P2 架構(gòu)混合動力控制策略概述

賈林娜，方立輝，辛海霞，郝美剛，王建勛

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

1 引言

隨著國家對新能源汽車產(chǎn)業(yè)推廣政策重視和扶持力度加大，新能源汽車產(chǎn)后發(fā)展主要集中在純電動汽車和油/電混合動力汽車上，因這兩種汽車在節(jié)能與環(huán)保方面的較高可行性，有望成為下一階段新能源汽車的主流，屆時世界汽車將擺脫依靠石油能源的時代，進(jìn)入單一的新能源汽車時代。

順應(yīng)市場競爭需求，滿足法律法規(guī)要求，從企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展需要考慮，通過對標(biāo)國內(nèi)外混動汽車技術(shù)，自主研發(fā)P2構(gòu)架混動動力控制系統(tǒng)，此版軟件策略開發(fā)已完成臺架演示階段驗證，整機動力性能和經(jīng)濟性能滿足新法規(guī)要求，策略符合設(shè)計目標(biāo)。此項目開發(fā)完成奠定了公司在新能源開發(fā)領(lǐng)域的基礎(chǔ)，為公司產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級奠定了基石。

1.1 P2 構(gòu)架混合動力

本項目基于公司成熟發(fā)動機4G15T 與六檔自動變速器開發(fā)混合動力系統(tǒng)，系統(tǒng)基本信息如圖1 所示，動力系統(tǒng)主要由 1.5T 發(fā)動機、6AT 與 ISG 電機組成，發(fā)動機與ISG 之間采用離合裝置K0 連接，屬于典型的 P2 混合動力系統(tǒng)。該動力系統(tǒng)提供自動、純電、電量保持、手動擋模式等多種駕駛模式，純電續(xù)駛里程大于50km，純電最高車速大于120km/h。

圖1 P2 混合動力系統(tǒng)示意圖

1.2 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

控制器節(jié)點較多，CAN 總線網(wǎng)絡(luò)共設(shè)4 路CAN，分CAN網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計框架如圖2 所示。

動力CAN 網(wǎng)絡(luò)主要實現(xiàn)HCU 與MCU、BMS、EMS、OPU 控制器間信息交互。

傳動CAN 網(wǎng)絡(luò)主要由于TCU 使用的是傳統(tǒng)汽油機動力總成TCU，為規(guī)避傳統(tǒng)EMS 與TCU 傳遞信息干擾，所以專設(shè)1路CAN 實現(xiàn)TCU 與HCU 信息交互。

儀表CAN 網(wǎng)絡(luò)主要實現(xiàn)車輛整體狀態(tài)信息顯示交互。

充電CAN 網(wǎng)絡(luò)主要實現(xiàn)BMS 與車載充電機信息交互。

圖2 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計框圖

2 控制策略

2.1 高壓上下電控制

圖3 高壓上電流程

鑰匙開關(guān)開啟，整車控制器上電后，首先檢測檔位信號、鑰匙開關(guān)信號等駕駛員駕駛指令，并通過CAN 總線接收高壓系統(tǒng)部件的工作狀態(tài)，執(zhí)行高壓上電檢測，以判斷整車是否可以安全可靠地上高壓。整車上高壓之后，通過分析駕駛員操作指令和能源系統(tǒng)及動力系統(tǒng)的工作狀態(tài)等，對整車進(jìn)行故障管理、行車模式調(diào)度、轉(zhuǎn)矩管理，并通過CAN 總線定時發(fā)送控制指令給執(zhí)行部件。整個高壓上電流程如圖3 所示。

當(dāng)車輛處于行車（起步/調(diào)速/超速）狀態(tài)下，鑰匙開關(guān)信號從ON 變?yōu)镺FF 或者致命故障需要下電時，需要按照一定順序執(zhí)行高壓下電流程，以防電機反電動勢燒毀空調(diào)等設(shè)備，整個高壓下電流程如下圖4 所示。

圖4 高壓下電流程

2.2 整車狀態(tài)控制

整車狀態(tài)管理主要依據(jù)當(dāng)前的鑰匙狀態(tài)、檔位狀態(tài)、制動踏板狀態(tài)、電機轉(zhuǎn)速、車速、故障等級等整車狀態(tài)信息并結(jié)合項目中具體車輛，將整車狀態(tài)按工況分為5 種模式：停機模式、啟動模式、起步模式、調(diào)速模式、超速模式，管理圖如圖5 所示。

圖5 整車狀態(tài)管理

2.3 車輛運行模式控制

圖6 車輛運行模式

適應(yīng)不同的駕駛需求，駕駛員通過觸發(fā)不同的模式開關(guān)，進(jìn)入不同的車輛運行模式以滿足自身需求，本項目車輛運行模式分為四種：①Auto 即自動模式，為車輛默認(rèn)的運行模式；②EV 即純電 模式；③Hold 即電量保持模式；④S/M 即手動擋模式。四種模式的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖6 所示。

