插電式四驅(qū)強(qiáng)混汽車整車控制策略開發(fā)

肖 巖，何 彬

（奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司，蕪湖 241002）

插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)作為新的混合動(dòng)力系統(tǒng)的研究方向，越來越多汽車公司在發(fā)展混合動(dòng)力汽車與電動(dòng)車之際，都會(huì)將插電式系統(tǒng)考慮進(jìn)去，基于混合動(dòng)力技術(shù)和純電動(dòng)技術(shù)的插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)已呈趨勢。

豐田普銳斯 Prius于1997年10月底問世，是世界上最早實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車，采用了基于行星齒輪機(jī)構(gòu)的強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)THS。插電式普銳斯基于第三代豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了局部改進(jìn)設(shè)計(jì)，在JC08日本工況下的純電動(dòng)行駛里程為23.4公里，能涵蓋日本人50%每天行駛距離的要求。通用汽車公司于2010年11月正式量產(chǎn)增程式電動(dòng)汽車Volt，該車采用行星齒輪機(jī)構(gòu)加三個(gè)離合器的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，純電動(dòng)行駛里程為64公里，能涵蓋美國人75%每天行駛距離的要求。

本文所描述的控制策略是基于奇瑞已有的ISG、AMT和電驅(qū)技術(shù)而開發(fā)的四驅(qū)強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1系統(tǒng)方案

汽車前輪由ISG （Integrated Starter and Generator）電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸耦合組成動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，后輪由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電子后橋驅(qū)動(dòng)。兩套動(dòng)力系統(tǒng)可根據(jù)不同工況單獨(dú)或同時(shí)工作，以取得良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。車載高性能鋰電池作為電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，電池可由車載的發(fā)電機(jī)充電，也可外接220伏電源充電。具體參見圖1的四驅(qū)強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

整車各附件系統(tǒng)采用電動(dòng)化部件，包括電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS、電動(dòng)制動(dòng)助力真空泵等。車輛配備ESP電子穩(wěn)定性系統(tǒng)。

經(jīng)濟(jì)性方面有以下三點(diǎn)優(yōu)勢：純電動(dòng)模式不需要電動(dòng)油泵，AMT傳動(dòng)效率高；低速串聯(lián)模式，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)暖機(jī)過程或優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)；高速驅(qū)動(dòng)電機(jī)可斷開，減少摩擦、弱磁損耗。

動(dòng)力性方面有以下兩點(diǎn)優(yōu)勢：發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG、驅(qū)動(dòng)電機(jī)三者驅(qū)動(dòng)力可疊加，雙電機(jī)之間不存在電功率循環(huán)，車輛加速性能好；可實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)，提高車輛在低附著路面上的通過能力。

1.2 系統(tǒng)關(guān)鍵零部件

四驅(qū)強(qiáng)混合動(dòng)力車輛的結(jié)構(gòu)，前驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)同軸組成，裝載AMT手自一體變速器系統(tǒng)。ISG電機(jī)控制器結(jié)合逆變器一起完成對ISG電機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)ISG模式控制、扭矩輸出和速度控制等多種功能。

EMS（Engine Management System）實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的管理，完成發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油點(diǎn)火、電子節(jié)氣門、扭矩輸出等的控制。在強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)中EMS不控制發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)輸出扭矩，而是作為子系統(tǒng)之一響應(yīng)混合動(dòng)力控制器HCU （Hybrid Control Unit）的扭矩需求指令及自動(dòng)停機(jī)功能。發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)則是通過ISG電機(jī)啟動(dòng)，具有響應(yīng)速度快、啟動(dòng)噪音低等優(yōu)點(diǎn)。

后驅(qū)系統(tǒng)為一功率較大的驅(qū)動(dòng)電機(jī)TM（Traction Motor），裝載集成減速器與差速器的電子后橋系統(tǒng)，電子后橋的結(jié)合與斷開都可由HCU完成管理。驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器結(jié)合逆變器完成對后驅(qū)系統(tǒng)TM控制，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩輸出、模式控制等功能。

