插電式混合動力汽車通訊控制分析

李 銳，胡艷峰，符丹丹，靳 珊，陳 佩

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

根據GB7258-2017標準 （2018.01.01開始實施），新能源車型被分為3類：①純電動汽車 （battery electric vehicle），指由電動機驅動，且驅動電能來源于車載可充電能量儲存系統 （REESS）的汽車；②插電式混合動力汽車 （plug-in hybrid electric vehicle），指具有可外接充電功能，且有一定純電動續駛里程的混合動力汽車，包括增程式電動汽車；③燃料電池汽車 （fuel cell electric vehicle），指以燃料電池作為主要動力電源的汽車 （燃料電池汽車不再以燃料電池為唯一動力源。）

電動汽車雖然零排放，但由于受到續駛里程、充電設施配套不完備等因素影響，限制電動汽車的快速普及。混合動力汽車既能很大程度上減少排放，又能彌補純電動汽車續駛里程方面的不足，因此越來越受到主機廠的青睞。

混合動力汽車按照不同的分類標準可以有多種方式。可以按照混合動力的結構分類為串聯式、并聯式、混聯式；或由混合動力的混合程度可分為弱混 （電功率比例5%）、輕混 （電功率比例5%～25%）、強混 （電功率比例25%～50%）。本文將按照強混并聯式混合動力汽車來介紹。

1 并聯式混合動力汽車介紹

1.1 并聯式混合動力汽車構型

并聯式混合動力汽車系統結構如圖1所示［1］。該結構主要由發動機、驅動電機／發電機兩大部件總成構成，有多種組合形式，可以根據使用要求選用。兩大動力總成的功率可以互相疊加，協調共同作用驅動車輛行駛。

圖1 并聯式混合動力電動汽車結構示意圖

1.2 混合動力汽車的核心

電動汽車的核心系統是三電系統，即電機、電池、電控。混合動力汽車，除了具備電動汽車的三電系統外，還具有傳統柴油車的發動機，因此電控方面比電動汽車電控更為復雜，其主要核心部件是混合動力整車控制器。混合動力整車控制器涉及兩種動力的協調控制及功率分配，運行模式比純電動車型要復雜，常見的混合動力汽車運行模式見表1。

插電式混合動力汽車最常用的3種運行模式是純電動模式、純發動機模式及混合動力模式，根據這3種運行模式，其控制模式對應為純電動控制模式、純發動機控制模式及混合動力控制模式。插電式混合動力汽車的控制形式一般如下。

1）純電起步：起步靠驅動電機帶動，發動機此時不啟動。

2）中高速行駛時，純發動機運行，此時發動機可運行于高效區。

3）混合動力模式：純電運行時功率不夠時，驅動電機拖動發動機啟動，不足部分用發動機來補夠。純發動機運行時功率不夠時，在動力電池SOC允許的情況下，用驅動電機來補齊不足的需求功率部分。

表1 混合動力汽車運行模式

2 網絡拓撲架構

插電式混合動力汽車網絡節點涉及混合動力整車控制器、驅動電機系統、電池管理系統，另外就是發動機。車載CAN網絡通常采用總線型網絡架構。在設計時，一般將控制系統相關節點位于一路CAN，發動機控制器、ABS等位于另外一路CAN，整車控制器兩路CAN并兼具集成網關的功能，拓撲架構如圖2。圖2中監控終端是國標GBT32960要求的新能源車型必須有的監控平臺，用于將新能源車型的相應數據與國家平臺對接。按照SAE J1939標準的要求，兩路CAN的波特率均采用250 K，根據實際情況也可以采用500 K。

圖2 網絡拓撲架構示意

3 控制功能分析

3.1 驅動電機系統控制分析

驅動電機控制通常有轉速控制和轉矩控制兩種。車輛的行駛需要依靠整車控制器對電機的轉速／轉矩需求控制來實現。因此對驅動電機的控制可以參考SAE J1939定義的對發動機的控制。電機系統重要的反饋參數有母線電壓、母線電流、電機轉速／轉矩、電機溫度、電機控制器溫度、系統故障等。

3.2 發動機系統控制分析

發動機控制及發動機的反饋信息在SAE J1939標準已經有明確定義，根據SAE J1939標準定義就可實現對發動機的運行控制及停機控制。傳統柴油車型很多控制器都可以控制發動機，如ABS、TCU、發動機控制器等，發動機根據運行情況判斷響應哪個控制器的控制。在有混合動力整車控制器的車型上，應由整車控制器來控制發動機。

4 高壓上電分析

動力電池是混合動力汽車能量的重要來源之一。插電式混合動力汽車的純電起步時能量來源是動力電池 （滿足純電起步時發動機不啟動）。因此，插電式混合動力汽車通常在鑰匙ON擋電時就完成了高壓上電過程。高壓上電主要工作是完成預充電。預充電的存在有效地防止了動力電池高壓輸出瞬間大電流對電器件造成損壞。圖3是電池管理系統做預充電的整車高壓配電示意圖，其中虛框部分即預充電電路。預充電過程如下：在收到上高壓命令后，首先控制主負接觸器KM-閉合，然后控制預充電接觸器KMp閉合，同時控制器檢測母線端的電壓，當母線電壓達到動力電池電壓一定值時，認為預充電完成，最終閉合主正接觸器KM+。預充電過程中閉合KMp后，預充電電阻R的存在起到了限流的作用，使得母線端電壓呈緩慢上升趨勢，避免了瞬間接通產生的大電流對接觸器造成的損壞。

圖3 高壓配電示意圖

5 通訊信號分析

插電式混合動力汽車涉及的主要通訊節點的通訊信號分析詳見表2。

表2 通訊信號表

6 總結

混合動力汽車一方面減少了排放污染，環境友好，另一方面兼顧了續駛里程，彌補了純電動汽車續駛里程方面的不足，非常適合長距離的貨物運輸工況。本文從混合動力汽車的構型、車輛運行模式、網絡拓撲、控制功能、高壓上電及通訊信號幾個方面，闡述了混合動力汽車開發過程中的通訊、控制開發的基礎環節，是對行業內混合動力汽車通訊、控制開發流程的總結，在此拋磚引玉，希望對相關人員有一定的幫助。