方成，郭圣剛，胡耀東，劉思源，徐可鵬，楊福源

摘要： 針對(duì)增程混動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)問(wèn)題，開發(fā)了一種基于多核單片機(jī)的動(dòng)力域控制器，集成了整車控制、APU系統(tǒng)控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制和電機(jī)控制的軟硬件，在多核任務(wù)分配和核間協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，通過(guò)電機(jī)相位和發(fā)動(dòng)機(jī)相位同步算法，利用矩形波進(jìn)行扭矩補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)減振功能。試驗(yàn)結(jié)果表明：利用該控制器，恒轉(zhuǎn)速倒拖工況發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍可以減少79.7%；倒拖起動(dòng)工況和自由停機(jī)工況共振時(shí)，第一階次頻率分量的幅值降幅約42.9%。

關(guān)鍵詞： 混合動(dòng)力汽車；控制器；主動(dòng)減振

DOI： 10.3969/j.issn.1001-2222.2024.02.007

中圖分類號(hào)：U469.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B文章編號(hào)： 1001-2222（2024）02-0047-06

在節(jié)能和減排的雙重壓力下，混合動(dòng)力成為汽車動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù)路線之一，它既能降低整車油耗，又能解決里程焦慮問(wèn)題［1］。依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的耦合方式，混合動(dòng)力系統(tǒng)分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)等，但無(wú)論是哪種構(gòu)型，NVH（noise vibration harshness）都是混合動(dòng)力汽車開發(fā)中需要解決的問(wèn)題［2］。混合動(dòng)力汽車的舒適性和駕駛性受到多方面因素的影響，來(lái)自傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是關(guān)鍵之一：一方面，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)可能會(huì)損壞動(dòng)力總成的部件和連接軸；另一方面，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)傳遞到車架時(shí)，會(huì)引起車身振動(dòng)，降低駕駛的舒適性［3-4］。發(fā)動(dòng)機(jī)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)主要來(lái)源于起動(dòng)過(guò)程、怠速過(guò)程和停機(jī)過(guò)程［5］。增程混動(dòng)系統(tǒng)是市面上常見(jiàn)的一種混合動(dòng)力構(gòu)型，通常由發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG（integrated starter generator）電機(jī)組成輔助動(dòng)力單元（auxiliary power unit，APU）［6］。通過(guò)主動(dòng)減振技術(shù)，利用ISG電機(jī)輸出與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩反向的補(bǔ)償扭矩，可以顯著降低發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)和振動(dòng)水平［7］。

在之前的研究中，分別使用發(fā)動(dòng)機(jī)控制器（engine control unit，ECU）和電機(jī)控制器（motor control unit，MCU）控制發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)，兩個(gè)控制器之間通過(guò)CAN（controller area network）總線進(jìn)行通信。CAN總線的通信波特率和通信延遲限制了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)能力。

本研究開發(fā)了一個(gè)動(dòng)力域控制器（domain control unit，DCU），集成了整車控制、APU系統(tǒng)控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制和電機(jī)控制等功能，基于多核單片機(jī)核間同步進(jìn)行電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的高頻協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)減振（active damping control，ADC）功能。

1試驗(yàn)環(huán)境

研究用發(fā)動(dòng)機(jī)為一臺(tái)YC4EG185高壓共軌柴油機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)部分參數(shù)見(jiàn)表1。

ISG電機(jī)為TZ435XS-SL080F永磁同步電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)為同軸剛性連接，電機(jī)部分參數(shù)見(jiàn)表2。電池包部分參數(shù)如表3所示。

測(cè)試臺(tái)架配備HT250交流電力測(cè)功機(jī)，用于記錄發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和動(dòng)力系統(tǒng)扭矩；配備Saleae Logic16邏輯分析儀，用于采集光電編碼器信號(hào)獲得發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速；配備Cambustion Dewetron燃燒分析儀，用于采集缸壓信號(hào)。

2域控制器硬件設(shè)計(jì)

