一種增程式電動(dòng)車控制策略分析方法

摘要：增程式電動(dòng)車是一種搭載增程器的純電驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)增程電機(jī)及其控制器輸出電能，以電力傳動(dòng)的形式為整車提供動(dòng)能。在分析某型增程式電動(dòng)車的動(dòng)力架構(gòu)、動(dòng)力參數(shù)以及整車基本控制策略基礎(chǔ)上，于整車轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室進(jìn)行行駛試驗(yàn)，對(duì)車輛實(shí)際行駛過(guò)程中的車速、電功率等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)增程式電動(dòng)車整車運(yùn)行策略的綜合分析，為增程式電動(dòng)車控制策略分析提供一種可行方法。

關(guān)鍵詞：增程式電動(dòng)車；控制策略；分析方法

0 前言

增程式電動(dòng)車集成了電動(dòng)車和傳統(tǒng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，保證電動(dòng)汽車優(yōu)良的駕駛性同時(shí)，又能滿足駕駛員不同行駛里程的需求［1］。增程器的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出端與車輪完全解耦，可以在保證整車能量需求的同時(shí)能量效率最優(yōu)。

增程器的控制策略是影響整車能耗的關(guān)鍵因素之一，需要對(duì)增程器控制策略進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)價(jià)。目前增程器控制策略的驗(yàn)證及評(píng)價(jià)通常采用仿真或路試，優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是精度有限且缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本文對(duì)某型增程式電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)以及運(yùn)行策略進(jìn)行分析，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工況轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)，對(duì)整車控制策略分析和評(píng)價(jià)。

1 增程式電動(dòng)車整車動(dòng)力系統(tǒng)分析

增程式電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）、增程電機(jī)控制單元（GCU）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元（MCU）、整車控制單元（VCU）、電池管理系統(tǒng)（BMS）和其他輔驅(qū)系統(tǒng)等組成［2］。ECU 控制發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，GCU 和MCU 物理集成，分別控制增程電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)；BMS 負(fù)責(zé)電池系統(tǒng)；VCU 協(xié)調(diào)ECU、GCU、BMS 和輔驅(qū)系統(tǒng)。某型增程式電動(dòng)車動(dòng)力參數(shù)如表1 所示。

2 增程式電動(dòng)車整車運(yùn)行策略

對(duì)于小電池方案的增程式電動(dòng)車策略中主要由車輛起動(dòng)、車輛加速、平穩(wěn)行駛、車輛減速四種主要工況的子策略組成。

（1） 車輛起步：整車高壓接通后增程器啟動(dòng)，通過(guò)小功率發(fā)電，熱機(jī)完成后作為儲(chǔ)備動(dòng)力響應(yīng)整車需求。

（2） 車輛加速：加速時(shí)增程器啟動(dòng)后運(yùn)行在高效點(diǎn)。當(dāng)需求功率超過(guò)增程器高效點(diǎn)功率和電池功率之和，增程器進(jìn)入功率跟隨模式，靈活調(diào)度滿足車輛行駛需求。

（3） 車輛平穩(wěn)行駛：車速較低時(shí)增程器不啟動(dòng)，整車采用純電行駛；在電池功率不足時(shí)增程器啟動(dòng)并恒定運(yùn)行在最高效點(diǎn)。減速時(shí)增程器適時(shí)停機(jī)，進(jìn)行動(dòng)能回收。

3 增程式電動(dòng)車行駛試驗(yàn)及結(jié)果分析

為采集整車運(yùn)行數(shù)據(jù)，在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)室進(jìn)行整車行駛試驗(yàn)，車速根據(jù)全球統(tǒng)一輕型車測(cè)試規(guī)程（WLTC）循環(huán)執(zhí)行，此測(cè)試循環(huán)可更加真實(shí)的模擬用戶工況［3］。

3. 1 車速對(duì)增程式電動(dòng)車整車控制策略的影響

圖1 為車速曲線；圖2 為增程電機(jī)輸出功率，紅線為負(fù)時(shí)增程器發(fā)電，為正時(shí)增程器啟動(dòng)消耗功率；圖3 為控制器母線功率曲線，即MCU 和GCU的功率代數(shù)和，當(dāng)母線功率為正時(shí)電池向電機(jī)控制單元供電，當(dāng)母線電流為負(fù)電機(jī)控制單元向電池充電。

從圖1 中可以看出，WLTC 循環(huán)的前兩個(gè)加速曲線大致相同。從圖2 中車輛啟動(dòng)后增程器小功率發(fā)電，發(fā)電功率約為3～4 kW，第一次加速增程器未明顯受影響，；車輛第二次加速時(shí)，增程器加大功率，車輛減速階段增程器退回至熱機(jī)，功率約4～5 kW。

