P2架構插電式混合動力車型分析介紹

繆金榮

摘 要：隨著我國《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》進一步推行，新能源車的保有量和市場占有率輛也逐步增加。文章介紹了一種典型P2架構的插電式混合動力車型，簡單介紹了其硬件構成，重點對其混動控制邏輯進行說明。文章對于理解P2架構的PHEV硬件和軟件控制有一定的參考意義。關鍵詞：插電式混合動力;P2架構;混動功能邏輯中圖分類號：U462 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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 have gradually increased. This 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 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

隨著《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》的進一步推行，各大汽車廠商都積極推行新能源車的研發(fā)生產(chǎn)和銷售工作。以2019年全年統(tǒng)計為例，新能源車輛共計銷售120.6萬輛，其中20.75萬輛為插電式混合動力車型，約占新能源車輛總數(shù)的17.2%。插電式混合動力車輛因為沒有“里程焦慮”，用戶使用相對便捷的原因，在市場上受到相當數(shù)量用戶的青睞。有專家預測，在未來相當長的一段時間內(nèi)，插電式混合動力車型會蓬勃發(fā)展[1]。

目前市售的新能源車主要包括純電車型（下稱BEV）和插電式混合動力車型（下稱PHEV）。BEV車型因其結構簡單，研發(fā)技術難度相對較低而受到各廠商，特別是國內(nèi)新興車企的追捧。目前國內(nèi)新興OEM推出的車型主要以BEV為主。PHEV結構相對復雜，需要既有傳統(tǒng)發(fā)動機和變速箱的技術積累，又要有電池電機的相關技術研發(fā)，同時還要掌握兩套動力源的耦合和分配的相關技術，所以PHEV相關技術，特別是混合動力策略依然掌握在傳統(tǒng)OEM手中。PHEV車型根據(jù)動力源的耦合方式的不同可以分為串聯(lián)式，并聯(lián)式和混聯(lián)式[2]。各耦合方式的優(yōu)缺點如表1所示。

目前，日系PHEV車型主要以混聯(lián)式混動架構為代表，而歐系車型絕大部分使用并聯(lián)式混動架構。本文主要介紹P2架構的PHEV車型的硬件結構和混動策略，以便讀者更好的了解該架構PHEV的相關結構和原理。

2?硬件介紹

并聯(lián)架構的混動系統(tǒng)根據(jù)電機在系統(tǒng)中的位置不同，可分為P0-P4共計5種架構（如圖1所示），其中以P2和P3最為常見。

P0：電機位于發(fā)動機副機組位置，通過皮帶或鏈輪與曲軸相連;P1：電機位于曲軸末端，與曲軸剛性連接;P2：電機位于離合器和齒輪箱之間;P3：電機與變速箱從動軸相連;P4：電機位于輪邊，或者單獨驅動后橋（或前橋）。

圖2是某典型P2架構的變速箱結構圖。該變速箱采用了機電一體化設計，變速箱控制器、傳感器和液壓控制系統(tǒng)（包括電磁閥、油泵和蓄能器等）集成為一體，大大精簡了變速箱的結構復雜度，也方便進行售后維修。電機采用同軸電機，通過合理的設計，在保證電機性能的同時，減小軸向尺寸，改善發(fā)動機艙零部件的橫向布置。電機和發(fā)動機的結合或分離通過K0離合器進行，實現(xiàn)整車不同的驅動模式。

3?功能邏輯介紹

3.1?整車運行模式

PHEV由于能外接充電，整車運行模式以高壓電池核電狀態(tài)（下稱SOC）為重要影響因素，參考外界環(huán)境和零部件的溫度條件，整車控制器（下稱VCU）決策整車運行模式。如圖3某P2架構PHEV運行模式切換示意圖：1）在高壓電池電量充足和溫度條件適宜的情況下，總是默認使用純電模式;2）當電量不足或者溫度較低時，默認使用混合動力模式?？紤]溫度因素主要是出于相關部件的保護需要，避免對部件造成損害。

此外，該車型還具備其他的混動模式可供駕駛員選擇。據(jù)試驗測算，合理的采用不同的模式組合，可以使油耗下降15%甚至更高。通過導航的實時路況信息，VCU自行合理分配混動模式以期用戶真實駕駛循環(huán)中，能實現(xiàn)油耗和能耗最低值是未來的發(fā)展趨勢。

