插電式混合動力轎車動力平臺技術開發

韓友國　王若飛

【摘 要】本文以某款 PHEV轎車為研究對象，對混合動力平臺進行開發研究，研究前橋混合動力驅動系統的集成及優化，對后橋電子驅動系統的設計及布置合理性進行分析討論，并對整車安全性能進行研究分析，最終得出確定此混合動力平臺技術可行。

【關鍵詞】插電式混合動力；四驅；混動平臺；整車安全

【Abstract】Based on chery G3 PHEV cars as the research object， research on hybrid platform for development， research front axle hybrid drive system integration and optimization， the rear axle of electronic drive system design and arrangement of rationality analysis discussion， and through analyzing the performance of the vehicle safety， ultimately determine the hybrid platform technology is feasible.

【Key words】PHEV；All-wheel-drive；Hybrid platform；The vehicle safety

1 混合動力總成構型的研究

本文插電式混合動力轎車前橋混合動力驅動系統由發動機、分離離合器、ISG電機、CVT變速器構成，后橋電驅動系統由后驅電機、電子后橋構成。兩套動力系統可根據不同工況單獨或同時工作，以取得良好的動力性和經濟性。車載高性能鋰電池作為整車電機的驅動動力源，兼顧能量型和功率型鋰電池的性能要求，整車具備純電動續駛功能。

2 前橋混合動力系統技術開發

混合動力驅動系統由發動機、分離離合器、ISG電機、CVT變速器構成，將發動機、ISG電機和變速器總成集成優化，對動力總成系統的軸系和輪系進行結構優化設計，提高動力總成系統連接的可靠性和耐久性。結合強混合動力系統的特點，對發動機和變速器進行匹配、優化及適應性的更改和設計，匹配和優化其MAP效率來適應混合動力系統使用。

混合動力驅動系統在傳統汽油車基礎上增加了ISG電機、控制器以及電壓的轉換DCDC部分。電驅動系統主要承載驅動的輔助功能及電量和電壓的轉換功能，便于車輛在高速行駛或者急加速情況下采用混動模式，更有利于發揮整車的動力性能。

3 后橋電驅動系統技術開發

本文所描述后橋電驅動系統是對傳統汽油車的隨動后橋進行更改設計，使其滿足驅動需求。后驅驅動系統為一功率較大的驅動電機TM（Traction Motor），裝載集成減速器與差速器的電子后橋系統，電子后橋的結合與斷開都由MCU完成管理。驅動電機控制器（MCU）結合逆變器完成對后驅系統TM控制，實現驅動電機的扭矩輸出、模式控制等功能。

后橋電驅動系統是純電動系統，主要由驅動系統和冷卻系統兩部分組成。驅動電機、電機控制器、減速器和傳動軸總成構成了混動四驅的后驅動系統；膨脹壺、散熱器和冷卻水管構成了后驅動的冷卻系統。由于原型車是前置前驅系統，若在此基礎上增加后驅純電動系統，需要滿足一定的布置空間和后部結構更改可行性。經過分析，將驅動電機和減速器布置在后輪之間的相應位置，調整離地間隙，可以保證通過性。根據傳動軸設計準則，微調動總位置，校核設計傳動軸，由于減速器距離后右懸架的距離過遠，需要增加中間軸，使可以滿足后懸架跳動引起的傳動軸運動的要求。根據后橋驅動系統布置位置，進行懸置的設計，后橋驅動系統懸置采用左右后三點懸置固定。MCU控制器布置于車身左后縱梁位置，采用支架固定在電池包的骨架和車身支架上，距離電機比較近，可以方便三相電纜的連接。

根據后橋驅動系統布置，車身和后懸架機構需要進行相應的結構更改，車身底板避開動力總成的干涉，局部增加加強，并增加懸置的安裝支架。后懸架機構需要更改拖曳臂的結構，增加后傳動軸支撐，可以使動力有效的傳遞給后輪。

4 系統集成技術開發

4.1 動力系統的機械集成

動力系統主要包括：發動機、ISG電機耦合機構、變速箱、液壓單元執行機構。發動機采用某公司現有的成熟產品E4G16發動機，開發CVT變速箱殼體與發動機的端面進行匹配安裝，并在殼體中安裝ISG電機耦合機構，通過液壓單元執行機構進行控制。

由于混合動力各系統部件的最佳工作溫度場的不同及冷卻介質的差異，將冷卻系統劃分為三部分組成。分別是：發動機的冷卻、電機控制器冷卻和CVT變速箱油冷卻，其中，前兩部分冷卻系統采用相同介質冷卻，從而設計開發了混合分體式水箱，可以節省空間，增大迎風面積；變速箱冷卻則將油冷器置于通風條件比較好的地方，可以提高變速箱的效率，油泵固定于變速箱殼體上，以便油泵的震動噪音可以通過變速箱的懸置軟墊系統進行衰減，提高乘客的舒適性。

