豐田普銳斯典型工況測試及控制策略分析

孫遠(yuǎn)濤，張金柱，王云龍，范德會，朱榮福

（黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150050）

隨著世界能源的日益枯竭及汽車保有量的急劇增長，導(dǎo)致各國的能源危機不斷加深、氣候環(huán)境不斷惡化。解決能源短缺、環(huán)境污染這兩大問題已成為當(dāng)今世界各國的首要任務(wù)。由于混合動力汽車同時具備傳統(tǒng)汽車的續(xù)駛里程長、燃料補給快捷以及純電動汽車具有的節(jié)能、低排等優(yōu)點，現(xiàn)已成為目前最具可行性、可操作性的節(jié)能環(huán)保型汽車，并引領(lǐng)汽車技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。豐田普銳斯是世界上最早商業(yè)化生產(chǎn)的混合動力汽車，目前，也是世界上最成功的混合動力車型之一。因此，對其典型工況運行模式進(jìn)行測試及控制策略研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 普銳斯典型工況實驗內(nèi)容及測試條件

1.1 實驗內(nèi)容

本測試對普銳斯汽車（第二代）在車輛起步、加速、勻速及減速滑行等典型工況進(jìn)行測試，并根據(jù)每個工況的特點進(jìn)行不同情況下的測試。

起步工況按照SOC值偏低（60%以下）、SOC值較高（60%以上）兩種狀態(tài)進(jìn)行測試。加速工況按照全油門加速工況測試，并根據(jù)SOC值偏低、較高兩種狀態(tài)進(jìn)行測試，加速區(qū)間為0～100km／h。勻速工況分別在SOC值偏低、較高兩種狀態(tài)下進(jìn)行，并以10km／h為速度間隔，10～80km／h速度為區(qū)間進(jìn)行測試。試驗過程中應(yīng)盡量保持速度穩(wěn)定，減速滑行工況采用D檔滑行狀態(tài)，滑行速度區(qū)間為60～30km／h。

在上述各工況的測試中主要觀察SOC值、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)電機（MG1）和電動機（MG2）的轉(zhuǎn)速及扭矩等參數(shù)的變化并記錄分析。

1.2 測試條件

本測試采用豐田普銳斯（第二代）車和豐田專用故障診斷儀進(jìn)行測試，主要對環(huán)境條件、道路要求等方面按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行如下測試。

1）環(huán)境條件為:晴天，微風(fēng)，室外氣溫20℃左右；

2）道路條件為:干燥的瀝青路面，在測量區(qū)和加速區(qū)后200m的縱向坡度不超過0.5%。加速區(qū)的縱向坡度不超過4%，測量區(qū)的橫向坡度不超過3%。

2 普銳斯典型工況模式測試及控制策略分析

試驗前將豐田專用故障診斷儀（即Intelligent Tester 2）連接到普銳斯的數(shù)據(jù)鏈路連接器上，再將點火開關(guān)轉(zhuǎn)到ON，然后按下“自動”或“手動”模式，進(jìn)入檢測模式。選擇的檢測項目主要包括:SOC值，車速，MG1輸出扭矩及MG2輸出扭矩等參數(shù)。進(jìn)入相關(guān)工況的檢測狀態(tài)，進(jìn)行測試，測試狀態(tài)中的普銳斯車和測試儀器如圖1所示。

圖1 測試中所采用的普銳斯車和測試儀器

2.1 車輛起步工況

2.1.1 SOC值在60%以下時的起步工況

混合動力控制系統(tǒng)記錄了車輛起步工況時SOC值在60%以下的發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)電機（MG1）轉(zhuǎn)速和扭矩、電動機（MG2）轉(zhuǎn)速和扭矩以及SOC值隨時間的變化情況（以上6個參數(shù)簡稱為各參數(shù)，下同），測試時間是從起車后的10.9s到23.2s，各參數(shù)隨時間的變化情況如圖2所示。

圖2 車輛起步工況（SOC值偏低）各參數(shù)變化情況

從圖2可看出:SOC值隨時間變化緩慢增加；MG1輸出負(fù)扭矩；在MG2工作時，先輸出正扭矩，再輸出負(fù)扭矩；發(fā)動機啟動并工作。由此可得出此時的控制策略為:發(fā)動機工作并帶動MG1工作為動力蓄電池充電，MG2作為輔助動力驅(qū)動車輛運行。