高壓動(dòng)力電池為ISG電機(jī)與后驅(qū)電機(jī)的動(dòng)力源，且經(jīng)過DCDC轉(zhuǎn)換器后還承擔(dān)了對低壓蓄電池和整車低壓電氣系統(tǒng)的負(fù)載能力。BMS（Battery Management System）承擔(dān)對動(dòng)力電池的管理，稱之為動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，BMS通過采集動(dòng)力電池的模組電壓、電流、溫度等信息并用大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)做校正計(jì)算動(dòng)力電池的 SOC（State of Charge）、SOH（State of Health）及最大（?。┰试S放電電流等信息，并將這些信息發(fā)送至整車CAN網(wǎng)絡(luò)中。

車載充電機(jī)（Charger）可完成對動(dòng)力電池的外接充電功能，且在充電過程中充電機(jī)與BMS進(jìn)行信息交互，確保充電過程安全可靠。

TCU是專門控制AMT機(jī)構(gòu)進(jìn)行選換擋動(dòng)作的控制器，且選換擋控制指令則由混合動(dòng)力控制器HCU負(fù)責(zé)發(fā)送。在此強(qiáng)混合動(dòng)力控制系統(tǒng)中TCU并不對排擋桿位置進(jìn)行采集，其采集油壓、選換擋位置并結(jié)合前軸等效電子油門踏板開度、制動(dòng)踏板等信息實(shí)現(xiàn)選換擋。

車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)ESP（Electronic Stability Program）通過采集輪速、方向盤轉(zhuǎn)角、加速度等信息實(shí)現(xiàn)對車輛的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性監(jiān)測，并實(shí)時(shí)向HCU發(fā)送最大許可安全扭矩，確保車輛在各種工況下驅(qū)動(dòng)扭矩與再生制動(dòng)扭矩在合理安全的范圍內(nèi)，進(jìn)而保證車輛行駛安全。

混合動(dòng)力控制器HCU是四驅(qū)強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)的核心，HCU 通過 CAN（Controller Area Network）網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與 TM 控制器、ISG 控制器、BMS、TCU、EMS、ESP等節(jié)點(diǎn)的連接與信息交互，并可實(shí)現(xiàn)對油門踏板、制動(dòng)踏板位置、排擋桿位置、制動(dòng)真空壓力等信息的采集，綜合各節(jié)點(diǎn)的信息控制車輛工作在合理的工作模式，將扭矩指令與工作模式通過CAN發(fā)給ISG、TM、EMS等扭矩執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行。

HCU同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)對整車附件系統(tǒng)的管理，比如根據(jù)制動(dòng)真空壓力打開或關(guān)閉真空助力泵，幫助駕駛員實(shí)現(xiàn)有效且輕松的剎車動(dòng)作，根據(jù)ISG/TM電機(jī)溫度打開或關(guān)閉冷卻水泵和冷卻風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)對電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的冷卻，根據(jù)動(dòng)力電池模組溫度、單體電壓等信息計(jì)算動(dòng)力電池最大（小）充放電功率等。

1.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

由于強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電控節(jié)點(diǎn)也較多，全部在一條CAN網(wǎng)絡(luò)上會(huì)造成CAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率過高，因此有必要設(shè)計(jì)兩條CAN網(wǎng)絡(luò)分別搭載網(wǎng)絡(luò)信息，且以HCU為轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)。混合動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)如 HCU/BMS/ISG/TM/充電機(jī)/均衡器/EPS（Electronic Power Steering）可以搭載在 CAN1，EMS/ESP/TCU/儀表及車身控制器可以搭載在CAN2，這樣既可靠，又方便了信息交互。

2 系統(tǒng)功能

2.1 功能概述

此系統(tǒng)可以有效的實(shí)現(xiàn)智能四輪驅(qū)動(dòng)、純電力驅(qū)動(dòng)及其常規(guī)混合動(dòng)力的串、并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)方式，并在各驅(qū)動(dòng)模式下智能分配再生制動(dòng)扭矩來實(shí)現(xiàn)能量的回收。系統(tǒng)控制策略施行分層化控制，由混合動(dòng)力控制器HCU來協(xié)調(diào)控制各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。整車控制主要功能如下：

1）高壓系統(tǒng)上下電管理；

2）駕駛員需求扭矩解析；

3）扭矩平滑；

4）車輛驅(qū)動(dòng)模式判定；

5）扭矩分配；

6）換擋控制；

7）電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過溫、過壓、過流、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)策略；

