48V BSG混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略開(kāi)發(fā)及試驗(yàn)研究

劉巨江, 何宇, 連學(xué)通

(廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院， 廣東 廣州 511434)

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48V BSG混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略開(kāi)發(fā)及試驗(yàn)研究

劉巨江, 何宇, 連學(xué)通

(廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院， 廣東 廣州 511434)

傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)結(jié)合48V BSG電機(jī)的弱混合動(dòng)力系統(tǒng)是應(yīng)對(duì)未來(lái)油耗法規(guī)的一種高性?xún)r(jià)比方案，其節(jié)油效果明顯、成本低、開(kāi)發(fā)難度小。為研究48V BSG混合動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)有車(chē)輛性能的改善效果，對(duì)一臺(tái)量產(chǎn)SUV進(jìn)行了改造，在原有的發(fā)動(dòng)機(jī)上加裝了48V BSG電機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了加速助力、能量回收、發(fā)動(dòng)機(jī)高速起動(dòng)等混合動(dòng)力功能。在該車(chē)上，對(duì)上述混合動(dòng)力功能的控制策略進(jìn)行了研究與優(yōu)化，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。改造前后的 NEDC循環(huán)測(cè)試表明，該系統(tǒng)能夠降低燃油消耗9.1%、THC排放34.3%、NMHC排放35.4%、NOx排放60.6%，并能大幅降低車(chē)輛起動(dòng)的振動(dòng)噪聲水平，提升車(chē)輛動(dòng)力性。

混合動(dòng)力系統(tǒng)； BSG； 控制策略

混合動(dòng)力技術(shù)是未來(lái)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵，但目前常見(jiàn)的混合動(dòng)力汽車(chē)都存在著節(jié)油率和經(jīng)濟(jì)性的矛盾。弱混技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是起停技術(shù)成本低、開(kāi)發(fā)周期短，但其節(jié)油潛力有限，節(jié)油率為5%～7%；強(qiáng)混技術(shù)能夠?qū)⒄?chē)油耗降低25%以上，但是成本高、系統(tǒng)復(fù)雜、量產(chǎn)難度大，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法大規(guī)模推廣[1-3]。因此，尋找一種能夠有效折中節(jié)油率和經(jīng)濟(jì)性的混合動(dòng)力方案顯得尤為重要。提高汽車(chē)電氣系統(tǒng)的電壓水平，能夠大幅提高弱混方案中電機(jī)、電池等部件的能力和效率，從而進(jìn)一步降低油耗[4-5]。最近，博世、大陸、法雷奧等供應(yīng)商提出了一種帶有BSG電機(jī)(Belt-driven Started Generator)的48V弱混系統(tǒng)[6-7]，發(fā)動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速起停，并具有短時(shí)加速助力和制動(dòng)能量回收功能。該系統(tǒng)可降低整車(chē)油耗10%～15%，并優(yōu)化駕駛性和車(chē)輛NVH性，而成本增加在6 000元以?xún)?nèi)[8]，且開(kāi)發(fā)難度低，是一種很有前景的方案。

本研究在一臺(tái)加裝了48V BSG系統(tǒng)的主流SUV上對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行優(yōu)化，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證該系統(tǒng)對(duì)整車(chē)油耗、駕駛性和NVH性能的優(yōu)化效果。

1 48V BSG混合動(dòng)力系統(tǒng)

本研究對(duì)象為一輛加裝了48V BSG系統(tǒng)的SUV(后文中簡(jiǎn)稱(chēng)48V車(chē))，其原型車(chē)為2012年量產(chǎn)的暢銷(xiāo)車(chē)型(后文中簡(jiǎn)稱(chēng)原型車(chē))。原型車(chē)車(chē)輛參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 原型車(chē)技術(shù)參數(shù)

從表1中可以看到，原型車(chē)整車(chē)質(zhì)量1 500 kg，NEDC循環(huán)測(cè)試100 km燃油消耗量8.2 L，排放滿足國(guó)Ⅴ要求，屬于目前乘用車(chē)市場(chǎng)中的主流水平，具有研究的典型性。

