一種降低油電混車(chē)型油耗與排放的啟動(dòng)控制策略研究

摘要：隨著國(guó)家能耗法規(guī)的嚴(yán)格實(shí)施及人民環(huán)保意識(shí)的提高，低能耗、低碳成為汽車(chē)發(fā)展的主流方向。國(guó)內(nèi)外混動(dòng)動(dòng)力技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展后已呈現(xiàn)出百花齊放的狀態(tài)，逐漸得到了大眾的認(rèn)可。據(jù)此，基于公司某油電混車(chē)型，通過(guò)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制策略，在降低排放的同時(shí)，有效地降低整車(chē)油耗，提升企業(yè)車(chē)型核心競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：混動(dòng)汽車(chē)；啟動(dòng)；排放；油耗；怠速

中圖分類(lèi)號(hào)：U473.9 收稿日期：2023-02-25

1前言

近年來(lái)，中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)組織了來(lái)自汽車(chē)、能源、材料、通信等領(lǐng)域的超過(guò)500位專(zhuān)家，于2015-2016年歷時(shí)一年共同編制完成了《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)技術(shù)路線圖1.0）。2020年10月，《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖（2.0版）》正式發(fā)布，明確指出到2035年，我國(guó)節(jié)能汽車(chē)與新能源汽車(chē)年銷(xiāo)量將各占50%，傳統(tǒng)能源動(dòng)力將全部轉(zhuǎn)化為混動(dòng)動(dòng)力。縱觀國(guó)內(nèi)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，混合動(dòng)力技術(shù)百花齊放。

《關(guān)于修改（乘用車(chē)企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車(chē)積分并行管理辦法）的決定》，自2021年1月1日起施行以來(lái)，如何在傳統(tǒng)燃油車(chē)方向降低單車(chē)油耗，同時(shí)開(kāi)發(fā)混動(dòng)及純電車(chē)型來(lái)抵消負(fù)積分，成為擺在每個(gè)主機(jī)廠的重要課題。

某HEV為公司年度重點(diǎn)車(chē)型，開(kāi)發(fā)過(guò)程中除了要盡可能降低發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)機(jī)運(yùn)行的時(shí)間來(lái)降低整車(chē)油耗，還需要重點(diǎn)考慮讓催化器快速起燃，保證車(chē)輛排放滿足國(guó)家法規(guī)要求。

2某HEV混動(dòng)架構(gòu)及啟動(dòng)控制邏輯

2.1混動(dòng)HEV架構(gòu)

公司開(kāi)發(fā)的某HEV，沿用市場(chǎng)上成熟的混動(dòng)架構(gòu)。圖1顯示了HEV架構(gòu)的具體情況。

2.2啟動(dòng)控制邏輯

VCU計(jì)算發(fā)電機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)所需要的目標(biāo)啟動(dòng)扭矩，發(fā)送給發(fā)電機(jī)控制器GCU，發(fā)電機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟停指令為啟動(dòng)，VCU2_CMD_EMSEn-able_Valid=Oxl；此時(shí)vcu不允許發(fā)動(dòng)機(jī)噴油，VCU2_CMD_EMSOiISpout_Valid=Ox0。給ccu發(fā)送發(fā)電機(jī)目標(biāo)扭矩VCUl_RQ_GCUTrgtTorque_Value，電機(jī)開(kāi)始拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)肩動(dòng)VCU2_Status_CrankEng_Valid= Oxl，發(fā)電機(jī)目標(biāo)扭矩采用開(kāi)環(huán)控制，隨轉(zhuǎn)速增加而降低，目標(biāo)扭矩為結(jié)合轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)水溫三維表，在不同的溫度下啟動(dòng)扭矩有所不同。ECU4_IND_ECUFault_Level=Ox2，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難時(shí)，提高發(fā)電機(jī)啟動(dòng)扭矩，可設(shè)置為按照-30℃溫度扁動(dòng)扭矩執(zhí)行。不同水溫下GCU拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速如表1所示。

VCU檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速后，發(fā)送發(fā)動(dòng)機(jī)噴油允許，VCU2_CMD_EMSOiISpout_Valid=Oxl，ECM控制發(fā)動(dòng)機(jī)噴油點(diǎn)火；vcu根據(jù)環(huán)境溫度、電池放電能力判斷目標(biāo)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，兼顧啟動(dòng)可靠性和平穩(wěn)性，設(shè)定為2擋，分別為300r/min、1000r/min（標(biāo)定確定，需要給出發(fā)動(dòng)機(jī)最低點(diǎn)火轉(zhuǎn)速以及不同點(diǎn)火轉(zhuǎn)速對(duì)排放影響）；發(fā)動(dòng)機(jī)噴油點(diǎn)火指令有效后發(fā)電機(jī)拖動(dòng)扭矩卸載到0，本次啟動(dòng)過(guò)程不再加載扭矩，VCU2_Sta-tus_CrankEng_Valid復(fù)位，由ECM控制發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)。