域控制器由主控板、驅(qū)動(dòng)板、功率模塊、結(jié)構(gòu)件和附件（包括配電板、電流傳感器和保險(xiǎn)等）組成。域控制器主電路框架見(jiàn)圖1。

主控板負(fù)責(zé)運(yùn)行控制邏輯，在該板上集成了整車控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、燃燒控制和電機(jī)控制的弱電電路，包括以下部分。

1） 電源電路。通過(guò)DCDC和LDO芯片，產(chǎn)生內(nèi)部電路和傳感器供電需要的5 V，3.3 V和1.2 V等電源，以及IGBT驅(qū)動(dòng)需要的15 V電源。

2） 通信電路。為了支持與其他控制單元的信息交互，以及在線監(jiān)控和標(biāo)定，設(shè)計(jì)了CAN和以太網(wǎng)的通信電路。

3） 信號(hào)調(diào)理電路。對(duì)輸入的各種傳感器（轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器等）信號(hào)和開關(guān)信號(hào)進(jìn)行處理；集成了發(fā)動(dòng)機(jī)各缸缸壓信號(hào)的處理電路，實(shí)現(xiàn)放大、濾波和偏移等功能；同時(shí)還采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)的母線電壓和各相電流，這些信號(hào)來(lái)自于高壓部分，需要進(jìn)行電氣隔離。

4） 多核單片機(jī)。采用TC387高性能多核單片機(jī)，該單片機(jī)內(nèi)部集成了6個(gè)運(yùn)行頻率達(dá)300 MHz的核心（4個(gè)功能核+2個(gè)鎖步核），實(shí)時(shí)算力4 000 DMIPS（dhrystone million instructions per second，每秒處理的百萬(wàn)級(jí)的機(jī)器語(yǔ)言指令數(shù)），可滿足功能安全等級(jí)ASIL-D的設(shè)計(jì)要求，另外還具備豐富的外設(shè)資源，如10 MB Flash，1 Gbit以太網(wǎng)和符合EVITA Full［8］的HSM（hardware security module）安全模塊等。

5） 發(fā)動(dòng)機(jī)及整車驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)高低邊驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)各種電磁閥、繼電器和指示燈等，如發(fā)動(dòng)機(jī)各缸噴油器電磁閥、EGR（exhaust gas recirculation）閥和軌壓控制閥等。

6） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。主要是輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)所需的3相6路PWM信號(hào)，一方面把單片機(jī)輸出的5 V信號(hào)轉(zhuǎn)換成15 V的信號(hào)，另一方面使用比較器、觸發(fā)器和與門等器件實(shí)現(xiàn)異常驅(qū)動(dòng)電流時(shí)的電機(jī)保護(hù)功能。

在驅(qū)動(dòng)板上實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)部分的高低壓隔離，把電機(jī)驅(qū)動(dòng)的3相PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成6路IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行域控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖2），在域控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要綜合考慮防護(hù)、散熱、抗振、安全和電磁兼容等性能。

3域控制器軟件設(shè)計(jì)

域控制器軟件分為基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用軟件，軟件框架如圖3所示。

1） 基礎(chǔ)軟件。包括通用基礎(chǔ)軟件、轉(zhuǎn)速信號(hào)處理與噴射控制軟件、缸壓采集和燃燒狀態(tài)指標(biāo)計(jì)算軟件、電機(jī)矢量控制軟件等。

（1） 通用基礎(chǔ)軟件。按照AUTOSAR（automotive open system architecture）［9］規(guī)范設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)抽象層、ECU抽象層和服務(wù)層，分別包含了單片機(jī)各個(gè)模塊（輸入輸出模塊、通信模塊和內(nèi)存模塊等）驅(qū)動(dòng)、在板設(shè)備/內(nèi)存硬件/通信硬件/輸出輸出硬件的封裝、系統(tǒng)服務(wù)/內(nèi)存服務(wù)/通信服務(wù)的封裝。