8）在線故障診斷；

9）扭矩安全監(jiān)控。

2.2 高壓系統(tǒng)上下電管理

高壓系統(tǒng)繼電器分布分為主正、主負(fù)和預(yù)充繼電器，即吸合時(shí)先吸合預(yù)充和主負(fù)繼電器，待預(yù)充電阻端電壓達(dá)到一定值時(shí)，吸合主正繼電器，斷開預(yù)充繼電器，完成高壓系統(tǒng)上電。下電過程則是先卸載，再斷開主負(fù)和主正繼電器。

上下電管理可從以下三方面來考慮控制策略；第一是高壓系統(tǒng)正常狀態(tài)下的上下電時(shí)序管理。正常狀態(tài)下初始化時(shí)對高壓系統(tǒng)安全監(jiān)測和對預(yù)充電繼電器診斷完成，下電前先完成對高壓系統(tǒng)的卸載，防止主繼電器粘連；第二是對高壓電池故障、碰撞狀態(tài)下管理，整車發(fā)生碰撞后，軟件先進(jìn)行保護(hù)和硬件延時(shí)斷開機(jī)制；第三是須考慮極端情況下的高壓主動(dòng)放電功能。

2.3 駕駛員需求扭矩解析

駕駛員需求扭矩是一些扭矩需求的合集，其中包含了從電子油門踏板位置解析的駕駛員需求扭矩、自動(dòng)爬行需求扭矩、制動(dòng)回收需求扭矩、自動(dòng)巡航需求扭矩及ESP所提供的限制需求扭矩，這些需求扭矩最終經(jīng)過仲裁后得到輪上需求扭矩。

2.3.1 駕駛員需求扭矩管理

此扭矩解釋是根據(jù)加速踏板位置、車速、系統(tǒng)最大扭矩能力確定，解析的扭矩即為當(dāng)前駕駛員所需求的整車車輪（軸）需求扭矩。如圖2三維表中所示，由車速、油門開度查表得到的軸上需求扭矩，同時(shí)要保證最終扭矩的輸出符合踏板感覺（Pedal Feeling）。

2.3.2 自動(dòng)爬行需求扭矩管理

自動(dòng)爬行控制（Creep）功能是在駕駛員不踩制動(dòng)踏板，不踩油門踏板且在驅(qū)動(dòng)擋的條件下，由后驅(qū)電機(jī)模擬帶液力變矩器自動(dòng)變速器車輛提供較低的驅(qū)動(dòng)扭矩供車輛在低速條件下行駛，提高城市擁堵路面等條件下的駕駛舒適性。

Creep的控制策略可以對后驅(qū)電機(jī)輸出扭矩進(jìn)行開環(huán)控制，對電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)行速度閉環(huán)控制，并能根據(jù)油門踏板開度和車速抵消Creep扭矩。Creep最終需求的扭矩計(jì)算是由電機(jī)反饋扭矩、坡道阻力矩、加速度阻力矩之和組成。

2.3.3 制動(dòng)回收需求扭矩管理

圖3給出了串行模式時(shí)回收力矩與液壓制動(dòng)區(qū)域劃分的示意，強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)前ISG與后TM電機(jī)可同時(shí)或分開進(jìn)行制動(dòng)能量回收，回收效率較高，可有效提高整車經(jīng)濟(jì)性。

ESP解釋制動(dòng)扭矩需求，HCU確定電機(jī)制動(dòng)扭矩限制值，電機(jī)控制器進(jìn)行再生制動(dòng)扭矩的控制，且ESP根據(jù)電機(jī)實(shí)際制動(dòng)扭矩和總制動(dòng)扭矩需求，調(diào)節(jié)液壓制動(dòng)力。

2.4 扭矩平滑

扭矩平滑是對ISG、TM和發(fā)動(dòng)機(jī)三個(gè)扭矩輸出機(jī)構(gòu)的平滑，常規(guī)的IIR濾波算法對處理單動(dòng)力源的車型比較有利，但是在強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)的車輛上必須開發(fā)主動(dòng)減振控制方法，減小前后驅(qū)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振、齒輪間隙及發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，特別是在車輛起步、急加速、急減速等過渡工況。

如圖4所示，主動(dòng)減振控制是將扭矩平滑區(qū)域劃分為前進(jìn)、倒擋和回收制動(dòng)三個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)對扭矩的上升和下降分別做平滑。

2.5 車輛驅(qū)動(dòng)模式判定

車輛驅(qū)動(dòng)模式按照駕駛員需求、整車運(yùn)行狀態(tài)及電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最大提供的扭矩綜合進(jìn)行劃分，從初始化模式開始分為如下四種控制模式：

