增程式電動(dòng)車整車控制策略研究

李金金，王若飛

Li Jinjin1，Wang Ruofei2

（1.奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241002；2.奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司，安徽 蕪湖 241002）

1 增程器工作模式的控制方式1

增程器通過駕駛員的輸入及整車電池能量狀態(tài)決定其工作模式，不同的工作模式，整車采用不同的能量管理策略。滿足駕駛員輸入需求的同時(shí)，對整車能量進(jìn)行合理分配，維持電量平衡，同時(shí)提升整車的經(jīng)濟(jì)性。

增程器的工作對駕駛員的輸入具有最高的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)駕駛員需要增程系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，增程系統(tǒng)工作；當(dāng)駕駛員把增程系統(tǒng)的開啟權(quán)利交由整車控制單元時(shí)，整車控制單元會(huì)根據(jù)動(dòng)力電池電量、駕駛員的需求功率等決定是否啟動(dòng)增程系統(tǒng)，同時(shí)計(jì)算合理的工作點(diǎn)，滿足駕駛需求，提升整車能量利用效率。

增程器工作狀態(tài)切換方式如圖1～圖2所示。

2 增程系統(tǒng)的能量管理策略

通過實(shí)時(shí)計(jì)算整車的能量消耗（包括：駕駛員功率需求、整車負(fù)載功率）和動(dòng)力電池的能量，判斷是否開啟增程系統(tǒng)；當(dāng)增程系統(tǒng)開啟后，增程系統(tǒng)工作于設(shè)定的工作點(diǎn)，同時(shí)對增程系統(tǒng)的工作點(diǎn)設(shè)定冗余區(qū)間，避免增程系統(tǒng)工作點(diǎn)的頻繁切換，降低發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速波動(dòng)過程中帶來的高燃油消耗率。

通過對總的需求功率進(jìn)行區(qū)間的劃分，并對不同的功率區(qū)間設(shè)定增程系統(tǒng)的工作點(diǎn)，該工作點(diǎn)的設(shè)定結(jié)合增程系統(tǒng)的工作效率、燃油消耗曲線以及整車是否在該點(diǎn)具有共振等特性，在提升燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，提高整車的 NVH（噪聲、振動(dòng)和不平順性）性能；對不同的SOC（電池荷電狀態(tài)）區(qū)間，以不同的動(dòng)力源作為整車行駛的主要?jiǎng)恿υ?，?yōu)化能量結(jié)構(gòu)，合理分配，提升效率；當(dāng)SOC區(qū)間處于較高范圍時(shí)，以動(dòng)力電池的電能為主；當(dāng) SOC區(qū)間處于較低范圍時(shí)，增程系統(tǒng)啟動(dòng)，以增程系統(tǒng)作為主要的能量源，整車控制單元請求增程系統(tǒng)工作于設(shè)定的目標(biāo)值轉(zhuǎn)速，動(dòng)力電池作為輔助能量源，當(dāng)需求功率大于增程系統(tǒng)提供的功率，動(dòng)力電池能量進(jìn)行補(bǔ)充；當(dāng)需求功率小于增程系統(tǒng)提供的功率，對動(dòng)力電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，防止動(dòng)力電池過放電，增程系統(tǒng)工作點(diǎn)如圖3所示。

圖4描述了增程系統(tǒng)工作點(diǎn)劃分與請求功率之間的邏輯關(guān)系。

通過設(shè)定增程系統(tǒng)的工作點(diǎn)，對整車能量進(jìn)行匹配，讓增程系統(tǒng)發(fā)電功率最大限度滿足整車功率請求，同時(shí)對電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)燃油到電能的最小中間轉(zhuǎn)化損失。整車增程系統(tǒng)發(fā)電功率與動(dòng)力電池能量在 UDDS（城市道路循環(huán)工況）中變化曲線如圖5所示。

3 SOC管理策略

對駕駛工況中SOC平衡策略進(jìn)行研究，是為了在滿足整車驅(qū)動(dòng)功率需求下，實(shí)現(xiàn)SOC電量的平衡，提高電池使用壽命。對不同功率等級(jí)的增程系統(tǒng)控制方案，與連續(xù)的增程系統(tǒng)控制方案進(jìn)行對比，匹配整車的增程系統(tǒng)控制方法。

依據(jù)仿真結(jié)果，對增程系統(tǒng)控制方案采用分級(jí)調(diào)速的控制方法，如圖 6所示。對駕駛員的駕駛需求、整車負(fù)載功率需求、電池電量補(bǔ)充需求計(jì)算得出增程系統(tǒng)的功率需求，結(jié)合增程系統(tǒng)保護(hù)功率，對需求功率進(jìn)行功率等級(jí)劃分，由整車控制單元協(xié)調(diào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)工作于功率等級(jí)處，滿足整車的功率需求，對動(dòng)力電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，提升動(dòng)力電池的使用壽命。