以該原型車(chē)為基礎(chǔ)所改裝的48V車(chē)混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)造見(jiàn)圖1，BSG電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)用皮帶連接，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、助力和能量回收的功能，并集成了逆變器；48V鋰離子電池用于直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作或者儲(chǔ)存電機(jī)回收的電能；能量轉(zhuǎn)換器DC/DC用于在新增的48V電網(wǎng)和原車(chē)12 V電網(wǎng)間進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換，平衡電池電量。

BSG電機(jī)、DC/DC轉(zhuǎn)換器、48V電池是48V BSG系統(tǒng)中的三大主要部件，其參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 48V BSG系統(tǒng)主要部件參數(shù)

可以看到，BSG電機(jī)具備大幅提升動(dòng)力輸出的能力，但是持續(xù)時(shí)間有限;DC/DC能夠高效地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換；48V電池的峰值放電功率雖然低于BSG電機(jī)的最大功率，但在車(chē)輛加速過(guò)程中電機(jī)轉(zhuǎn)速低，能夠發(fā)揮出最大扭矩。而在能量回收時(shí)，11 kW的峰值充電功率保證了機(jī)械能—電能的轉(zhuǎn)換率。

結(jié)合上述部件，該48V車(chē)可實(shí)現(xiàn)如下功能：

a) 加速助力；

b) 發(fā)動(dòng)機(jī)起停；

c) 發(fā)動(dòng)機(jī)高速起動(dòng)；

d) 制動(dòng)能量回收。

其中，加速助力和發(fā)動(dòng)機(jī)高速起動(dòng)兩項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)需要根據(jù)零部件的特性對(duì)控制策略進(jìn)行詳細(xì)優(yōu)化。

2 加速助力控制策略

加速助力是BSG電機(jī)的重要功能。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低速段(怠速轉(zhuǎn)速到2 000 r/min這個(gè)區(qū)間)扭矩低、響應(yīng)滯后，使得車(chē)輛加速性能受限。而電機(jī)低速扭矩大，響應(yīng)快，能夠較好彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)的缺陷。

對(duì)于48V 車(chē)而言，其助力效果主要受以下幾個(gè)因素影響：

1) 電機(jī)的工作特性。BSG電機(jī)的扭矩-轉(zhuǎn)速特性曲線決定了當(dāng)前轉(zhuǎn)速下能夠獲得的最大扭矩。

2) 電池的荷電狀態(tài)(SOC)。為了保持48V電池維持正常的荷電狀態(tài)，不能過(guò)度放電，單次助力的時(shí)間不能超過(guò)20 s。

因此，需要對(duì)車(chē)輛加速過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和電機(jī)扭矩進(jìn)行合理分配。

圖2示出48V系統(tǒng)的總扭矩需求計(jì)算過(guò)程。根據(jù)駕駛員踩踏板的深度x，結(jié)合當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、車(chē)速v，判斷出駕駛員的加速需求，查表得到對(duì)應(yīng)的車(chē)輛加速度值；再根據(jù)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算出相應(yīng)的總扭矩值M。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)較電機(jī)響應(yīng)性差，在分配扭矩時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩需求的平順性，其邏輯見(jiàn)圖3。

在圖3中，對(duì)于給定的總扭矩M，先根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及當(dāng)前電池狀態(tài)查表得到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，其原則是盡量利用BSG補(bǔ)充的扭矩使得發(fā)動(dòng)機(jī)在過(guò)渡過(guò)程中的扭矩輸出變化平緩，兼顧整車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，考慮到該值仍然可能出現(xiàn)不連續(xù)的情況，需要對(duì)其進(jìn)行濾波，得到平順的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩需求曲線Men。而用總扭矩M減去發(fā)動(dòng)機(jī)需求扭矩Men就得到BSG電機(jī)的需求扭矩MBSG。

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)需求扭矩Men，其實(shí)現(xiàn)的算法如下：

