混合動(dòng)力車輛扭矩分配控制策略研究

吳光耀 周升輝 王春生 王帥 郭靖 陳聰

摘 要：混合動(dòng)力車輛的開發(fā)過(guò)程中，扭矩分配是扭矩控制的核心，而扭矩分配直接影響到車輛的保電性，經(jīng)濟(jì)性和加速性。文章以P0+P3+P4混合動(dòng)力架構(gòu)為例，詳細(xì)闡述了兩種不同扭矩分配策略的運(yùn)行模式，驗(yàn)證分析了這兩種扭矩分配策略在性能方面的優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：扭矩分配;保電性;經(jīng)濟(jì)性;加速性

中圖分類號(hào)：U469.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）10-115-03

Research on Torque Distribution Control Strategy of Hybrid Electric Vehicle

Wu Guangyao， Zhou Shenghui，?Wang Chunsheng， Wang Shuai， Guo Jing， Chen Cong

（BYD Automobile Industry Co.?Ltd.， Guangdong Shenzhen 518118）

Abstract：?In the process of hybrid electric vehicle development， torque distribution is the core of torque control， and torque distribution directly affects the vehicles electrical performance， economic performance and acceleration. Taking P0+P3+P4 hybrid vehicle architecture as an example， this paper expounds the operation modes of two different torque distribution strategies in detail， and verifies the advantages and disadvantages of these torque distribution strategies in terms of perfor?-mance.

Keywords： Torque distribution; Electrical performance; Economic performance; Acceleration

CLC NO.： U469.7 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）10-115-03

前言

在混合動(dòng)力車型的開發(fā)過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外各大汽車公司根據(jù)市場(chǎng)定位、技術(shù)路線的不同，推出了多種不同布置架構(gòu)的混合動(dòng)力車型，混合動(dòng)力全時(shí)四驅(qū)P0+P3+P4架構(gòu)是最近應(yīng)用較多的車型，這種架構(gòu)既滿足了動(dòng)力性的要求，同時(shí)也具有良好的經(jīng)濟(jì)性和操作性能。本文針對(duì)此架構(gòu)的混合動(dòng)力車輛，開發(fā)出發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先驅(qū)動(dòng)和電機(jī)優(yōu)先驅(qū)動(dòng)兩種不同的扭矩分配策略，同時(shí)驗(yàn)證了其經(jīng)濟(jì)性、保電性和加速性的優(yōu)劣。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先驅(qū)動(dòng)策略

1.1 純電模式驅(qū)動(dòng)

駕駛員需求扭矩來(lái)自于油門深度和車速，在純電模式下，由前后電機(jī)承擔(dān)驅(qū)動(dòng)任務(wù)。在車輛起步階段，30km/h以下前后電機(jī)各承擔(dān)50%的驅(qū)動(dòng)扭矩分配比例;50km/h以上后電機(jī)承擔(dān)90%的驅(qū)動(dòng)扭矩，30km/h到50km/h車速段，后電機(jī)分配比例由50%過(guò)度至90%，以保證分配比例的平滑轉(zhuǎn)移。在正常驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，如果分配的驅(qū)動(dòng)扭矩超出電機(jī)的能力，則將多余的驅(qū)動(dòng)扭矩分配給另一個(gè)電機(jī)。

1.2 混動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)

在混動(dòng)模式下，由發(fā)動(dòng)機(jī)和前后電機(jī)共同參與驅(qū)動(dòng)。首先依據(jù)車速分配發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩，剩余的駕駛員需求扭矩則分配給前后電機(jī)。為保證車輛的加速性和經(jīng)濟(jì)性，在50km/h以下車速段，發(fā)動(dòng)機(jī)分配70%的駕駛員需求扭矩驅(qū)動(dòng)車輛，前后電機(jī)承擔(dān)30%的驅(qū)動(dòng)扭矩。如果電機(jī)扭矩分配過(guò)少，與傳統(tǒng)燃油車變化不大，體現(xiàn)不出電機(jī)響應(yīng)扭矩快的優(yōu)勢(shì)，即車輛的加速性得不到保證;電機(jī)分配扭矩過(guò)多，則車輛的保電性和經(jīng)濟(jì)性將受到影響。120km/h以上，電機(jī)不參與驅(qū)動(dòng)，只有發(fā)動(dòng)機(jī)參與驅(qū)動(dòng);在50km/h至120km/h之間，電機(jī)分配扭矩由30%過(guò)度到0%，以保證電機(jī)驅(qū)動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的平滑過(guò)度。

前后電機(jī)分配的驅(qū)動(dòng)扭矩按照優(yōu)先后電機(jī)分配的原則，優(yōu)先后電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)分配給后電機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩大于后電機(jī)的能力時(shí)，前電機(jī)分配剩余的驅(qū)動(dòng)扭矩。

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，不單要承擔(dān)驅(qū)動(dòng)的任務(wù)，還要承擔(dān)發(fā)電的責(zé)任。當(dāng)分配給發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩在發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)扭矩之下時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)按照標(biāo)定的發(fā)電扭矩由BSG發(fā)電，但發(fā)動(dòng)機(jī)總的輸出扭矩不會(huì)超過(guò)經(jīng)濟(jì)扭矩;如果分配給發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩已經(jīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)扭矩線，則發(fā)動(dòng)機(jī)仍然工作在經(jīng)濟(jì)扭矩負(fù)荷點(diǎn)，不足的驅(qū)動(dòng)扭矩轉(zhuǎn)移給前后電機(jī)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不再發(fā)電。

