——单电机混合动力汽车的油耗、能量平衡及驾驶性控制。

一、系统架构及功能介绍

1.1系统架构

A）P2.5混联构型，发动机端为单离合器+5档机械档位，电机端为2档电机档位；

B）行车模式下发动机与电机动力在主减速器端进行功率合流（P3）；

C）怠速充电模式下通过C档可绕过机械档，并将发动机动力传入电机端（P2）；

D）整车无启动电机、具备高压PTC与高压压缩机，电池具备液冷+液热。

图1 行车模式

图2 怠速充电模式

1.2功能简介

A）动力系统共5个控制器（HCU/EMS/TCU/BMS/PEU）；

B）HCU连接两条CAN，作为驱动、模式切换、热管理的核心控制器；

图3 控制系统架构

图4 系统交互方式

二、油耗控制

2.1油耗理论计算

A）充电效率（每充入1kwh电量消耗的燃油）：

B）平均充电效率估算（某一循环下的每充入1kwh电量的平均燃油消耗）：

C）bi_charge_avg/bi_charge_min可以衡量充电工况高效区的使用率，该值越接近1说明充电高效区使用率越高；

D）如考虑能量回收情况， bi_charge_avg/bi_charge_min会小于1。

图5 不同档位组合下稳速行车充电最佳运行点

PS：最优充电效率bi_charge_min通常在260g/khw左右（对应38%热效率+90%电机效率+97%机械效率+97%充电效率）。

2.2油耗理论计算

A）行车效率（驱动车辆每消耗1kwh能量所需消耗的等量燃油折算）：

图6 估算启停判断

B）纯电下行车效率与混动（含纯发动机）下的行车效率对比可以作为发动机启停判断参考依据。

图7 各档位下行车最佳运行点

2.3油耗仿真计算

A）基于动态规划（DP）的最优油耗仿真计算（1维仿真）；

B）按照发动机功率需求序列作为1维决策变量；

C）SOC作为决策变量的分步迭代结果与约束条件。

基于上述计算最低油耗路径。

图8 电平衡下的工况组合规律

2.4 NEDC循环油耗控制规律总结

A）ECE 30kph以下稳速行驶发动机保持停机；

B）ECE 50kph启动发动机，进行暖机并微充电；

C）EUDC 70-100kph稳速段进行高效充电；

D）EUDC 50kph段有条件可以停机以降低油耗（电量允许）。

上述根据电量平衡状态进行扭矩、启停点的微调。

图9 规律调整数据

2.5其他降低油耗措施

A）催化器加热控制：

——行车过程启动发动机，避免发动机怠速空转；

——严格控制发动机扭矩，降低原排；

——通过电机辅助催化器加热，避免点火退角过度。

B）发动机扭矩控制：

——减少冷启动加浓与重复启动加浓因子（冷启动因子降低15%）；

——适当提高启动允许喷油点转速；

——适当降低清氧加浓；

——降低发动机扭矩目标值的上升、下降速率；

——油门稳速线附近减小发动机目标扭矩变化量。

降低电耗：

——提高能量回收量；

——降低附件电耗；

——每降低100w电耗能节省油耗约0.2L/100km。

三、能量平衡管理

3.1能量管理总则

3.2总扭矩与电机扭矩限制

A）低SOC下限制轮边总扭矩；

B）混动模式下根据SOC及车速限制；

C）电机扭矩稳态输出上限；

D）混动模式下根据SOC限制；

E）电机动态/换挡助力扭矩。

图10 扭矩限制

3.3启停与充放电

A）根据不同SOC及车速确定启停策略；

B）根据不同SOC及车速确定行车充放电策略；

C）根据不同SOC确定怠速及DIC使能策略；

D）根据不同SOC确定怠速充电转速与扭矩。

图11 启停与充放电

3.4发动机变速箱控制及附件

A）根据不同SOC确定发动机扭矩控制速率；

B）根据不同SOC确定换挡线及换挡速率；

C）根据不同SOC确定附件功率限制；

D）根据不同SOC确定电机或发动机Creep；

E）极低SOC下允许发动机Creep并充电。

图12 变速箱控制及附件

四、启停与驾驶性控制

4.1启停控制策略

A）中高车速使用Slip-Start（惯性滑磨启动）；

B）低车速使用EM-Start（电机拖动启动）；

C）EM-Start时需要采取特殊策略降低动力丢失抱怨。

4.2启停执行过程驾驶性控制

4.2.1 Slip Start执行过程

A）使用发动机高精度转速作为启动控制信号；

B）使用3档及以上档位作为Slip Start启动档位；

C）电机补扭参考电池2S峰值功率；

D）引入启动离合器扭矩自学习；

E）在学习点附近区分离合器加压速率；

F）离合器扭矩<5NM发动机允许点火，避免点火时扭矩冲击；

G）启动与同步过程中，离合器分两次闭合。

图13 Slip Start执行过程

4.2.2 EM Start执行过程

A）EM Start时不考虑电池功率上限；

B）离合器扭矩以电机扭矩兑换轴端扭矩+Offset。

图14 EM Start执行过程

4.3换挡及行车驾驶性控制

4.3.1换挡过程驾驶性

A）启动过程将EngActTq与EngNTTq的差值等价在EmNTTq基础上叠加；

B）换挡电机补扭参考电池2S峰值功率。

上述扭矩叠加比例可根据档位、电量情况动态调整。

图15 换挡过程扭矩变化

4.3.2 Tip Out控制

A）避免电机扭矩反复穿0；

B）TipOut时控制轮边总扭矩下降速率；

C）发动机扭矩下降速率与轮边总扭矩速率保持一定相关性。

图16 扭矩相关性

4.3.3其他驾驶性问题

A）纯电换挡时拉高换挡点降低点头感；

B）发动机与电机换挡保持互斥；

C）低SOC大功率充电时发动机使用特殊换挡线。

五、总结

混合动力控制难点：

A）油耗/排放——理论计算+仿真计算+实车标定+验证；

B）能量平衡——各控制器执行器的综合协调与平衡；

C）启停及驾驶性——合理协调电机、发动机（传统动力）两个动力源的控制及离合器档位相应配合。

公众号文章链接：PHEV电控标定技术总结与分享