增程式電動車整車控制策略研究

李金金，王若飛

Li Jinjin1，Wang Ruofei2

（1.奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241002；2.奇瑞新能源汽車技術有限公司，安徽 蕪湖 241002）

1 增程器工作模式的控制方式1

增程器通過駕駛員的輸入及整車電池能量狀態決定其工作模式，不同的工作模式，整車采用不同的能量管理策略。滿足駕駛員輸入需求的同時，對整車能量進行合理分配，維持電量平衡，同時提升整車的經濟性。

增程器的工作對駕駛員的輸入具有最高的優先級，當駕駛員需要增程系統啟動時，增程系統工作；當駕駛員把增程系統的開啟權利交由整車控制單元時，整車控制單元會根據動力電池電量、駕駛員的需求功率等決定是否啟動增程系統，同時計算合理的工作點，滿足駕駛需求，提升整車能量利用效率。

增程器工作狀態切換方式如圖1～圖2所示。

2 增程系統的能量管理策略

通過實時計算整車的能量消耗（包括：駕駛員功率需求、整車負載功率）和動力電池的能量，判斷是否開啟增程系統；當增程系統開啟后，增程系統工作于設定的工作點，同時對增程系統的工作點設定冗余區間，避免增程系統工作點的頻繁切換，降低發動機在轉速波動過程中帶來的高燃油消耗率。

通過對總的需求功率進行區間的劃分，并對不同的功率區間設定增程系統的工作點，該工作點的設定結合增程系統的工作效率、燃油消耗曲線以及整車是否在該點具有共振等特性，在提升燃油經濟性的同時，提高整車的 NVH（噪聲、振動和不平順性）性能；對不同的SOC（電池荷電狀態）區間，以不同的動力源作為整車行駛的主要動力源，優化能量結構，合理分配，提升效率；當SOC區間處于較高范圍時，以動力電池的電能為主；當 SOC區間處于較低范圍時，增程系統啟動，以增程系統作為主要的能量源，整車控制單元請求增程系統工作于設定的目標值轉速，動力電池作為輔助能量源，當需求功率大于增程系統提供的功率，動力電池能量進行補充；當需求功率小于增程系統提供的功率，對動力電池進行能量補充，防止動力電池過放電，增程系統工作點如圖3所示。

圖4描述了增程系統工作點劃分與請求功率之間的邏輯關系。

通過設定增程系統的工作點，對整車能量進行匹配，讓增程系統發電功率最大限度滿足整車功率請求，同時對電池進行能量補充，實現燃油到電能的最小中間轉化損失。整車增程系統發電功率與動力電池能量在 UDDS（城市道路循環工況）中變化曲線如圖5所示。

3 SOC管理策略

對駕駛工況中SOC平衡策略進行研究，是為了在滿足整車驅動功率需求下，實現SOC電量的平衡，提高電池使用壽命。對不同功率等級的增程系統控制方案，與連續的增程系統控制方案進行對比，匹配整車的增程系統控制方法。

依據仿真結果，對增程系統控制方案采用分級調速的控制方法，如圖 6所示。對駕駛員的駕駛需求、整車負載功率需求、電池電量補充需求計算得出增程系統的功率需求，結合增程系統保護功率，對需求功率進行功率等級劃分，由整車控制單元協調控制發動機與發電機工作于功率等級處，滿足整車的功率需求，對動力電池進行能量補充，提升動力電池的使用壽命。

對不同數量的功率等級在SOC平衡策略中的表現進行研究，結合實際可操作性，匹配整車的功率等級數量，如圖7～圖8所示。

4 故障診斷策略

整車控制單元對其采集及其驅動的數字、模擬信號進行診斷。對數字、模擬量采集狀態及實際執行過程中數字、模擬量的變化進行診斷，開發診斷策略，對采集信號的準確性、有效性進行診斷，保證信號采集的可靠性，提升系統的穩定性能；整車控制單元底層軟件對CAN網絡傳輸數據接收狀態確認，將狀態反饋至應用層，整車控制策略對數據傳輸狀態進行確認，開發診斷策略，對 CAN網絡數據進行收發診斷，確保數據傳輸的實時性、可靠性；整車控制單元通過硬件電路的設計，反饋驅動電路狀態，整車控制單元采集驅動電路狀態，對驅動單元是否正常驅動進行診斷，及時有效地確定驅動電路可靠性。故障診斷策略開發包含模擬、數字信號的診斷，CAN網絡數據收發的診斷和驅動電路的診斷等，如圖9所示。

4.1 模擬數字采集診斷策略

對模擬采集的硬件ADC（模數轉換器）值進行范圍的確認，對ADC轉化的物理值進行合理性診斷；通過特定的駕駛員輸入信息，通過對該物理量的變化進行監測并判斷是否符合實際情況來設計診斷策略。

1）模擬量輸入診斷

通過HCU（整車控制器）采集模擬量傳感器電壓判斷是否處于合理的工作電壓范圍，同時對傳感器的采集狀態進行判斷，通過底層故障確認函數對傳感器采集故障進行確認記錄。對駕駛員輸入的狀態進行模擬量的檢測，判斷該模擬量是否符合正常情況。如圖 10～圖 11所示。

2）數字輸入量診斷

通過數字量組合的有效性對數字輸入量進行診斷，數字輸入邏輯值處于設定的邏輯真值表，認為數字輸入采集正確，否則，通過底層函數記錄該故障發生，如圖12所示。

4.2 CAN通訊診斷策略

通過監測HCU與各個控制節點之間數據流狀態，當HCU底層軟件監測到各節點在設定時間內出現了丟幀現象，HCU會將該狀態反饋給應用層軟件，HCU應用層通過底層反饋的狀態進行診斷策略的開發，并對故障進行確認。診斷策略如圖13所示，通過對底層反饋的CAN數據流接收情況進行故障的確認，同時調用底層函數對故障進行更新記錄。

4.3 硬件驅動診斷

硬件驅動診斷包括HCU低端驅動和高端驅動2種。診斷邏輯見表1～表2。

驅動電氣原理如圖14～圖15所示。

診斷低高端驅動，采集HCU的輸出及硬件反饋狀態等信息進行故障診斷，診斷策略實現如圖16所示。

表1 低端驅動邏輯真值表

表2 高端驅動邏輯真值表

5 結 論

以某款增程式電動轎車為研究對象，研究增程器的工作模式、增程系統的能量管理策略，提升整車的能量利用效率，并對整車SOC管理策略及故障診斷策略進行了研究及仿真分析。分析表明，控制策略合理、高效、安全，提升了整車性能。此技術已經搭載某款增程式電動車，技術可靠合理。

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