（2） 轉(zhuǎn)速信號(hào)處理與噴射控制軟件。對(duì)曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)和凸輪軸轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行處理，建立發(fā)動(dòng)機(jī)相位基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力需求，輸出各缸噴油器電磁閥的驅(qū)動(dòng)脈寬。

（3） 缸壓采集與燃燒狀態(tài)指標(biāo)計(jì)算軟件。一方面，根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)識(shí)別的發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)相位，每0.2°（曲軸轉(zhuǎn)角）觸發(fā)缸壓采集任務(wù)，采集與發(fā)動(dòng)機(jī)相位對(duì)應(yīng)的各缸缸壓信號(hào)；另一方面，每1°觸發(fā)缸壓處理任務(wù)，每6°觸發(fā)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型計(jì)算任務(wù)，每180°觸發(fā)燃燒模型計(jì)算任務(wù)，計(jì)算各種燃燒狀態(tài)指標(biāo)，如瞬時(shí)放熱率、累計(jì)放熱、CA50和平均有效壓力等［10］。

（4） 電機(jī)FOC（field orientation control）矢量控制軟件。根據(jù)采集的母線電壓和各相電流，利用坐標(biāo)變換、PI控制器和空間矢量脈寬調(diào)制（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）等技術(shù)，輸出三相PWM信號(hào)，控制IGBT實(shí)現(xiàn)三相電流的調(diào)節(jié)，達(dá)到電機(jī)的目標(biāo)扭矩或目標(biāo)轉(zhuǎn)速。

為了實(shí)現(xiàn)主動(dòng)減振控制，需要把電機(jī)相位同步到發(fā)動(dòng)機(jī)相位。通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器來(lái)反饋電機(jī)相位，圖4示出旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子和定子。

旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子邊緣加工成一種形狀重復(fù)出現(xiàn)，重復(fù)次數(shù)與旋轉(zhuǎn)變壓器的極對(duì)數(shù)p一致。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的信號(hào)，經(jīng)過(guò)芯片處理后轉(zhuǎn)換為k位無(wú)符號(hào)整數(shù)i（0～2k－1）給單片機(jī)。由于ISG電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸，電機(jī)數(shù)字相位信息i與發(fā)動(dòng)機(jī)相位之間的關(guān)系如下：

φ=（m+i2k－1）×360°p。（1）

本研究中，電機(jī)極對(duì)數(shù)p為12，處理芯片輸出的數(shù)字相位信息i為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)（k=16）；數(shù)字相位信息在發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)循環(huán)（720°）內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)為24次，式（1）中，m（1≤m≤24）表示同一個(gè)數(shù)字相位信息第幾次出現(xiàn)。

2） 應(yīng)用軟件。涵蓋了從燃燒過(guò)程、發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、APU系統(tǒng)到整車等各個(gè)層次的控制算法。

（1） 整車控制算法。司機(jī)扭矩需求通過(guò)加速踏板輸入后，轉(zhuǎn)換成加速踏板目標(biāo)扭矩，綜合來(lái)自巡航控制、驅(qū)動(dòng)控制和車輛穩(wěn)定性控制的扭矩需求，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)扭矩保護(hù)限制后傳遞給動(dòng)力系統(tǒng)控制。動(dòng)力系統(tǒng)包括電池包、主驅(qū)電機(jī)、變速箱和APU系統(tǒng)等，本研究使用基于規(guī)則的功率跟隨式能量管理策略［11］，綜合整車扭矩需求確定主驅(qū)電機(jī)的目標(biāo)扭矩，根據(jù)電池包荷電狀態(tài)（SOC，state of charge），確定電池包輸出功率和APU系統(tǒng)輸出功率；主驅(qū)電機(jī)的目標(biāo)扭矩通過(guò)CAN總線發(fā)送給主驅(qū)電機(jī)控制器。

（2） APU系統(tǒng)控制算法。APU系統(tǒng)包含發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)，根據(jù)APU系統(tǒng)的發(fā)電功率需求，協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的運(yùn)行，確定發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和目標(biāo)扭矩。