ECM判斷發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)成功后，置位發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩響應(yīng)標(biāo)志，vcu根據(jù)此信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束；發(fā)動(dòng)機(jī)啟停指令保持為啟動(dòng)，VCU2_CMD_EMSEnahle_Valid=Oxl。

3某HEV WLTC工況下首次啟動(dòng)現(xiàn)狀

3.1HEV冷機(jī)啟動(dòng)現(xiàn)狀

關(guān)于降低車(chē)輛在WLTC（具體要求詳見(jiàn)GB18352.6-2016《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》工況下的油耗，目前的控制策略是發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后馬上進(jìn)入充電模式，給電池包充電，如圖2所示。

3.2控制策略

沒(méi)有充分考慮冷機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，催化器載體溫度需要gt;300℃，才能具備一定的催化氧化能力，即催化器的起燃溫度要求gt;300℃。冷機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后快速進(jìn)入充電模式，不利于催化器的起燃，導(dǎo)致排放的急劇惡化，WLTC工況下排放不符合開(kāi)發(fā)工程目標(biāo)要求，如表2所示。

3.2.1整車(chē)層面的降油耗措施

整車(chē)層面的降油耗措施：降風(fēng)阻、降滾阻、低阻力卡鉗及輪轂軸承、輕量化、提升變速器－傳動(dòng)軸－輪胎整個(gè)傳動(dòng)鏈的效率、進(jìn)氣系統(tǒng)降壓降、排氣系統(tǒng)降背壓、標(biāo)定優(yōu)化。

3.2.2發(fā)動(dòng)機(jī)的主要降油耗措施

發(fā)動(dòng)機(jī)的主要降油耗措施：提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率、降低內(nèi)阻、降低附件損失、分層燃燒、EGR、發(fā)動(dòng)機(jī)溫升控制等。

3.2.3混動(dòng)標(biāo)定主要降油耗措施

混動(dòng)標(biāo)定主要降油耗措施：智能電氣化、啟停及智能發(fā)電機(jī)、提升發(fā)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率、智能的能量回收策略、智能的串并聯(lián)控制策略等。

3.3節(jié)油技術(shù)方案選定

本文公司在研某suv車(chē)型（1.5TDl+7DCT），針對(duì)已選用的成熟動(dòng)力總成，基于以上降油耗方案來(lái)開(kāi)展研究。基于以上現(xiàn)狀，配合整車(chē)其他降油耗措施，需要優(yōu)化VCU控制策略，在兼顧油耗的同時(shí)，保證催化器快速進(jìn)入起燃階段，降低整車(chē)排放結(jié)果。

4啟動(dòng)控制策略?xún)?yōu)化

4.1兼顧排放

VCH控制策略進(jìn)行了針對(duì)性的優(yōu)化，冷機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，維持發(fā)動(dòng)機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下，快速進(jìn)入催化器起燃，直到達(dá)到催化器起燃標(biāo)志位置位后退出，進(jìn)入發(fā)電給電池包充電工況，如圖3所示。

4.2整車(chē)層面

基于油耗要求，對(duì)風(fēng)阻、滾阻及內(nèi)阻等進(jìn)行了針對(duì)性的優(yōu)化，進(jìn)行了多輪WLTC工況測(cè)試驗(yàn)證，結(jié)果如表3所示。

5整改后效果

a.根據(jù)GB 18352.6-2016《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》，WLTC工況下的排放及油耗，均達(dá)到了工程目標(biāo)開(kāi)發(fā)要求。

b.配合整車(chē)其他動(dòng)力駕駛性?xún)?yōu)化措施（例如內(nèi)阻優(yōu)化、傳動(dòng)效率優(yōu)化、滾阻優(yōu)化、熱管理優(yōu)化等），此次整改的控制策略，對(duì)動(dòng)力駕駛性進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，達(dá)到了開(kāi)發(fā)目標(biāo)要求，如表4所示。

6結(jié)語(yǔ)

降油耗及降排放是個(gè)永恒的課題。本文以公司在研重點(diǎn)某HEV車(chē)型為基準(zhǔn)，基于HEV動(dòng)力特性，結(jié)合國(guó)六相關(guān)排放及油耗法規(guī)的要求，研究了WLTC工況下兼顧油耗的同時(shí)，顯著提升車(chē)輛排放質(zhì)量的開(kāi)發(fā)方法，經(jīng)過(guò)多輪WLTC工況驗(yàn)證，質(zhì)量可靠。同時(shí)基于此架構(gòu)的降低油電混車(chē)型油耗與排放的啟動(dòng)控制策略研究成果，可用于指導(dǎo)后續(xù)HEV及PHEV開(kāi)發(fā)，具有顯著的性能優(yōu)勢(shì)，降低了客戶不滿及潛在的法規(guī)風(fēng)險(xiǎn)，提升了公司車(chē)型的核心競(jìng)爭(zhēng)力，助力公司增加汽車(chē)的銷(xiāo)量。