根據(jù)圖1 和圖2 在車輛第三次加速時(shí)，增程器啟動(dòng)至高效功率點(diǎn)運(yùn)行，未再進(jìn)入熱機(jī)工況。

隨后車速在35 km/h 以下時(shí)增程器不啟動(dòng)，在車速超過(guò)35 km/h 以上繼續(xù)加速則增程器啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)車速并不固定。

增程器在車速65 km/h 以后平緩行駛時(shí)基本維持在高效點(diǎn)；車速超過(guò)100 km/h 或車速大于65km/h 伴隨急加速需求時(shí)增程器以最高效運(yùn)行點(diǎn)為基礎(chǔ)，進(jìn)入功率跟隨模式。

在100 km/h 以上且減速工況時(shí)，增程器退回高效點(diǎn)運(yùn)行，車速低于40 km/h 繼續(xù)減速增程器直接停機(jī)。

對(duì)比圖1 和圖3 中可以看出低速階段可以充分進(jìn)行回饋制動(dòng)，減速時(shí)進(jìn)行能量回收。

3. 2 SOC 對(duì)增程式電動(dòng)車整車控制策略的影響

為滿足法規(guī)要求并保證動(dòng)力性，需要控制電池SOC 較低且變化范圍小。增程器啟停有以下因素：

（1） 當(dāng)電池SOC 為25% 時(shí)，車速超過(guò)40 km/h且繼續(xù)加速；

（2） 當(dāng)電池SOC 低于20% 時(shí)，增程器啟動(dòng)條件變?yōu)檐囁俪^(guò)35 km/h 且繼續(xù)加速。

當(dāng)車速低于40 km/h 且繼續(xù)減速時(shí)增程器直接停機(jī)。

3. 3 增程式電動(dòng)車行駛試驗(yàn)策略分析

根據(jù)以上分析，增程式電動(dòng)車上電后，其控制策略按時(shí)序需要主要分為：熱機(jī)階段、正常行駛及可能出現(xiàn)的超高速運(yùn)行階段。

（1） 熱機(jī)階段：熱機(jī)分兩階段，一階段增程器隨車輛啟動(dòng)，小功率發(fā)電增程器快速熱機(jī)，二階段在熱機(jī)功率點(diǎn)基礎(chǔ)上可隨車輛功率需求調(diào)整，為車輛提供動(dòng)力。

（2） 正常行駛階段：車輛低速時(shí)增程器不啟動(dòng)，SOC 超過(guò)25% 時(shí)車速超過(guò)45 km/h 增程器啟動(dòng)；SOC 在20%～25% 時(shí)，車速超過(guò)40 km/h 增程器啟動(dòng)，SOC 在低于20% 期間，車速超過(guò)35 km/h增程器啟動(dòng)運(yùn)行至最高效區(qū)間，減速且車速小于40 km/h 增程器停機(jī)。

（3） 高速階段：時(shí)速超過(guò)65 km/h 急加速或時(shí)速超過(guò)100 km/h 后增程器進(jìn)入功率跟隨。減速過(guò)程中，增程器退回18 kW 高效點(diǎn)，40 km/h 以下繼續(xù)減速增程器停機(jī)，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行能量回收。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種增程式電動(dòng)車控制策略分析方法，并針對(duì)某型增程式電動(dòng)車進(jìn)行測(cè)試及分析得出以下結(jié)論：增程式電動(dòng)車整車控制策略中輸入維度至少包含以下要素：

（1） 車速及當(dāng)前加減速狀態(tài)；

（2） 加速時(shí)電池SOC 及行駛過(guò)程中的SOC變化；

（3） 發(fā)動(dòng)機(jī)水溫或預(yù)熱時(shí)間等。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，該型增程式電動(dòng)車具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 增程器啟動(dòng)以高效區(qū)為基礎(chǔ)調(diào)度整體效率最優(yōu)；SOC 變化范圍較小，時(shí)刻具備的瞬時(shí)功率響應(yīng)能力；

（2） 增程器低速時(shí)不啟動(dòng)，車速較高時(shí)可利用行車噪聲掩蓋動(dòng)力系統(tǒng)噪聲。

參考文獻(xiàn)

［ 1 ］ 劉凱，李捷輝，章舒韜. 基于優(yōu)化功率跟隨控制的E-REV 能量管理策略研究[J]. 車用發(fā)動(dòng)機(jī)2024，（2）：60-67.

［ 2 ］ 李琳，劉大亮，韋健林，等. 基于串聯(lián)式增程汽車多種工況的優(yōu)化控制策略[J]. 汽車電器，2019（11）：28-30.

［ 3 ］ 李吉安，姚建明，吳旭陵. 基于發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工況的整車WLTC 循環(huán)油耗研究[J]. 內(nèi)燃機(jī)工程，2016，37（6）：235-240.