1）純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式（EV）

由TM單獨(dú)提供扭矩輸出，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)，前軸傳統(tǒng)系統(tǒng)保持在空擋位置不參與驅(qū)動(dòng)。

2）串聯(lián)混合動(dòng)力模式（Series）

HCU控制ISG啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行暖機(jī)，帶動(dòng)ISG電機(jī)給動(dòng)力電池充電，充電量既可以用于后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)整車，也可以將能量存儲在動(dòng)力電池中。發(fā)動(dòng)機(jī)雖然運(yùn)行但是前軸TCU控制AMT系統(tǒng)保持在空擋位置，前軸不參與驅(qū)動(dòng)。

3）并聯(lián)混合動(dòng)力模式（Parallel）

發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并帶動(dòng)ISG電機(jī)驅(qū)動(dòng)整車，后輪純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)閉，AMT系統(tǒng)根據(jù)車速和當(dāng)前油門開度掛入合適的檔位參與驅(qū)動(dòng)。

4）四驅(qū)混合動(dòng)力模式（4WD）

駕駛員需求或者低速大油門時(shí)，車輛智能進(jìn)入四驅(qū)控制模式，前軸發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)扭矩，HCU會(huì)將前軸發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG的輸出扭矩累加后等效的油門踏板開度發(fā)送至TCU，TCU控制AMT系統(tǒng)結(jié)合合適的檔位。后軸TM電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)扭矩，由電子后橋?qū)嵤┳兯俨?dòng)后軸驅(qū)動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)，車輛完全處于四輪驅(qū)動(dòng)模式。整個(gè)過程中ESP全程參與并提供實(shí)施監(jiān)測。車輛退出四驅(qū)模式優(yōu)先進(jìn)入并聯(lián)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式。

與此同時(shí)，HCU根據(jù)動(dòng)力電池SOC的剩余量進(jìn)行劃分能量消耗Charge Sustaining（CS）和能量保持Charge Depleting（CD）階段。圖5和圖6分別給出了電力驅(qū)動(dòng)模式和混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式下的SOC與里程關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)的開啟和關(guān)閉是為了保持動(dòng)力電池電量平衡。

車輛在不同的模式切換之間，HCU結(jié)合當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、駕駛艙車門、引擎蓋是否關(guān)閉等信息決定發(fā)動(dòng)機(jī)的啟停。例如當(dāng)車輛由Series或Parallel驅(qū)動(dòng)模式切換至EV模式時(shí)，若上述條件都滿足，HCU會(huì)在進(jìn)入EV模式之前就發(fā)送停機(jī)指令給EMS，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)完成后車輛驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)入EV，反之亦然。

2.6 扭矩分配

為了提高車輛燃油經(jīng)濟(jì)性，扭矩分配需要考慮的因素也日益增多，目前大致可分為如下幾種：

1）電池充放電優(yōu)化區(qū)域；

2）電機(jī)效率優(yōu)化區(qū)域；

3）發(fā)動(dòng)機(jī)最佳油耗工作區(qū)域；

4）系統(tǒng)儲備扭矩、修正因素；

5）各關(guān)鍵部件工作邊界限制；

6）發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)油耗優(yōu)化。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的扭矩能力應(yīng)加入多重條件限制，如系統(tǒng)保護(hù)扭矩限制、ISG/TM驅(qū)動(dòng)能力限制、故障扭矩限制及動(dòng)力電池能力扭矩限制。發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)、TM電機(jī)的最終扭矩協(xié)調(diào)加入ESP、AMT換擋扭矩限制等。安全監(jiān)控扭矩限制則被放置在最后一個(gè)層次，從而形成了三重扭矩限制，確保了發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG、TM的扭矩輸出都在安全可控的范圍內(nèi)。

2.7 換擋控制

換擋控制主要是指HCU與TCU協(xié)調(diào)控制AMT系統(tǒng)的策略，該策略包含如下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