1.3 回饋模式

當(dāng)駕駛員松開油門踏板或者踩制動(dòng)踏板時(shí)，整車進(jìn)入回饋模式，回饋的扭矩有前后電機(jī)或者和BSG共同承擔(dān)。當(dāng)車速在40km/h以下時(shí)，優(yōu)先后電機(jī)分配扭矩，50km/h以上時(shí)，前后電機(jī)各承擔(dān)50%的回饋扭矩，40km/h至50km/h為分配扭矩的過(guò)度階段，以保證扭矩的平滑過(guò)度。

1.4 模式切換

在車輛駕駛臺(tái)上有EV按鍵和HEV按鍵，由駕駛員控制EV模式和HEV模式的切換，但是也不是所有情況下兩個(gè)模式都可以互相切換。在整車SOC很低，或者受低溫影響電池放電功率很低，或者電池、電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，電量釋放受限的情況下，HEV模式是無(wú)法切換至EV模式的;同樣，如果在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或者變速箱系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，EV模式不可以切換至HEV模式。

正常情況下，EV模式也是會(huì)自動(dòng)切換至HEV模式的，比如道路傾角過(guò)大，或者駕駛員需求扭矩超過(guò)限制值等情況;如果道路傾角逐漸變小或者駕駛員需求扭矩小于限制值，則又會(huì)再自動(dòng)切換至EV模式。

2 電機(jī)優(yōu)先策略

2.1 純電模式驅(qū)動(dòng)

純電驅(qū)動(dòng)模式，電機(jī)優(yōu)先驅(qū)動(dòng)策略和發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先驅(qū)動(dòng)策略一樣，駕駛員需求扭矩來(lái)自于油門深度和車速，由前后電機(jī)共同承擔(dān)驅(qū)動(dòng)任務(wù)。

2.2 混動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)

在混動(dòng)模式下，由發(fā)動(dòng)機(jī)和前后電機(jī)共同按照扭矩分配參與驅(qū)動(dòng)。車速在30km/h以下，為體現(xiàn)電機(jī)扭矩響應(yīng)快的特點(diǎn)，全部由前后電機(jī)承擔(dān)驅(qū)動(dòng)扭矩;車速在100km/h以上，發(fā)動(dòng)機(jī)和前后電機(jī)各承擔(dān)50%的驅(qū)動(dòng)扭矩;30km/h至100km/h之間，電機(jī)的分配扭矩由100%逐漸減少至50%。

前后電機(jī)分配的驅(qū)動(dòng)扭矩按照優(yōu)先后電機(jī)分配的原則，優(yōu)先后電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)車速在30km/h以下，前后電機(jī)各承擔(dān)50%的電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩，50km/h以上，后電機(jī)承擔(dān)100%的電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩，30km/h至50km/h之間則后電機(jī)的分配扭矩由50%過(guò)度到100%，以保證扭矩的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。當(dāng)分配給一個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩大于該電機(jī)的能力時(shí)，將剩余的驅(qū)動(dòng)扭矩分配給另一個(gè)電機(jī)。

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，不僅要承擔(dān)驅(qū)動(dòng)的任務(wù)，還要承擔(dān)發(fā)電的責(zé)任。當(dāng)分配給發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩在發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)扭矩之下時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)按照標(biāo)定的扭矩由BSG或者前電機(jī)發(fā)電，發(fā)動(dòng)機(jī)總輸出扭矩仍然不會(huì)超出經(jīng)濟(jì)扭矩;如果分配給發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩已經(jīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)扭矩線，則發(fā)動(dòng)機(jī)仍然工作在經(jīng)濟(jì)扭矩負(fù)荷點(diǎn)，不足的驅(qū)動(dòng)扭矩轉(zhuǎn)移給前后電機(jī)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不再發(fā)電。

2.3 回饋模式

同發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先策略一致，當(dāng)車輛滑行時(shí)有滑行回饋扭矩，當(dāng)駕駛員踩制動(dòng)踏板時(shí)有制動(dòng)回饋扭矩，此兩種回饋扭矩都有前后電機(jī)或者BSG電機(jī)承擔(dān)。

2.4 模式切換

同發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先策略一致，EV模式和HEV模式的切換除了受功率啟停、坡道、電機(jī)，電池和發(fā)動(dòng)機(jī)因素的自動(dòng)切換之外，也受駕駛員人為控制。

3 保電性能對(duì)比

為對(duì)比兩種不同的扭矩分配策略，使用同一輛車，分別在山路和城市道路驗(yàn)證了策略對(duì)保電性能的影響。每種路況測(cè)試三次，每次都是相同的道路，相同的距離，分別記錄車輛SOC的變化結(jié)果如下兩圖。

從圖1城市道路和圖2山地道路保電性對(duì)比圖可以看出，電機(jī)優(yōu)先輸出的保電性是優(yōu)于發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先輸出策略的。

4 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

為對(duì)比兩種不同的策略，在測(cè)試經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)也分別測(cè)試了燃油消耗量，記錄結(jié)果如下兩圖。

由圖3和圖4可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先輸出的策略油耗較低，經(jīng)濟(jì)性能較好。

5 結(jié)論

（1）無(wú)論是發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先輸出策略還是電機(jī)優(yōu)先輸出策略，在一定的條件下都考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)BSG電機(jī)或者前電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，所以在非山地道路行駛，保電性能都可以得到保證，但電機(jī)優(yōu)先輸出策略要優(yōu)于發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先輸出策略。

（2）由于在運(yùn)行中，發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先輸出策略基本都工作在經(jīng)濟(jì)扭矩負(fù)荷點(diǎn)，所以發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先輸出策略的經(jīng)濟(jì)性稍優(yōu)于電機(jī)優(yōu)先輸出策略;

（3）兩種策略在駕駛過(guò)程當(dāng)中，電機(jī)優(yōu)先驅(qū)動(dòng)策略的加速性能更好，發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)先的策略受限于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出滯后的缺點(diǎn)，加速性能稍差。

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