（3） 發(fā)動(dòng)機(jī)控制算法。通過(guò)燃油系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的控制，達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速和目標(biāo)扭矩，燃油系統(tǒng)控制輸出各缸的軌壓、噴油脈寬和噴油提前角，空氣系統(tǒng)控制輸出EGR率和增壓壓力等；通過(guò)后處理系統(tǒng)的控制，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的排放使之符合法規(guī)。

（4） 燃燒控制算法。一方面，通過(guò)平均指示壓力（indicated mean effective pressure，IMEP）和50%放熱曲軸位置（50% of the mass fraction burned，MFB50）等的閉環(huán)控制，輸出各缸的噴油脈寬和噴油提前角的調(diào)節(jié)量，對(duì)燃油系統(tǒng)控制輸出的噴油脈寬和噴油提前角進(jìn)行修正，降低發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)波動(dòng)和各缸的不一致性；另一方面，通過(guò)缸內(nèi)壓力和瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的采集，可以計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體作用力扭矩和往復(fù)慣性力扭矩，實(shí)時(shí)估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的實(shí)際扭矩。

（5） 電機(jī)控制算法。根據(jù)APU系統(tǒng)發(fā)電/驅(qū)動(dòng)需求和主動(dòng)減振需求，確定ISG電機(jī)的目標(biāo)扭矩。主動(dòng)減振的基本原理是讓電機(jī)可以輸出一個(gè)與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出瞬時(shí)扭矩幅值相當(dāng)，但是相位相反的理想補(bǔ)償扭矩。但由于電機(jī)控制周期和電機(jī)響應(yīng)時(shí)間的影響，無(wú)法輸出該理想補(bǔ)償扭矩，可以設(shè)計(jì)補(bǔ)償扭矩波形［13-14］（見(jiàn)圖5）。

補(bǔ)償扭矩方波的最大值為Teng，max－Teng，avr，最小值為Teng，max－Teng，min，單個(gè)方波波形的持續(xù)時(shí)間如下計(jì)算：

（Teng，max－Teng，avr）·Δφ+=

∫φ2φ1（Teng（φ）－Teng，avr）dφ，（2）

（Teng，min－Teng，avr）·Δφ－=

∫φ3φ2（Teng（φ）－Teng，avr）dφ。（3）

一方面，補(bǔ)償扭矩方波關(guān)于角度的積分值為0，這樣保證不改變APU系統(tǒng)輸出的功率；另一方面，正的補(bǔ)償扭矩（表示電機(jī)發(fā)電）積分與高于發(fā)動(dòng)機(jī)平均扭矩的扭矩積分相同，負(fù)的補(bǔ)償扭矩（表示電機(jī)驅(qū)動(dòng)）積分與低于發(fā)動(dòng)機(jī)平均扭矩的扭矩積分相同。

主動(dòng)減振補(bǔ)償扭矩的輸出必須與發(fā)動(dòng)機(jī)相位同步，利用旋轉(zhuǎn)變壓器獲得電機(jī)相位，通過(guò)同步算法獲得對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)相位，使用該相位查表獲得同步補(bǔ)償扭矩，作為主動(dòng)減振目標(biāo)扭矩。該目標(biāo)扭矩再疊加APU系統(tǒng)電機(jī)需求扭矩，作為最終的ISG電機(jī)目標(biāo)扭矩，由基礎(chǔ)軟件中的矢量控制軟件控制電機(jī)三相電流實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)扭矩。

4任務(wù)分配與核間協(xié)調(diào)機(jī)制

本研究所用的TC387高性能單片機(jī)，內(nèi)部具備4個(gè)運(yùn)算核心，一方面是為了均衡各個(gè)內(nèi)核的計(jì)算負(fù)荷，另一方面可以讓軟件架構(gòu)更清晰。本研究對(duì)各個(gè)內(nèi)核進(jìn)行了任務(wù)分配：

