲-振動-聲振粗糙度（NVH）優(yōu)化

為同時兼顧整車的NVH 性能與電池電量，在定點(diǎn)發(fā)電策略下開發(fā)了基于車速的功率限制功能，以及基于SOC 的功率限制系數(shù)修正。根據(jù)實(shí)車狀態(tài)，結(jié)合NVH 情況，進(jìn)行綜合道路標(biāo)定，使得各車速下的NVH 性能滿足要求，并保證電池的SOC。

柳州五菱新能源汽車有限公司開發(fā)的某增程式混合動力汽車在各車速下功率限制情況見表1，基于SOC 的功率限制系數(shù)修正見表2。在定點(diǎn)發(fā)電策略下，根據(jù)車速限制發(fā)電的功率，車速越低功率越低，這有利于改善整車的噪聲水平?；赟OC功率限制系數(shù)修正，為同時兼顧NVH 并保持電池電量，當(dāng)CSOC≥修正上限值CUp-Soc時，修正系數(shù)為1；當(dāng)Csoc≤修正下限值CLow-Soc時，修正系數(shù)為最大修正量δMax；當(dāng)CLow-Soc＜CSOC＜CUp-Soc 時，修正系數(shù)為修正上限值CUp-Soc與修正下限值CLow-Soc之間的線性修正，即（δMax－1）（CUp-Soc－CSOC）/（CUp-Soc－CLow-Soc）＋1。實(shí)際的發(fā)電功率值為表1 中的功率值與表2 中的功率限制修正系數(shù)的乘積。

1. 4 能量回饋時的發(fā)電功率優(yōu)化

當(dāng)汽車減速或制動時，發(fā)動機(jī)的功能相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，把制動過程中車輛的動能轉(zhuǎn)換為電能，此時能量回饋到電池。當(dāng)電池的SOC 和溫度確定時，電池的最大允許充電功率是一定的。任何情況下，增程器發(fā)電功率+回饋功率≤電池最大允許充電功率，否則將導(dǎo)致電池充電電流超過限值，引發(fā)電池故障。如果增程器在發(fā)電時，有大能量回饋，為了最大限度地回收能量，需要降低增程器發(fā)電的功率，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大幅降低；能量回饋結(jié)束后，需要恢復(fù)增程器的發(fā)電功率，這容易導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速回竄，影響NVH 性能。

為了解決由于能量回饋導(dǎo)致的NVH 問題，當(dāng)回饋功率大于功率設(shè)定值時，發(fā)電功率為電池允許充電功率與回饋功率之差；為保持前后轉(zhuǎn)速一致，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為原請求發(fā)電功率時的轉(zhuǎn)速，扭矩為發(fā)電功率和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的比值。該措施可保證能量回饋時，回饋功率與發(fā)電功率之和不超過電池最大允許充電功率，回饋結(jié)束后可確保發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速前后穩(wěn)定，并保證NVH 的性能。

2 結(jié)語

本文介紹了柳州五菱新能源汽車有限公司開發(fā)的某增程式混合動力汽車的增程器控制優(yōu)化策略，包括定點(diǎn)發(fā)電策略下的NVH 優(yōu)化和功率跟隨策略下的發(fā)電優(yōu)化，詳細(xì)闡述了兩種優(yōu)化策略下的工作條件及內(nèi)部子模式。在實(shí)際開發(fā)過程中，使用本文介紹的增程器控制優(yōu)化策略后，實(shí)車將能夠滿足國六b 的排放限值及我國現(xiàn)階段的燃油消耗量限值，同時也具有良好的NVH 性能。

參考文獻(xiàn)

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