3.2?發(fā)動機啟停需求控制和動力分配

由于PHEV上存在兩套能獨立工作或者同時工作的動力源，何時啟動發(fā)動機進行動力分配是混動策略的核心控制內(nèi)容。

決定發(fā)動機啟停的因素有很多，根據(jù)電機和發(fā)動機的性能和效率特征，一般低速工況使用電機驅動，高速工況發(fā)動機驅動車輛。

決定發(fā)動機啟停，以下兩個為重要影響因素和基本策略：

（1）當前車輛能提供的最大電驅功率是否能滿足駕駛員需求功率。最大電功率受高壓電池SOC，電驅系統(tǒng)溫度等相關因素的影響;駕駛員需求功率由車輛速度，電機/發(fā)動機轉速和油門踏板開度決定。系統(tǒng)判定當前的最大電驅功率不能滿足駕駛員的駕駛需求時，系統(tǒng)提出發(fā)動機啟動需求并經(jīng)過許可判定后，啟動發(fā)動機。如圖4所示。

（2）高壓電池SOC閾值：該閾值根據(jù)車速等因素進行標定，總體原則是低速工況盡量使用電機進行驅動。

上述發(fā)動機啟動需求優(yōu)先級高于停機需求，當兩者矛盾時，系統(tǒng)判定須滿足啟動需求。

當發(fā)動機啟動正常運行后，穩(wěn)態(tài)工況的驅動由發(fā)動機完成，動態(tài)響應由電機先進行補償或者進行能量回收。如果穩(wěn)態(tài)工況下，發(fā)動機不處于經(jīng)濟油耗區(qū)域，則根據(jù)情況，電機充電（提供負扭矩）或者驅動（提供正扭矩）。P2架構的PHEV動力分配的基本原則就是一旦決定發(fā)動機啟動工作，就讓發(fā)動機工作在相對高效區(qū)域。標定時，通過仿真計算整個動力系統(tǒng)的效率，標定出整車油耗/能耗最低的動力分配策略。當然，在整車層面還需要考慮聲學的影響因素，進行合理的匹配標定。

3.3?發(fā)動機啟停方式和控制

VCU決定發(fā)動機需要啟動后，VCU需要進一步?jīng)Q定采取何種啟動方式。如果車上仍保留12V啟動馬達，需要VCU判定是否需要用12V啟動馬達啟動發(fā)動機;若不再保留12V啟動馬達，則需要根據(jù)工況確定合適的啟動方式。

發(fā)動機使用12V啟動馬達啟動的結果如圖四所示。整個啟動過程分為兩個階段（如圖6所示）：

A：保持K0離合器斷開，略微提高電機轉速。起動電機與飛輪嚙合，斷開12V電池的其他負載。起動電機帶動發(fā)動機到一個較低的轉速，隨后發(fā)動機開始自主噴油點火，轉速快速上升，并通過PI調節(jié)使得發(fā)動機轉速與電機相等。

D：發(fā)動機與電機轉速相同后，閉合K0離合器，系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行。

高壓電機拖動啟動，根據(jù)噴油時刻的區(qū)別，可以分為默認啟動，舒適啟動等不同的類型。舒適啟動在發(fā)動機被高壓電機拖動到較高轉速后，才進行噴油點火。高壓電機拖動啟

動主要分下面四個過程：

A：略微提高電機轉速，為拖動發(fā)動機做好儲備。

B：K0離合器逐漸接合，依靠電機把發(fā)動機拖動到一個較低的轉速，隨后發(fā)動機開始自主噴油點火，轉速快速上升。

C：K0離合器斷開，發(fā)動機轉速繼續(xù)上升，并通過PI調節(jié)將轉速控制到與電機相同。

D：發(fā)動機與電機轉速相同后，閉合K0離合器，系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行。

保留12V啟動馬達的好處在于下面兩個方面：

（1）在高壓電機出現(xiàn)輕微故障，發(fā)動機不能依靠高壓電機進行拖動啟動時，可以用12V啟動馬達進行啟動。

（2）在高壓電機全功率輸出驅動時，進行12V啟動馬達啟動，不會因為啟動發(fā)動機而使駕駛員有動力暫時缺失的感覺，提高駕駛的舒適性。

但由于成本和其他因素的考慮，現(xiàn)在越來越多的PHEV車型不再保留12V啟動馬達。

4?結束語

雖然在新能源車型中，PHEV車型數(shù)量只占20%左右，但其仍然是目前滿足各方要求的最可靠的動力組成方式，極具競爭力。本文主要針對P2架構的并聯(lián)式PHEV，進行其硬件構成和主要功能邏輯的介紹，幫助讀者對該構型的PHEV車型能有較為詳細的了解，對了解其他架構的PHEV也有一定的參考意義。

參考文獻

[1] 羅驍，陳薇混合動力汽車發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].電子世界，2014，（1）：?12.

[2] 孫逢春，何洪文混合動力車輛的歸類方法研究[J].北京理工大學學報，2002，（1）：40-44.