Mcombustion=Men+Mfriction+

Macc+Madaption+Mres。

式中：Mcombustion為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒扭矩；Mfriction為摩擦扭矩；Macc為發(fā)動(dòng)機(jī)附件扭矩；Madaption發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)補(bǔ)償扭矩；Mres為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)留扭矩。

如上式所示，要得到值為Men的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，需要的實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒扭矩應(yīng)考慮摩擦扭矩、附件扭矩(空調(diào)、油泵、水泵等)、自適應(yīng)補(bǔ)償扭矩以及預(yù)留的扭矩。

摩擦扭矩主要根據(jù)水溫、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷標(biāo)定，附件扭矩根據(jù)各部件的特性參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，自適應(yīng)補(bǔ)償扭矩根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差值進(jìn)行積分、濾波后得到，預(yù)留扭矩根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、車(chē)速、擋位、SOC狀態(tài)確定。

實(shí)際執(zhí)行的過(guò)程中，以發(fā)動(dòng)機(jī)氣路作為主要的扭矩實(shí)現(xiàn)手段，而火路則負(fù)責(zé)對(duì)最終的燃燒扭矩進(jìn)行微調(diào)。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)高速起動(dòng)控制策略

48V車(chē)由于BSG電機(jī)的加入，能夠?qū)崿F(xiàn)兩種方式的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，一種是原有的起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)起動(dòng)，即普通起動(dòng)，另一種是利用BSG電機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。由于BSG電機(jī)扭矩大、轉(zhuǎn)速高，能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)至1 000 r/min左右再進(jìn)行噴油、點(diǎn)火，即可實(shí)現(xiàn)高速起動(dòng)。

高速起動(dòng)具有較好的NVH性，但是需要滿足一定的應(yīng)用條件，主要包括：

1) 電池SOC值大于電機(jī)起動(dòng)閾值；

2) 電池可輸出功率大于一定值；

3) 電池溫度大于一定值；

4) 電機(jī)當(dāng)前最大可輸出扭矩大于一定值；

5) 發(fā)動(dòng)機(jī)水溫大于一定值；

6) 電機(jī)/電池?zé)o故障。

由于這種高速起動(dòng)方式改變了發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)工況，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制策略進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性、排放性的優(yōu)化。

3.1 起動(dòng)過(guò)程結(jié)束點(diǎn)的識(shí)別策略

在發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制中，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束意味著發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入了自穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)，為進(jìn)入怠速、加速等工況做好了準(zhǔn)備，同時(shí)，其結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)也為后續(xù)的催化劑加熱控制、氧閉環(huán)控制、空調(diào)控制等操作提供了時(shí)間參考。

常規(guī)起動(dòng)往往是以轉(zhuǎn)速超過(guò)某值(約500 r/min)作為起動(dòng)結(jié)束的標(biāo)志，但對(duì)于BSG起動(dòng)方式來(lái)說(shuō)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)該值時(shí)可能發(fā)動(dòng)機(jī)并未著火，從而不能單純以轉(zhuǎn)速作為起動(dòng)結(jié)束與否的判斷依據(jù)。

考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)著火時(shí)，轉(zhuǎn)速仍然有一定程度的上升，因此采用噴油次數(shù)結(jié)合轉(zhuǎn)速變化率進(jìn)行判斷：

式中：Ninject為噴油次數(shù)；Ninj為噴油次數(shù)閾值；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；θseg發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)segment對(duì)應(yīng)的角度；A為發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)segment內(nèi)轉(zhuǎn)速變化的參考值，大于等于0。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油次數(shù)大于等于Ninj，Ninj為起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的函數(shù)，且轉(zhuǎn)速變化率不小于A時(shí)，認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束。

3.2 起動(dòng)過(guò)程的噴油策略

由于油膜的存在，PFI發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)需要進(jìn)行加濃，在控制策略中，該過(guò)程通過(guò)在基礎(chǔ)噴油量上乘以加濃系數(shù)Finj實(shí)現(xiàn)。加濃系數(shù)Finj主要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、進(jìn)氣溫度、停機(jī)時(shí)間進(jìn)行標(biāo)定，并利用噴油次數(shù)、轉(zhuǎn)速進(jìn)行衰減。