對不同數(shù)量的功率等級(jí)在SOC平衡策略中的表現(xiàn)進(jìn)行研究，結(jié)合實(shí)際可操作性，匹配整車的功率等級(jí)數(shù)量，如圖7～圖8所示。

4 故障診斷策略

整車控制單元對其采集及其驅(qū)動(dòng)的數(shù)字、模擬信號(hào)進(jìn)行診斷。對數(shù)字、模擬量采集狀態(tài)及實(shí)際執(zhí)行過程中數(shù)字、模擬量的變化進(jìn)行診斷，開發(fā)診斷策略，對采集信號(hào)的準(zhǔn)確性、有效性進(jìn)行診斷，保證信號(hào)采集的可靠性，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性能；整車控制單元底層軟件對CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)接收狀態(tài)確認(rèn)，將狀態(tài)反饋至應(yīng)用層，整車控制策略對數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，開發(fā)診斷策略，對 CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行收發(fā)診斷，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠性；整車控制單元通過硬件電路的設(shè)計(jì)，反饋驅(qū)動(dòng)電路狀態(tài)，整車控制單元采集驅(qū)動(dòng)電路狀態(tài)，對驅(qū)動(dòng)單元是否正常驅(qū)動(dòng)進(jìn)行診斷，及時(shí)有效地確定驅(qū)動(dòng)電路可靠性。故障診斷策略開發(fā)包含模擬、數(shù)字信號(hào)的診斷，CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)的診斷和驅(qū)動(dòng)電路的診斷等，如圖9所示。

4.1 模擬數(shù)字采集診斷策略

對模擬采集的硬件ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）值進(jìn)行范圍的確認(rèn)，對ADC轉(zhuǎn)化的物理值進(jìn)行合理性診斷；通過特定的駕駛員輸入信息，通過對該物理量的變化進(jìn)行監(jiān)測并判斷是否符合實(shí)際情況來設(shè)計(jì)診斷策略。

1）模擬量輸入診斷

通過HCU（整車控制器）采集模擬量傳感器電壓判斷是否處于合理的工作電壓范圍，同時(shí)對傳感器的采集狀態(tài)進(jìn)行判斷，通過底層故障確認(rèn)函數(shù)對傳感器采集故障進(jìn)行確認(rèn)記錄。對駕駛員輸入的狀態(tài)進(jìn)行模擬量的檢測，判斷該模擬量是否符合正常情況。如圖 10～圖 11所示。

2）數(shù)字輸入量診斷

通過數(shù)字量組合的有效性對數(shù)字輸入量進(jìn)行診斷，數(shù)字輸入邏輯值處于設(shè)定的邏輯真值表，認(rèn)為數(shù)字輸入采集正確，否則，通過底層函數(shù)記錄該故障發(fā)生，如圖12所示。

4.2 CAN通訊診斷策略

通過監(jiān)測HCU與各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)流狀態(tài)，當(dāng)HCU底層軟件監(jiān)測到各節(jié)點(diǎn)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了丟幀現(xiàn)象，HCU會(huì)將該狀態(tài)反饋給應(yīng)用層軟件，HCU應(yīng)用層通過底層反饋的狀態(tài)進(jìn)行診斷策略的開發(fā)，并對故障進(jìn)行確認(rèn)。診斷策略如圖13所示，通過對底層反饋的CAN數(shù)據(jù)流接收情況進(jìn)行故障的確認(rèn)，同時(shí)調(diào)用底層函數(shù)對故障進(jìn)行更新記錄。

4.3 硬件驅(qū)動(dòng)診斷

硬件驅(qū)動(dòng)診斷包括HCU低端驅(qū)動(dòng)和高端驅(qū)動(dòng)2種。診斷邏輯見表1～表2。

驅(qū)動(dòng)電氣原理如圖14～圖15所示。

診斷低高端驅(qū)動(dòng)，采集HCU的輸出及硬件反饋狀態(tài)等信息進(jìn)行故障診斷，診斷策略實(shí)現(xiàn)如圖16所示。

表1 低端驅(qū)動(dòng)邏輯真值表

表2 高端驅(qū)動(dòng)邏輯真值表

5 結(jié) 論

以某款增程式電動(dòng)轎車為研究對象，研究增程器的工作模式、增程系統(tǒng)的能量管理策略，提升整車的能量利用效率，并對整車SOC管理策略及故障診斷策略進(jìn)行了研究及仿真分析。分析表明，控制策略合理、高效、安全，提升了整車性能。此技術(shù)已經(jīng)搭載某款增程式電動(dòng)車，技術(shù)可靠合理。

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