2.1.2 SOC值在60%以上時的起步工況

測試時間是從起車后的8.8s到14.7s，各參數(shù)隨時間變化情況如圖3所示。

從圖3可以看出:SOC值隨時間變化略有增加；MG1輸出負(fù)扭矩；當(dāng)MG2工作時，先輸出正扭矩，再輸出負(fù)扭矩；車輛啟動一段時間后發(fā)動機再啟動并工作。由此可得出此時的控制策略:MG2先單獨驅(qū)動車輛，之后發(fā)動機工作且?guī)覯G1工作，并為動力蓄電池充電。

圖3 車輛起步工況（SOC值偏高）各參數(shù)變化情況

2.2 加速行駛工況

測試全油門加速工況下的各參數(shù)值。

2.2.1 SOC值在60%以下時的行駛工況

測試車輛在0～100km／h時的加速時間及各參數(shù)隨時間的變化情況，加速時間一般為從起車后的11.1s到22.7s，各參數(shù)隨時間變化情況如圖4所示。

圖4 車輛加速工況（SOC值中等）各參數(shù)變化情況

從圖4可看出:SOC值隨時間變化而略有減??；MG1輸出負(fù)扭矩；MG2輸出正扭矩，并逐漸減??；發(fā)動機啟動并工作。由此可得出此時的控制策略:MG2和發(fā)動機作為動力源同時工作，并且發(fā)動機的輸出動力只用于驅(qū)動車輛。

2.2.2 SOC值在60%以上時的行駛工況

測試車輛在0～100km／h時的加速時間及各參數(shù)隨時間的變化情況，加速時間一般為從起車后的10.8s到22.5s，各參數(shù)隨時間變化情況如圖5所示。

圖5 車輛加速工況（SOC值偏高）各參數(shù)變化情況

從圖5可看出:各參數(shù)值與SOC值在60%以下時的變化趨勢相同，因此，控制策略也相同。

2.3 勻速工況

2.3.1 SOC值在60%以下的勻速工況

選擇10km／h，20km／h，30km／h，…，70km／h工況，觀察各參數(shù)值的變化，如圖6所示。

從圖6可以看出:SOC值先略有增大后略有減??；MG1輸出負(fù)扭矩；MG2輸出負(fù)扭矩；發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速先減小再有較大幅度的增大。由此，可得出此時的控制策略:發(fā)動機先以低速運轉(zhuǎn)且?guī)覯G1工作為動力蓄電池充電，再以高速運轉(zhuǎn)輸出動力，MG2作為發(fā)電機工作為動力蓄電池充電。

圖6 車輛勻速工況（SOC值偏低）各參數(shù)變化情況

2.3.2 SOC值在60%以上的勻速工況

選擇10km／h，20km／h，30km／h，…，90km／h工況，觀察各參數(shù)值變化，如圖7所示。

圖7 車輛勻速工況（SOC值偏高）各參數(shù)變化情況

從圖7可看出:SOC值先略有減小，然后增大；MG1剛開始不工作，之后啟動并輸出負(fù)扭矩；MG2工作先輸出正扭矩，再輸出負(fù)扭矩；發(fā)動機先不工作，之后啟動并工作。由此可得出此時的控制策略:車輛運行之初動力源只有MG2，運行一段時間后發(fā)動機啟動并工作，且?guī)覯G1工作為動力蓄電池充電。

2.4 滑行工況

采用D檔滑行，滑行速度為60～30km／h，觀察各參數(shù)變化，如圖8所示。

2.4.1 SOC值在60%以下的滑行工況

從圖8可看出:SOC值小幅度增加；MG1不輸出扭矩；MG2工作并輸出負(fù)扭矩；發(fā)動機不工作。由此可得出此時的控制策略:發(fā)動機不工作，MG2作為發(fā)電機工作并為動力蓄電池充電。

圖8 車輛滑行工況（SOC值中等偏下）各參數(shù)變化情況

2.4.2 SOC值在60%以上的滑行工況

從圖9可看出:各參數(shù)值與SOC值在60%以下時的變化趨勢相同，因此，控制策略也相同。

3 結(jié) 論

通過測試豐田普銳斯在各典型工況下的工作狀態(tài)，得出SOC值在高、低兩種狀態(tài)下對各動力總成的控制策略:

1）在起步和勻速兩種工況下，兩種動力源都是有條件的參與工作；

圖9 車輛滑行工況（SOC值偏高）各參數(shù)變化情況

2）在加速工況下，兩種動力源同時工作；

3）在滑行工況下，發(fā)動機不工作，MG2作為發(fā)電機工作。

通過對普銳斯典型驅(qū)動工況的測試，不僅對研究普銳斯復(fù)雜的動力總成工作規(guī)律具有很好的參考價值，也對研究成熟的混聯(lián)式混合動力汽車的控制策略具有重要意義。

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