相對(duì)于常規(guī)起動(dòng)，BSG起動(dòng)有著更高的起動(dòng)轉(zhuǎn)速，特別是前4次噴油(對(duì)于4缸機(jī))，常規(guī)起動(dòng)的衰減轉(zhuǎn)速是200～300 r/min，而B(niǎo)SG起動(dòng)的衰減轉(zhuǎn)速輸入是1 000 r/min左右，故如果按照原噴油邏輯及標(biāo)定數(shù)據(jù)，BSG起動(dòng)的噴油量會(huì)比形成油膜所需要的少，故需要對(duì)原有的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新標(biāo)定。

3.3 起動(dòng)過(guò)程的進(jìn)氣量與點(diǎn)火控制策略

BSG起動(dòng)起始點(diǎn)轉(zhuǎn)速在1 000 r/min左右，此時(shí)進(jìn)氣壓力已經(jīng)接近怠速工況下的壓力值，如果保持原起動(dòng)過(guò)程的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，則會(huì)出現(xiàn)進(jìn)氣量過(guò)少甚至發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降的情況，故需要對(duì)起動(dòng)過(guò)程的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定。相應(yīng)地，由于進(jìn)氣量的減少，為了保持充足的起動(dòng)扭矩，需要大幅提前點(diǎn)火角。

在噴油、點(diǎn)火、節(jié)氣門(mén)的重新標(biāo)定過(guò)程中，以發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)失火、上沖轉(zhuǎn)速最大值位于1 300～1 400 r/min之間、起動(dòng)過(guò)程最小空燃比位于0.8～0.9之間、tip-in過(guò)程平滑作為通過(guò)條件。

4 48V BSG混合動(dòng)力系統(tǒng)試驗(yàn)測(cè)試與分析

以未改裝的原型車(chē)為參照，從油耗、駕駛性、NVH性及排放四方面來(lái)對(duì)48V BSG系統(tǒng)的優(yōu)化效果進(jìn)行驗(yàn)證和分析。

4.1 燃油經(jīng)濟(jì)性測(cè)試及分析

為了驗(yàn)證48V BSG系統(tǒng)的節(jié)油效果，分別用原型車(chē)和48V車(chē)進(jìn)行多次NEDC循環(huán)測(cè)試，對(duì)于48V BSG系統(tǒng)，需保持測(cè)試前后48V電池電量相差在3%以?xún)?nèi)。圖4示出NEDC測(cè)試循環(huán)中原型車(chē)和48V車(chē)的累計(jì)CO2排放量變化曲線，可以看到，原型車(chē)總的CO2排放量為2 136.5 g，折算后的100 km燃油消耗量為8.2 L；48V車(chē)總的CO2排放量為1 942.7 g，較原型車(chē)減少193.8 g，折算后的100 km燃油消耗量為7.4 L，相對(duì)于原型車(chē)油耗降低了9.1%。

4.1.1 起停功能減少的CO2排放量計(jì)算

NEDC循環(huán)中有較多的怠速工況，起停功能能夠減少該工況下的油耗。圖5示出兩種車(chē)型在NEDC循環(huán)中的CO2瞬時(shí)值，可以看到在虛線所示的停機(jī)區(qū)間內(nèi)，48V車(chē)的CO2排放瞬時(shí)值基本為0，而原型車(chē)的CO2排放瞬時(shí)值維持在0.6～0.7 g/s，在該區(qū)間對(duì)兩者的差值進(jìn)行積分就得到由于該次停機(jī)所帶來(lái)的CO2排放減少量，如圖中網(wǎng)格面積所示。對(duì)整個(gè)測(cè)試過(guò)程的停機(jī)過(guò)程進(jìn)行上述操作，得到如圖6所示的CO2排放減少量。