2.7.1 換擋中斷扭矩補(bǔ)償

AMT的換擋過程中前軸發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力會(huì)中斷，而且發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩恢復(fù)時(shí)間慢，影響駕駛感覺，可以使用后驅(qū)電機(jī)進(jìn)行扭矩補(bǔ)償。后驅(qū)電機(jī)補(bǔ)償扭矩應(yīng)是扭矩需求和車速的函數(shù)，AMT檔位結(jié)合后發(fā)動(dòng)機(jī)增扭過程中，該補(bǔ)償扭矩逐步衰減。4WD模式下，后驅(qū)電機(jī)扭矩不補(bǔ)償前軸換擋動(dòng)力中斷扭矩。

2.7.2 發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器轉(zhuǎn)速同步

AMT機(jī)構(gòu)換擋完成后，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與離合器轉(zhuǎn)速是不同步的，傳統(tǒng)方法是控制發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩上升并抬高轉(zhuǎn)速使之同步，而強(qiáng)混汽車則可通過控制ISG電機(jī)進(jìn)入速度控制模式，可快速將發(fā)動(dòng)機(jī)拖至換擋前離合器工作轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)二者的速度快速同步，提高換擋舒適性并降低換擋沖擊。

2.7.3 前軸等效油門位置

Charge Sustaining模式下即加速踏板位置，Charge Depleting模式下，為加速踏板位置減去后軸等效油門位置。后軸等效油門位置一般為車速的函數(shù)，需考慮后驅(qū)系統(tǒng)斷開、后驅(qū)系統(tǒng)功率大幅受限和后驅(qū)故障等多重情況下的等效油門位置。

2.7.4 擋位請求

后驅(qū)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)需向TCU發(fā)送空擋請求，前軸驅(qū)動(dòng)時(shí)需根據(jù)當(dāng)前駕駛員操作排擋的動(dòng)作向TCU發(fā)送R/D/B請求。前軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，HCU發(fā)送B（Brake）檔請求給TCU時(shí)由TCU控制AMT系統(tǒng)掛低速擋，滿足爬（下）坡和制動(dòng)需求。

2.7.5 TCU扭矩限制

HCU應(yīng)響應(yīng)TCU的換擋增減扭矩需求，并將該需求發(fā)給EMS執(zhí)行，極限情況須快速響應(yīng)TCU的限制扭矩請求，保護(hù)AMT換擋機(jī)構(gòu)。

2.8 系統(tǒng)保護(hù)策略

系統(tǒng)保護(hù)涵蓋了對整車關(guān)鍵系統(tǒng)的保護(hù)，比如對動(dòng)力電池的保護(hù)、對電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)、對發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)保護(hù)和對傳動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)，主要的保護(hù)策略都集成在HCU內(nèi)。

動(dòng)力電池保護(hù)指保護(hù)動(dòng)力電池不能被過充、過放、過壓、欠壓、過溫、低溫等的保護(hù)，高層次的保護(hù)還涵蓋對動(dòng)力電池碰撞和絕緣保護(hù)等。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)包括前ISG電機(jī)和后TM電機(jī)的溫度限制、電壓限制、瞬時(shí)功率限制、堵轉(zhuǎn)保護(hù)等。

對發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)保護(hù)則指在不同冷卻水溫下對發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩進(jìn)行限制。

傳動(dòng)系統(tǒng)保護(hù)則是對AMT換擋機(jī)構(gòu)和離合器進(jìn)行保護(hù)，不能頻繁的進(jìn)行換擋，且不能在較大扭矩時(shí)強(qiáng)制離合器結(jié)合，避免離合器盤燒毀。

2.9 在線故障診斷

強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)的在線診斷系統(tǒng)應(yīng)該涵蓋對發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)、TM電機(jī)、AMT系統(tǒng)、DCDC轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、車身附件系統(tǒng)（真空泵、冷卻水泵、冷卻風(fēng)扇、電子油門踏板、制動(dòng)踏板、排擋、儀表）等系統(tǒng)的全面故障診斷與存儲。當(dāng)HCU探測并確認(rèn)系統(tǒng)確實(shí)存在故障時(shí)，則點(diǎn)亮儀表上的故障報(bào)警燈提示駕駛員。

由于系統(tǒng)帶了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和純電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因此強(qiáng)混合動(dòng)力系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)的EOBD的診斷可能要區(qū)別于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，具體的診斷策略EMS應(yīng)結(jié)合車輛驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行修改。

控制策略需要研究的是對故障形成的機(jī)理、故障原因、故障部件、故障的探測方法、故障發(fā)生后的快速響應(yīng)機(jī)制等內(nèi)容，底層軟件則重點(diǎn)開發(fā)故障累加、故障信息顯示、故障數(shù)據(jù)傳輸、故障存儲和清除機(jī)制。