2.4 能量流模式管理

本項目整車控制管理系統(tǒng)實現(xiàn)不同工況下混動系統(tǒng)起停、純電、助力、能量回收、純發(fā)動機驅(qū)動等11 種混動模式，各工況能量流模式如下圖7、8、9 所示：

圖7 待機工況能量流

圖8 驅(qū)動行駛工況能量流

圖9 滑行制動行駛工況能量流

2.5 不同模式下的扭矩分配管理和電池SOC 的控制策略

不同的車輛運行模式下，采用不同的扭矩分配策略和SOC 控制策略。

本項目策略可實現(xiàn)純電模式、電量保持模式、手動擋模式與自動模式四種運行模式，不同模式下電機與發(fā)動機都處于工作狀態(tài)下的扭矩分配和SOC 控制策略進(jìn)行介紹。

2.5.1 純電（EV）模式

在電機持續(xù)功率能力范圍內(nèi)均采用純電運行即在電機外特性曲線范圍內(nèi)保持電機驅(qū)動模式，因此能量模式只有M3； 當(dāng)SOC 降低至觸發(fā)低閥值時會自動退出EV 模式，進(jìn)入AUTO 模式；在油門完全踩到底時，系統(tǒng)判斷有大扭矩需求，退出EV 模式，進(jìn)入AUTO 全油門模式。EV 模式下能量管理如圖10。

圖10 純電模式管理

2.5.2 自動模式

待機工況：圍繞SOC 閥值，待機發(fā)電和發(fā)動機怠速兩個能量流切換。

驅(qū)動行駛工況：根據(jù)電量不同，能量及扭矩分配管理分為：高電量、中等電量和低電量三種情況，具體如下：

① 高電量情況,駕駛員需求扭矩在藍(lán)色區(qū)域為純電驅(qū)動（M3）；駕駛員需求扭矩在粉色區(qū)域為發(fā)動機單獨驅(qū)動（M7）；駕駛員需求扭矩在藍(lán)色線與紫色線（系統(tǒng)最大扭矩）之間為混合驅(qū)動（M5）。

② 中等電量情況，駕駛員需求扭矩在藍(lán)色區(qū)域為純電驅(qū)動（M3）、發(fā)動機驅(qū)動并發(fā)電（M6）兩種能量流模式；駕駛員需求扭矩在粉色區(qū)域為發(fā)動機單獨驅(qū)動（M7)；駕駛員需求扭矩在灰色以及綠色區(qū)域為混合驅(qū)動（M5)，綠色曲線含義：混合驅(qū)動（M5）受SOC 值減小的影響，電機逐步減小助力扭矩，當(dāng)SOC 降至低閥值，以發(fā)動機外特性單獨驅(qū)動。

③ 低電量情況，由于SOC 閥值較低，此時為了提高充電速度，抬高發(fā)動機的發(fā)電扭矩，如圖11 中發(fā)動機高效扭矩線，此時無論駕駛需求扭矩在落在哪個區(qū)域，都會起動發(fā)動機充電將SOC 拉高，從而執(zhí)行中等電量時的策略。

制動、滑行工況：高壓蓄電池SOC 值高于一定閥值時，禁止電機對電池充電，在SOC 值低于此閥值時，制動并進(jìn)行能量回收。

2.5.3 其他模式

手動模式及電量保持模式在不同工況下能量流分配與自動模式相同，即待機工況下，圍繞SOC 閥值，實現(xiàn)待機發(fā)電和發(fā)動機怠速兩個能量流切換；其中手動模式，因SM 模式下發(fā)動機常運轉(zhuǎn)，起步時能量流均為M3-1 電機驅(qū)動、發(fā)動機怠速。驅(qū)動行駛工況下，根據(jù)電量和駕駛需求扭矩落在不同區(qū)域來決定能量流形式；制動工況，SOC 值低于過充保護(hù)閥值，制動并進(jìn)行能量回收。

2.6 測試驗證

圖14 測試驗證數(shù)據(jù)分析圖

本項目策略設(shè)計完成后，進(jìn)行了不同模式、不同工況條件下整機演示測試，通過對測試數(shù)據(jù)的分析（如圖14），充分驗證策略符合性。

同時，為驗證策略實際節(jié)油效果，進(jìn)行法規(guī)工況油耗測試，油耗低于法規(guī)限值，策略有效。法規(guī)工況綜合油耗測試結(jié)果見表1 所示。

表1 法規(guī)工況綜合油耗測試結(jié)果(12.3KWh 電池）

3 結(jié)論

P2 構(gòu)架混合動力控制策略開發(fā)已經(jīng)通過演示驗證，節(jié)油效果顯著，達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，取得了開發(fā)成效。

混合動力控制策略開發(fā)，是企業(yè)向新能源開發(fā)挺進(jìn)所取得的重大成果，是企業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的重要舉措，新能源技術(shù)產(chǎn)品將逐步取代傳統(tǒng)產(chǎn)品，隨著市場不斷推進(jìn)，將成為企業(yè)未來發(fā)展主力軍、是企業(yè)效益新的增長點。