從圖6中可以看出，在測(cè)試初期，雖然有停車(chē)的工況，但是由于達(dá)不到停機(jī)條件，48V 系統(tǒng)未觸發(fā)停機(jī)，之后的每次停車(chē)都能觸發(fā)停機(jī)。整個(gè)測(cè)試過(guò)程減少的CO2排放共105.8 g，折算后的油耗減少4.9%。

4.1.2 工況點(diǎn)優(yōu)化減少的CO2量計(jì)算

從圖7可以看到，整個(gè)測(cè)試過(guò)程在加速工況中減少的CO2排放量一共80.1 g，折算后的油耗減少3.7%。

4.1.3 能量回收過(guò)程分析

由于48V電池在測(cè)試前后需保持電量一致，所以需對(duì)整個(gè)測(cè)試過(guò)程的能量回收情況進(jìn)行分析。

從圖8可以看到，加速時(shí)BSG進(jìn)行助力，電池電量急劇下降(如右邊虛線圈所示)，減速時(shí)電池電量快速上升(如左邊虛線圈所示)，說(shuō)明BSG電機(jī)正利用車(chē)輛的動(dòng)能為電池充電。測(cè)試過(guò)程初始電量為47.5%，結(jié)束電量為45.5%，電池電量下降了2%，可認(rèn)為電池電量保持平衡。

總的來(lái)說(shuō)，起停功能和加速助力功能貢獻(xiàn)了絕大部分的油耗減少量(8.6%)，同時(shí)，該系統(tǒng)利用能量回收功能，能夠保持測(cè)試前后電量平衡。

4.2 加速性能測(cè)試及分析

BSG電機(jī)的加速助力不僅僅能夠降低加速工況的油耗，同時(shí)能夠提高車(chē)輛的加速性能。對(duì)于48V車(chē)，其加速性能的改善主要體現(xiàn)在高擋位加速的工況(該車(chē)型為手動(dòng)變速箱，在一擋、二擋時(shí)BSG電機(jī)尚未發(fā)揮最大扭矩即需要換擋，加速性能的提升不明顯)，測(cè)試中主要模擬三擋/四擋超車(chē)加速的工況。

圖9示出原型車(chē)和48V車(chē)在三擋時(shí)從40 km/h加速到60 km/h所消耗的時(shí)間，兩者都是全油門(mén)狀態(tài)，原型車(chē)耗時(shí)4.9 s，48V車(chē)耗時(shí)3.7 s，縮短了1.2 s。

圖10示出原型車(chē)和48V車(chē)在四擋時(shí)從60 km/h加速到90 km/h所消耗的時(shí)間，兩者都是全油門(mén)狀態(tài)，原型車(chē)耗時(shí)13.1 s，48V車(chē)耗時(shí)11.1 s，縮短了2 s。

可以看到，BSG電機(jī)能夠在高擋位加速過(guò)程中發(fā)揮較為明顯的作用，提高了高車(chē)速下加速過(guò)程的駕駛樂(lè)趣。

4.3 起動(dòng)過(guò)程振動(dòng)噪聲測(cè)試及分析

相對(duì)于原型起動(dòng)機(jī)，BSG電機(jī)扭矩大、轉(zhuǎn)速高，能夠非常平穩(wěn)地將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高到1 000 r/min左右，縮短起動(dòng)時(shí)間并提升起動(dòng)過(guò)程的NVH性。圖11示出普通起動(dòng)及高速起動(dòng)的過(guò)程對(duì)比。原型車(chē)起動(dòng)時(shí)須先由起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)到200～300 r/min，在該轉(zhuǎn)速下進(jìn)行同步、噴油、點(diǎn)火，著火后轉(zhuǎn)速急劇上升至1 400 r/min左右。由于轉(zhuǎn)速低，同步過(guò)程慢，各缸的噴油、點(diǎn)火時(shí)間間隔大，出現(xiàn)了約0.5 s時(shí)長(zhǎng)的轉(zhuǎn)速平臺(tái)，導(dǎo)致整個(gè)起動(dòng)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，且起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)齒盤(pán)傳動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程噪聲較大。