2.10 扭矩安全監(jiān)控

強(qiáng)混合動(dòng)力的扭矩安全可以在HCU內(nèi)增加安全監(jiān)控芯片對電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的扭矩進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的扭矩監(jiān)測可通過在HCU控制策略里增加監(jiān)控算法與EMS協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)。安全芯片從CAN網(wǎng)絡(luò)中接收電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電流、電壓、扭矩等數(shù)據(jù)，從ESP接收車速信息，并單獨(dú)對油門和電流進(jìn)行采集處理，若CAN系統(tǒng)無故障即用硬件采集的數(shù)據(jù)，若硬件采集出現(xiàn)故障即用CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。

如圖7所示，HCU里的算法為A，安全芯片內(nèi)的算法為B，當(dāng)二者之差大于一定值，安全芯片切斷HCU外發(fā)的CAN數(shù)據(jù)并切斷對電驅(qū)系統(tǒng)的使能。

3 試驗(yàn)結(jié)果

本文提出的插電式四驅(qū)強(qiáng)混整車控制策略已在奇瑞自主開發(fā)的整車控制器上得以實(shí)現(xiàn)，并完成了在整車仿真平臺上的仿真驗(yàn)證和在插電式混合動(dòng)力樣車上的試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.1 試驗(yàn)工況

控制策略在歐3/4排放標(biāo)準(zhǔn)的一型試驗(yàn)工況NEDC下運(yùn)行，該工況由4個(gè)ECE循環(huán)和一個(gè)EUDC循環(huán)組成。圖8為整車測試臺架上的車速數(shù)據(jù)。

3.2 ECE工況TM扭矩與車速關(guān)系

ECE工況駕駛員需求扭矩較低，TM能夠滿足扭矩輸出要求，驅(qū)動(dòng)模式為純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，見圖9。

3.3 ECE制動(dòng)回收經(jīng)濟(jì)性分析

對于制動(dòng)能量回饋系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的評價(jià)，本文提出一種基于循環(huán)工況的 “經(jīng)濟(jì)性貢獻(xiàn)率δ”評價(jià)指標(biāo)，以其作為制動(dòng)能量回饋對整車經(jīng)濟(jì)性改善的評價(jià)方式，其計(jì)算公式如下：

式中：Ereg為母線處的制動(dòng)回收的能量；Edrive為母線處在驅(qū)動(dòng)過程消耗的能量；ηcharge為電池的充電效率；ηdischarge為電池的放電效率。充放電效率各取90%得出下表中再生制動(dòng)對經(jīng)濟(jì)性的貢獻(xiàn)率。制動(dòng)能量回饋在ECE工況下對整車的平均經(jīng)濟(jì)性貢獻(xiàn)率δ達(dá)到 27.33%，相比并行回收制動(dòng)模式，經(jīng)濟(jì)性有明顯改善。

表1 ECE純電動(dòng)并行回收制動(dòng)經(jīng)濟(jì)性分析表

3.4 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)與ISG扭矩關(guān)系

EUDC下油門需求較大，系統(tǒng)進(jìn)入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式，由發(fā)動(dòng)機(jī)與ISG共同驅(qū)動(dòng)車輛，同時(shí)ISG電機(jī)在松開油門或制動(dòng)時(shí)進(jìn)行能量回收，見圖10。

3.5 自動(dòng)爬行控制

圖11中的TM驅(qū)動(dòng)扭矩，正向扭矩表示前進(jìn)，反之則為倒退，系統(tǒng)根據(jù)車速使用PID算法自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)扭矩大小。

3.6 AMT換擋扭矩輔助

AMT系統(tǒng)在換擋時(shí)要求發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力中斷，HCU請求TM電機(jī)給予換擋扭矩補(bǔ)償，增加換擋舒適性，如圖12所示。

3.7 主動(dòng)減震控制

圖13為加入主動(dòng)減震控制前后的電機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)速對比，可見該算法對消除振動(dòng)非常行之有效。

4 結(jié)論

本文是對插電式四驅(qū)強(qiáng)混汽車的控制策略進(jìn)行了詳細(xì)功能劃分并提出設(shè)計(jì)思想，并經(jīng)過仿真驗(yàn)證初步達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

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