4.2 整車CAN網絡通訊系統設計

在前期研究和設計的基礎上，進一步整合和優化CAN信息和CAN協議定義，使CAN數據定義更加全面、合理和科學。由于強混合動力系統結構復雜，電控節點也較多，全部在一條CAN網絡上會造成CAN網絡負載率過高，因此有必要設計兩條CAN網絡分別搭載網絡信息，且以HCU為轉發網關。混合動力系統節點如HCU/BMS（Battery Management System）/ISG/TM/充電機/均衡器/EPS（Electronic Power Steering）可以搭載在CAN1，EMS（Engine Management System）/ESP/TCU（Transmission Control Unite）/儀表及車身控制器可以搭載在CAN2，這樣既可靠，又方便了信息交互。由于VMS跟大多數節點之間都有通訊，因此采用VMS做網關節點，組成雙高速CAN網絡。由初步節點信號統計，計算出了每個節點在單CAN中的負載率。為了使兩條CAN線負載率趨于平均，網關盡量少轉發信號，特擬定了此拓撲方案。 經計算，這樣CAN1網絡負載率22.4%，CAN2網絡負載率25.4%。

5 整車安全技術開發

5.1 整車碰撞結構安全設計

整車碰撞結構安全設計的原則是：確保在碰撞過程中和碰撞之后，乘員的人身安全不受影響，車上涉及安全的部件不遭破壞，本文描述整車進行了高壓系統的安全設計，高壓電氣系統具備良好的絕緣、接地以及高壓互鎖環路的連接狀態。

高壓電有效時，隨時監測高壓系統的電壓、底盤絕緣狀態、接地狀態、高壓互鎖環路的連接狀態，實現高壓強電的漏電保護，碰撞安全保護、防水防塵保護等需求，并能按指令控制蓄電池組斷路接觸器和各種繼電器的接通和斷開，完成碰撞安全的系統布臵和結構設計技術的研究利用。并通過CAE（Computer Aided Engineering）仿真分析對電池包、后驅系統的布置及結構設計進行優化，整車滿足正面、側面及后部碰撞的安全技術要求。

5.2 碰撞電池安全

碰撞信號從安全氣囊控制器獲取，由安全氣囊控制器輸出，HCU和BMS通過硬件電路采集，同時安全氣囊控制器發出碰撞發生的CAN消息告知HCU和BMS，保證軟件的冗余；HCU檢測到碰撞信號后，立即置Battery-Enable 信號為低電平，輸出給BMS的高壓繼電器控制回路，同時發出Battery-disable的CAN消息給BMS。

高壓安全互鎖方案設計了3個高壓互鎖回路：HVIL_A、HVIL_B、HVIL_C，分別為放電回路、慢充回路、快充回路的高壓互鎖，根據不同功能安全要求設定各互鎖回路的安全等級。

6 電動轉向系統的開發

汽車轉向系統作為汽車主動安全性的關鍵總成，其性能好壞直接影響著車輛運行時的安全性和操縱穩定性。隨著現代汽車技術的迅猛發展，汽車轉向機構也由開始簡單的純機械機構發展到后來機械液壓助力轉向（ Hydraulic Power Steering ，簡稱HPS） 和電控液壓助動力轉向（ Electric Hydraulic Power Steering ，簡稱EHPS 機構），以及目前的電動助力轉向（ Electric Power Steering ，簡稱EPS） 機構。

傳統的液壓助力轉向系統通過與汽車發動機曲軸相連的齒輪驅動，汽車發動后，無論轉向與否系統的液壓泵都處于工作狀態，增加了能耗。同時由于系統的結構復雜且存在漏油和滲油現象，不利于環保。近年來，隨著人們對安全、環保和節能的呼聲越來越高，汽車電動助力轉向系統作為一種“按需型”的轉向機構受到業界的普遍青睞，是未來汽車轉向的發展方向。汽車電動助力轉向系統是在傳統機械轉向系統的基礎上，增加了信號傳感裝置、電子控制裝置和轉向動力機構，主要部件包括：扭矩傳感器、車速傳感器、電流傳感器、電子控制單元、電動機和帶離合器的減速機構。汽車轉向時，扭矩傳感器把檢測到的扭矩信號的大小和方向經A/D轉換后傳給控制單元，控制單元同時接收車速傳感器檢測到的車速信號；然后根據車速傳感器和扭矩傳感器的信號決定電動機的旋轉方向和助力扭矩的大小；同時電流傳感器檢測電路的電流，對驅動電路實施監控，最后由驅動電路驅動電動機工作，實施助力轉向。

7 總結

本文以某款 PHEV轎車為研究對象，對混合動力平臺進行開發研究，研究前橋混合動力驅動系統的集成及優化，對后橋電子驅動系統的設計及布置合理性進行分析討論，并對整車安全性能進行研究分析，最終得出確定此混合動力平臺技術可行，本文所描述的混動平臺技術已在某款 PHEV整車上搭載應用，整車取得了公告認證。

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[責任編輯：薛俊歌]