利用BSG電機(jī)起動(dòng)時(shí)，能夠直接將發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)至1 000 r/min左右，這個(gè)轉(zhuǎn)速下，發(fā)動(dòng)機(jī)從同步到著火需要的時(shí)間非常短，使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能夠繼續(xù)平滑上升，基本沒(méi)有低轉(zhuǎn)速起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速平臺(tái)，所以較原型車(chē)起動(dòng)達(dá)到起動(dòng)轉(zhuǎn)速峰值的時(shí)間縮短了0.5 s，極大地提高了起動(dòng)速度，同時(shí)，由于BSG電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)使用皮帶傳動(dòng)，起動(dòng)噪聲很小。

圖12示出使用兩種不同的起動(dòng)方式時(shí)，駕駛艙內(nèi)人員接收到的噪聲水平對(duì)比，可以看到，使用BSG電機(jī)進(jìn)行高速起動(dòng)能夠?qū)Ⅰ{駛員右耳接收到的起動(dòng)噪聲最大峰值從57 dB降低到52.7 dB，將右后乘員的左耳接收到的起動(dòng)噪聲最大峰值從57.7 dB降低到52.8 dB。

圖13示出兩種起動(dòng)過(guò)程對(duì)應(yīng)的起動(dòng)振動(dòng)情況對(duì)比，選用了對(duì)駕駛員影響較為明顯的方向盤(pán)振動(dòng)RSS值和座椅導(dǎo)軌振動(dòng)RSS值進(jìn)行測(cè)試。可以看到，使用BSG電機(jī)起動(dòng)能夠?qū)⒎较虮P(pán)的振動(dòng)RSS值從1.8 m/s2降低到1.3 m/s2，降低了28%，座椅導(dǎo)軌的振動(dòng)RSS值從0.8 m/s2降低到0.3 m/s2，降低了62.5%。

綜上，使用BSG電機(jī)起動(dòng)能夠使得起動(dòng)過(guò)程平順、迅速，避免了原型起動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速平臺(tái)，同時(shí)大幅降低起動(dòng)過(guò)程的噪聲、振動(dòng)水平，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的NVH性，從而提高了起動(dòng)品質(zhì)。

4.4 排放測(cè)試及分析

原型車(chē)及48V車(chē)的NEDC排放測(cè)試結(jié)果如見(jiàn)表3。可以看到，原型車(chē)及48V車(chē)排放結(jié)果都滿足了國(guó)Ⅴ限值，其中，48V車(chē)相對(duì)原型車(chē)THC減少34.3%，NMHC減少35.4%，NOx減少60.6%。

表3 NEDC排放測(cè)試結(jié)果

4.4.1 THC及NMHC排放結(jié)果分析

THC主要產(chǎn)生于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)至進(jìn)入空燃比閉環(huán)控制的這段時(shí)間，如圖14所示，在該階段，48V車(chē)的THC排放較原型車(chē)大幅降低，其原因?yàn)?8V車(chē)起動(dòng)轉(zhuǎn)速高，需要的進(jìn)氣量少，相應(yīng)的噴油量減少，即THC排放的基數(shù)減少了，同時(shí)該轉(zhuǎn)速下發(fā)動(dòng)機(jī)更易著火，可以減少加濃量，進(jìn)一步減少了THC排放。NMHC排放降低的原因同上。

4.4.2 NOx排放結(jié)果分析

圖15示出整個(gè)測(cè)試過(guò)程原型車(chē)和48V車(chē)NOx排放瞬時(shí)值的對(duì)比，可以看到，與48V車(chē)相比，原型車(chē)的NOx瞬時(shí)值出現(xiàn)了較多的尖峰，其中除字母所標(biāo)示的4處較小的尖峰外，其余的尖峰均產(chǎn)生于加速過(guò)程，即車(chē)輛加速過(guò)程中NOx排放差異是造成NOx排放結(jié)果改善的主要原因。

