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《P2架构插电式混合动力车型分析》

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摘要：随着我国《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》进一步推行,新能源车的保有量和市场占有率辆也逐步增加.文章介绍了一种典型P2架构的插电式混合动力车型,简单介绍了其硬件构成,重点对其混动控制逻辑进行说明.文章对于理解P2架构的PHEV硬件和软件控制有一定的参考意义.关键词：插电式混合动力;P2架构;混动功能逻辑中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）11-189-03

Abstract：With the further implementation of China's "Measures for the Parallel Management of Average Fuel Consump-tion and New Energy Vehicle Credits for Passenger Car Enterprises", the number of new energy vehicles and their market share he gradually increased. This http://127.1.1.1:801/xdl.php?url等于http://gzslib.vip.qikan.com/Text/article introduces a typical plug-in hybrid vehicle with a P2 architecture, briefly introduces its hardware structure, and focuses on its hybrid control strategy. This http://127.1.1.1:801/xdl.php?url等于http://gzslib.vip.qikan.com/Text/article has certain reference significance for understanding PHEV hardware components and software control strategy of P2 architecture PHEV.Keywords：PHEV;P2Architecture;DMTL;Hybrid Control StrategyCLC NO.： U462 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）11-189-03

1前言

随着《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》的进一步推行,各大汽车厂商都积极推行新能源车的研发生产和销售工作.以2019年全年统计为例,新能源车辆共计销售120.6万辆,其中20.75万辆为插电式混合动力车型,约占新能源车辆总数的17.2%.插电式混合动力车辆因为没有“里程焦虑”,用户使用相对便捷的原因,在市场上受到相当数量用户的青睐.有专家预测,在未来相当长的一段时间内,插电式混合动力车型会蓬勃发展[1].

目前市售的新能源车主要包括纯电车型（下称BEV）和插电式混合动力车型（下称PHEV）.BEV车型因其结构简单,研发技术难度相对较低而受到各厂商,特别是国内新兴车企的追捧.目前国内新兴OEM推出的车型主要以BEV为主.PHEV结构相对复杂,需要既有传统发动机和变速箱的技术积累,又要有电池电机的相关技术研发,同时还要掌握两套动力源的耦合和分配的相关技术,所以PHEV相关技术,特别是混合动力策略依然掌握在传统OEM手中.PHEV车型根据动力源的耦合方式的不同可以分为串联式,并联式和混联式[2].各耦合方式的优缺点如表1所示.

目前,日系PHEV车型主要以混联式混动架构为代表,而欧系车型绝大部分使用并联式混动架构.本文主要介绍P2架构的PHEV车型的硬件结构和混动策略,以便读者更好的了解该架构PHEV的相关结构和原理.

2硬件介绍

并聯架构的混动系统根据电机在系统中的位置不同,可分为P0-P4共计5种架构（如图1所示）,其中以P2和P3最为常见.

P0：电机位于发动机副机组位置,通过皮带或链轮与曲轴相连;P1：电机位于曲轴末端,与曲轴刚性连接;P2：电机位于离合器和齿轮箱之间;P3：电机与变速箱从动轴相连;P4：电机位于轮边,或者单独驱动后桥（或前桥）.

图2是某典型P2架构的变速箱结构图.该变速箱采用了机电一体化设计,变速箱控制器、传感器和液压控制系统（包括电磁阀、油泵和蓄能器等）集成为一体,大大精简了变速箱的结构复杂度,也方便进行售后维修.电机采用同轴电机,通过合理的设计,在保证电机性能的同时,减小轴向尺寸,改善发动机舱零部件的横向布置.电机和发动机的结合或分离通过K0离合器进行,实现整车不同的驱动模式.

3功能逻辑介绍

3.1整车运行模式

PHEV由于能外接充电,整车运行模式以高压电池核电状态（下称SOC）为重要影响因素,参考外界环境和零部件的温度条件,整车控制器（下称VCU）决策整车运行模式.如图3某P2架构PHEV运行模式切换示意图：1）在高压电池电量充足和温度条件适宜的情况下,总是默认使用纯电模式;2）当电量不足或者温度较低时,默认使用混合动力模式.考虑温度因素主要是出于相关部件的保护需要,避免对部件造成损害.

此外,该车型还具备其他的混动模式可供驾驶员选择.据试验测算,合理的采用不同的模式组合,可以使油耗下降15%甚至更高.通过导航的实时路况信息,VCU自行合理分配混动模式以期用户真实驾驶循环中,能实现油耗和能耗最低值是未来的发展趋势.

3.2发动机启停需求控制和动力分配

由于PHEV上存在两套能独立工作或者同时工作的动力源,何时启动发动机进行动力分配是混动策略的核心控制内容.

决定发动机启停的因素有很多,根据电机和发动机的性能和效率特征,一般低速工况使用电机驱动,高速工况发动机驱动车辆.

决定发动机启停,以下两个为重要影响因素和基本策略：

（1）当前车辆能提供的最大电驱功率是否能满足驾驶员需求功率.最大电功率受高压电池SOC,电驱系统温度等相关因素的影响;驾驶员需求功率由车辆速度,电机/发动机转速和油门踏板开度决定.系统判定当前的最大电驱功率不能满足驾驶员的驾驶需求时,系统提出发动机启动需求并经过许可判定后,启动发动机.如图4所示.

（2）高压电池SOC阈值：该阈值根据车速等因素进行标定,总体原则是低速工况尽量使用电机进行驱动.

上述发动机启动需求优先级高于停机需求,当两者矛盾时,系统判定须满足启动需求.

当发动机启动正常运行后,稳态工况的驱动由发动机完成,动态响应由电机先进行补偿或者进行能量回收.如果稳态工况下,发动机不处于经济油耗区域,则根据情况,电机充电（提供负扭矩）或者驱动（提供正扭矩）.P2架构的PHEV动力分配的基本原则就是一旦决定发动机启动工作,就让发动机工作在相对高效区域.标定时,通过仿真计算整个动力系统的效率,标定出整车油耗/能耗最低的动力分配策略.当然,在整车层面还需要考虑声学的影响因素,进行合理的匹配标定.

3.3发动机启停方式和控制

VCU决定发动机需要启动后,VCU需要进一步决定采取何种启动方式.如果车上仍保留12V启动马达,需要VCU判定是否需要用12V启动马达启动发动机;若不再保留12V启动马达,则需要根据工况确定合适的启动方式.

发动机使用12V启动马达启动的结果如图四所示.整个启动过程分为两个阶段（如图6所示）：

A：保持K0离合器断开,略微提高电机转速.起动电机与飞轮啮合,断开12V电池的其他负载.起动电机带动发动机到一个较低的转速,随后发动机开始自主喷油点火,转速快速上升,并通过PI调节使得发动机转速与电机相等.

D：发动机与电机转速相同后,闭合K0离合器,系统实现稳定运行.

高压电机拖动启动,根据喷油时刻的区别,可以分为默认启动,舒适启动等不同的类型.舒适启动在发动机被高压电机拖动到较高转速后,才进行喷油点火.高压电机拖动启

动主要分下面四个过程：

A：略微提高电机转速,为拖动发动机做好储备.

B：K0离合器逐渐接合,依靠电机把发动机拖动到一个较低的转速,随后发动机开始自主喷油点火,转速快速上升.

C：K0离合器断开,发动机转速继续上升,并通过PI调节将转速控制到与电机相同.

D：發动机与电机转速相同后,闭合K0离合器,系统实现稳定运行.

保留12V启动马达的好处在于下面两个方面：