P2 架構(gòu)混合動(dòng)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(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

1 引言

隨著國(guó)家對(duì)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(dòng)汽車和油/電混合動(dòng)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(shí)世界汽車將擺脫依靠石油能源的時(shí)代，進(jìn)入單一的新能源汽車時(shí)代。

順應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需求，滿足法律法規(guī)要求，從企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展需要考慮，通過對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)外混動(dòng)汽車技術(shù)，自主研發(fā)P2構(gòu)架混動(dòng)動(dòng)力控制系統(tǒng)，此版軟件策略開發(fā)已完成臺(tái)架演示階段驗(yàn)證，整機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能滿足新法規(guī)要求，策略符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。此項(xiàng)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(jí)奠定了基石。

1.1 P2 構(gòu)架混合動(dòng)力

本項(xiàng)目基于公司成熟發(fā)動(dòng)機(jī)4G15T 與六檔自動(dòng)變速器開發(fā)混合動(dòng)力系統(tǒng)，系統(tǒng)基本信息如圖1 所示，動(dòng)力系統(tǒng)主要由 1.5T 發(fā)動(dòng)機(jī)、6AT 與 ISG 電機(jī)組成，發(fā)動(dòng)機(jī)與ISG 之間采用離合裝置K0 連接，屬于典型的 P2 混合動(dòng)力系統(tǒng)。該動(dòng)力系統(tǒng)提供自動(dòng)、純電、電量保持、手動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)示意圖

1.2 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

控制器節(jié)點(diǎn)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(jì)框架如圖2 所示。

動(dòng)力CAN 網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)HCU 與MCU、BMS、EMS、OPU 控制器間信息交互。

傳動(dòng)CAN 網(wǎng)絡(luò)主要由于TCU 使用的是傳統(tǒng)汽油機(jī)動(dòng)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(shí)現(xiàn)TCU 與HCU 信息交互。

儀表CAN 網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)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(shí)現(xiàn)BMS 與車載充電機(jī)信息交互。

圖2 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(cè)檔位信號(hào)、鑰匙開關(guān)信號(hào)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(cè)，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(dòng)力系統(tǒng)的工作狀態(tài)等，對(duì)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(shí)發(fā)送控制指令給執(zhí)行部件。整個(gè)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(hào)從ON 變?yōu)镺FF 或者致命故障需要下電時(shí)，需要按照一定順序執(zhí)行高壓下電流程，以防電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)燒毀空調(diào)等設(shè)備，整個(gè)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(dòng)踏板狀態(tài)、電機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、故障等級(jí)等整車狀態(tài)信息并結(jié)合項(xiàng)目中具體車輛，將整車狀態(tài)按工況分為5 種模式：停機(jī)模式、啟動(dòng)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(yùn)行模式控制

圖6 車輛運(yùn)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(yùn)行模式以滿足自身需求，本項(xiàng)目車輛運(yùn)行模式分為四種：①Auto 即自動(dòng)模式，為車輛默認(rèn)的運(yùn)行模式；②EV 即純電 模式；③Hold 即電量保持模式；④S/M 即手動(dòng)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(xiàng)目整車控制管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同工況下混動(dòng)系統(tǒng)起停、純電、助力、能量回收、純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等11 種混動(dòng)模式，各工況能量流模式如下圖7、8、9 所示：

圖7 待機(jī)工況能量流

圖8 驅(qū)動(dòng)行駛工況能量流

圖9 滑行制動(dòng)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(yùn)行模式下，采用不同的扭矩分配策略和SOC 控制策略。

本項(xiàng)目策略可實(shí)現(xiàn)純電模式、電量保持模式、手動(dòng)擋模式與自動(dòng)模式四種運(yùn)行模式，不同模式下電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)持續(xù)功率能力范圍內(nèi)均采用純電運(yùn)行即在電機(jī)外特性曲線范圍內(nèi)保持電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，因此能量模式只有M3； 當(dāng)SOC 降低至觸發(fā)低閥值時(shí)會(huì)自動(dòng)退出EV 模式，進(jìn)入AUTO 模式；在油門完全踩到底時(shí)，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(dòng)模式

待機(jī)工況：圍繞SOC 閥值，待機(jī)發(fā)電和發(fā)動(dòng)機(jī)怠速兩個(gè)能量流切換。

驅(qū)動(dòng)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?yàn)榧冸婒?qū)動(dòng)（M3）；駕駛員需求扭矩在粉色區(qū)域?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)（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(dòng)（M5）。

② 中等電量情況，駕駛員需求扭矩在藍(lán)色區(qū)域?yàn)榧冸婒?qū)動(dòng)（M3）、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)（M7)；駕駛員需求扭矩在灰色以及綠色區(qū)域?yàn)榛旌向?qū)動(dòng)（M5)，綠色曲線含義：混合驅(qū)動(dòng)（M5）受SOC 值減小的影響，電機(jī)逐步減小助力扭矩，當(dāng)SOC 降至低閥值，以發(fā)動(dòng)機(jī)外特性單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。

③ 低電量情況，由于SOC 閥值較低，此時(shí)為了提高充電速度，抬高發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電扭矩，如圖11 中發(fā)動(dòng)機(jī)高效扭矩線，此時(shí)無論駕駛需求扭矩在落在哪個(gè)區(qū)域，都會(huì)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)充電將SOC 拉高，從而執(zhí)行中等電量時(shí)的策略。

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

2.5.3 其他模式

手動(dòng)模式及電量保持模式在不同工況下能量流分配與自動(dòng)模式相同，即待機(jī)工況下，圍繞SOC 閥值，實(shí)現(xiàn)待機(jī)發(fā)電和發(fā)動(dòng)機(jī)怠速兩個(gè)能量流切換；其中手動(dòng)模式，因SM 模式下發(fā)動(dòng)機(jī)常運(yùn)轉(zhuǎn)，起步時(shí)能量流均為M3-1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速。驅(qū)動(dòng)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(dòng)工況，SOC 值低于過充保護(hù)閥值，制動(dòng)并進(jìn)行能量回收。

2.6 測(cè)試驗(yàn)證

圖14 測(cè)試驗(yàn)證數(shù)據(jù)分析圖

本項(xiàng)目策略設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了不同模式、不同工況條件下整機(jī)演示測(cè)試，通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析（如圖14），充分驗(yàn)證策略符合性。

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

表1 法規(guī)工況綜合油耗測(cè)試結(jié)果(12.3KWh 電池）

3 結(jié)論

P2 構(gòu)架混合動(dòng)力控制策略開發(fā)已經(jīng)通過演示驗(yàn)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(dòng)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(chǎng)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(zhǎng)點(diǎn)。