NOx產(chǎn)生于高溫、富氧的條件，原型車(chē)加速時(shí)工作在大負(fù)荷的工況，滿足NOx大量產(chǎn)生的條件，所以NOx排放較多，而48V車(chē)由于BSG助力的存在，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷減小，工況優(yōu)化，從而大幅減少NOx排放。

5 結(jié)論

在一臺(tái)加裝了48V BSG系統(tǒng)的SUV上對(duì)其加速助力及發(fā)動(dòng)機(jī)高速起動(dòng)的控制策略進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行了NEDC測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，相比于原型車(chē)，48V BSG系統(tǒng)有以下效果：

a) 降低油耗9.1%，其中4.9%由起停功能貢獻(xiàn)，3.7%來(lái)源于加速過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)工況的改善；

b) 提升車(chē)輛的加速性能，特別是三擋、四擋時(shí)的高車(chē)速加速;

c) 起動(dòng)品質(zhì)大幅提升，起動(dòng)時(shí)間縮短了0.5 s，起動(dòng)噪聲平均降低4.6 dB，起動(dòng)帶來(lái)的振動(dòng)大幅降低;

d) 由于起動(dòng)過(guò)程的改善，THC及NMHC排放減少了34.3%和35.4%；加速工況的優(yōu)化，使NOx排放減少了60.6%。

[1] 貢蘇明．美國(guó)HEV市場(chǎng)對(duì)中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的啟示[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2011，24(4)：474-479．

[2] 孫志軍,趙黎明,吳志新,等．我國(guó)發(fā)展混合動(dòng)力汽車(chē)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2007，9(3)：230-233．

[3] 吳瑞竹,肖繼學(xué),宋春華,等．混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展綜述[J].中國(guó)測(cè)試，2012，38(6)：26-30．

[4] 葉先軍，趙韓，張炳力，等．題BSG混合動(dòng)力轎車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J].汽車(chē)技術(shù)，2008(6)：24-28．

[5] 盧鐵軍．混合動(dòng)力汽車(chē)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)一體化控制系統(tǒng)研究[D].北京：北京信息科技大學(xué)，2013．

[6] MalteKuypers．Application of 48 Volt for Mild Hybrid Vehicles and High Power Loads[C].SAE Paper 2014-01-1790．

[7] John Kelly，Peter Scanes，Paul Bloore．Specification and Design of a Switched Reluctance 48 V Belt Integrated Starter Gen-erator (B-ISG) for Mild Hybrid Passenger Car Applications[C].SAE Paper 2014-01-1890．

[8] 陳振輝，李聰聰，周?chē)?guó)清，等．微混車(chē)輛ESM起停系統(tǒng)[J].上海汽車(chē)，2011(11)：10-17．

[編輯: 李建新]

Development and Experimental Study on Control Strategy of 48V BSG Hybrid System

LIU Jujiang， HE Yu, LIAN Xuetong

(Guang Zhou Automobile Group Automotive Engineering Institute， Guangzhou 511434， China)

The micro-hybrid system that integrates conventional internal combustion engine with 48V BSG motor is a cost-effective solution to deal with future fuel consumption regulation with better fuel saving effect, low cost and small developing difficulty. In order to study the effect of micro-hybrid system on vehicle performance, 48V BSG motor was added to the original engine equipped with mass production SUV to realize the hybrid function of aided acceleration, energy recovery and high speed engine start. The control strategy of hybrid system was optimized and verified on the vehicle. NEDC test results show that the system can reduce fuel consumption, THC, NMHC,and NOxemission by 34.3%, 9.1%, 35.4% and 60.6% respectively. Meanwhile, the system can significantly reduce the vibration and noise level during engine start and improve the power performance of the vehicle.

hybrid system； BSG； control strategy

2015-09-06;

2016-04-01

劉巨江(1982—)，男，碩士，工程師，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)開(kāi)發(fā)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略研究；liujj@gaei.cn。

10.3969/j.issn.1001-2222.2016.04.008

U464.142

B

1001-2222(2016)04-0044-07