1） Core0。運(yùn)行通用基礎(chǔ)軟件、發(fā)動(dòng)機(jī)控制軟件、APU系統(tǒng)控制軟件、動(dòng)力系統(tǒng)控制軟件和整車控制軟件，雖然任務(wù)較多，但最快的任務(wù)調(diào)度周期為10 ms。

2） Core1。運(yùn)行轉(zhuǎn)速信號(hào)處理軟件、噴射控制軟件和燃燒控制算法，轉(zhuǎn)速信號(hào)處理任務(wù)6°觸發(fā)一次；燃燒控制算法包括循環(huán)間燃燒控制和循環(huán)內(nèi)燃燒控制，其中循環(huán)內(nèi)燃燒控制對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，任務(wù)需要每隔1°同步調(diào)用［15］，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)，任務(wù)調(diào)度周期為83.3 μs。

3） Core2。運(yùn)行缸壓采集和燃燒狀態(tài)指標(biāo)計(jì)算軟件，包含0.2°，1°和6°的軟件任務(wù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min的情況下，任務(wù)調(diào)度周期分別為16.7 μs，83.3 μs和500 μs。該內(nèi)核計(jì)算負(fù)荷高，未安排其他任務(wù)。

4） Core3。運(yùn)行電機(jī)FOC矢量控制軟件，主任務(wù)200 μs運(yùn)行一次，輸出各個(gè)IGBT功率管控制PWM的頻率和占空比。

在任務(wù)分配的基礎(chǔ)上，對(duì)內(nèi)存進(jìn)行分配。

1） 原則上，各內(nèi)核擁有獨(dú)立的堆?？臻g、代碼空間、常數(shù)空間和變量空間。

2） 共享變量，保存在單獨(dú)的共享內(nèi)存空間，使用標(biāo)志位指示共享數(shù)據(jù)的更新?tīng)顟B(tài)，同時(shí)，通過(guò)旗語(yǔ)（Semaphore）來(lái)保證共享區(qū)域的數(shù)據(jù)連續(xù)性，避免多個(gè)內(nèi)核對(duì)同一片內(nèi)存進(jìn)行寫操作。

3） 共享的代碼和參數(shù)，程序在運(yùn)行過(guò)程中只會(huì)進(jìn)行讀取，而不會(huì)發(fā)生更改行為，所以可以保存在任何一個(gè)內(nèi)核的代碼空間。

最后，在各個(gè)內(nèi)核之間還需要進(jìn)行任務(wù)同步。

1） 強(qiáng)實(shí)時(shí)任務(wù)同步，指的是通過(guò)一個(gè)內(nèi)核去觸發(fā)另一個(gè)內(nèi)核的任務(wù)運(yùn)行，任務(wù)調(diào)度允許延遲時(shí)間小于10 μs；對(duì)于這類任務(wù)同步，則直接由一個(gè)內(nèi)核去觸發(fā)另一個(gè)內(nèi)核的高優(yōu)先級(jí)中斷，在高優(yōu)先級(jí)中斷中直接運(yùn)行相應(yīng)代碼，如在Core1的轉(zhuǎn)速信號(hào)處理任務(wù)中，會(huì)基于轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)來(lái)觸發(fā)Core2的0.2°缸壓采集任務(wù)［16］，就是通過(guò)在Core1中觸發(fā)Core2的高優(yōu)先級(jí)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2） 弱實(shí)時(shí)任務(wù)同步，指的是通過(guò)一個(gè)內(nèi)核去觸發(fā)另一個(gè)內(nèi)核的任務(wù)運(yùn)行，任務(wù)調(diào)度允許延遲時(shí)間較長(zhǎng)（一般大于100 μs）；對(duì)于這類任務(wù)同步，則由一個(gè)內(nèi)核通過(guò)操作系統(tǒng)去觸發(fā)另一個(gè)內(nèi)核的軟件任務(wù)。

5控制平臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證

完成域控制器軟硬件開發(fā)后，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證控制器的功能和性能。圖6示出700 r/min恒轉(zhuǎn)速倒拖工況下的主動(dòng)減振試驗(yàn)結(jié)果。由圖6可知，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍從42.4 r/min減小至8.6 r/min，降低了79.7%。循環(huán)角加速度平方定義為在一個(gè)完整發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)內(nèi)角加速度平方的積分，可用于表征振動(dòng)中包含的能量，主動(dòng)減振介入后，該指標(biāo)可減小89.7%。

增程混動(dòng)系統(tǒng)典型瞬態(tài)工況（倒拖起動(dòng)和自由停機(jī)）的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7和圖8。

由圖7可以看到，主動(dòng)減振開啟后，倒拖加速過(guò)程中的轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍被大幅度削減，由共振導(dǎo)致的轉(zhuǎn)速波動(dòng)同樣被削減。使用短時(shí)傅里葉變換（short-time fourier transform，STFT）進(jìn)行時(shí)頻分析，當(dāng)共振發(fā)生時(shí)，第一階次頻率分量的幅值驟增至約70 r/min。主動(dòng)減振使能后，該幅值下降至不到40 r/min，降幅為42.9%。

由于主動(dòng)減振應(yīng)用前后軸系具有不同的減速度，為了方便對(duì)比，將自由停機(jī)過(guò)程的試驗(yàn)結(jié)果繪制在曲軸轉(zhuǎn)角域。結(jié)果顯示，自由停機(jī)過(guò)程中的歸一化應(yīng)變的幅值能夠被主動(dòng)減振有效地削減；同時(shí)，由于周期性壓縮缸內(nèi)工質(zhì)引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)也被有效削減。使用短時(shí)傅里葉變換進(jìn)行分析，在自由停機(jī)過(guò)程中，當(dāng)共振發(fā)生時(shí)，第一階次頻率分量的幅值驟增至約35 r/min。主動(dòng)減振使能后，該幅值下降至不到20 r/min，降幅約42.9%。

6結(jié)論

a） 基于高性能多核芯片TC387開發(fā)的增程混動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力域控制器，集成了燃燒控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、ISG電機(jī)控制、APU系統(tǒng)控制和整車控制功能的硬件和軟件，在多核任務(wù)分配和核間協(xié)調(diào)基礎(chǔ)上，通過(guò)電機(jī)相位和曲軸相位同步算法，利用矩形波進(jìn)行扭矩補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)減振功能；

b） 利用該域控制器，在700 r/min恒轉(zhuǎn)速倒拖工況，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍能夠從42.4 r/min減小至8.6 r/min，削減率為79.7%；

c） 利用該域控制器，倒拖起動(dòng)過(guò)程共振時(shí)，第一階次頻率分量的幅值從約70 r/min下降至不到40 r/min，降幅約42.9%；自由停機(jī)共振時(shí)，第一階次頻率分量的幅值從約35 r/min下降至不到20 r/min，降幅約42.9%。

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Development of Powertrain Domain Control Unit with Active?Damping Control for Range-Extended Hybrid System

FANG Cheng1，2，GUO Shenggang1，3，HU Yaodong1，LIU Siyuan3，XU Kepeng3，YANG Fuyuan1

（1.State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy，Tsinghua University，Beijing100084，China;2.ECTEK Automotive Electronics Co.，Ltd.，Changzhou213164，China;3.Weichai Power Co.，Ltd.，Weifang261001，China）

Abstract： Aiming to reduce the torsional vibration of range-extended hybrid system， a powertrain domain control unit based on a multi-core microcontroller was developed. The softwares and hardwares of vehicle control， APU system control， engine control and motor control were integrated. Based on multi-core tasking and inter-core coordination， the synchronization algorithm between the motor phase and engine phase was used， the rectangular torque wave was used for torque compensation， and the active damping control was realized. The experimental results show that the engine speed fluctuation range can reduce by 79.7% under constant speed motoring conditions by using this controller. When the resonance of motoring starting conditions and free stop conditions happens， the amplitude of first-order frequency decreases by approximately 42.9%.

Key words： hybrid vehicle;control unit;active damping control

［編輯： 袁曉燕］