Position 2（P2）構型混合動力文獻綜述

楊文斌 何東偉

【摘 要】混合動力根據電機布置位置的不同可以分為P0，P1，P2，P3，P4等多種構型，而P2混合動力構型的靈活性和便利性具有更為廣闊的研究前景和應用價值，針對混合動力汽車模式切換過沖中各個部件協調控制已成為國內外混合動力汽車的重要研究內容，本文綜述了“基于P2構型混合動力驅動模式切換扭矩協調控制研究”，“P2構型的混合動力汽車電機啟動發動機過程協調控制”，“P2結構混合動力系統協同控制”，“P2混合動力汽車用永磁同步電機溫度場分析”和“HNSAE15196插電式混合動力汽車P2、P3技術方案對比分析”5篇論文并闡述了國際大公司關于混合動力P2構型的研發與投產。

【關鍵詞】混合動力；P2構型；模式切換；協調控制

中圖分類號： U469.7 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）33-0082-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.036

【Abstract】Hybrid depending on the layout position can be divided into P0， P1， P2， P3， P4 etc a variety of configurations， and P2 hybrid configuration flexibility and convenience has more wide prospect of research and application value， for each part of hybrid mode switch overshoot coordinated control has become an important content of hybrid electric vehicles at home and abroad， this paper reviews the "based on the P2 configuration hybrid drive mode switching torque coordination control research" and "P2 configuration of the hybrid electric vehicle engine motor start process coordination control" and "P2 structure hybrid system coordinated control"，Five papers， "temperature field analysis of permanent magnet synchronous motor for P2 hybrid vehicles" and "HNSAE15196 comparative analysis of technical solutions for P2 and P3 plug-in hybrid vehicles"， also described the research， development and production of P2 configuration for international large companies.

【Key words】Hybrid； P2 configuration mode； Switching； Coordination control

0 引言

隨著世界范圍內的傳統能源危機以及各個國家和地區越來越嚴格的排放法規，汽車行業的主機廠以及零部件廠和有關高校，科研院所都將新能源汽車作為未來汽車的研究方向，直接從傳統能源汽車發展到普及新能源汽車的應用是非常困難，而混合動力能源汽車可以作為一個從傳統能源汽車到新能源汽車發展的很好的過渡，所以研究混合動力汽車是目前最受歡迎和期待的項目。混合動力汽車指的是汽車同時擁有兩套能量系統，一套是由發動機和傳統能源組成的動力系統，一套是由電機和電池組成的新能源動力系統。根據混合動力系統中電動機位置的不同，將汽車的混合動力構型分為P0，P1，P2，P3，P4（P：Position）。盡管每種混合動力構型都有各自獨特的優勢，但是P2混動構型無需改變發動機和變速器等重要零部件的安裝位置，且能夠和現在常用的變速器如自動變速器，無極變速器以及雙離合變速器都能匹配使用隨著研究的深入和技術的發展，。本文主要綜述對P2混合動力模構型應用過程中的各項研究以及新技術。

1 正文

P2混合動力構型是將電動機安置于發動機和變速器之間的位置，如圖1所示。

重慶大學廖永康[10]研究內容是基于P2構型混合動力驅動模式切換扭矩協調控制研究。

論文通過建立發動機模型，離合器模型，電動機模型，內阻電池模型，雙質量飛輪模型，干式DCT變速器模型和汽車動力學模型，對所建模型組成的不同驅動模式（有離合器接合過程、有離合器分離過程、無離合器動作過程。）進行力學分析，采用沖擊度方程作為模式切換品質評價指標。并針對驅動模式切換條件并結合各部件的控制方法，綜合理論分析結果、部件控制

方法和發動機點火方式，制定出三類典型模式切換過程的扭矩協調控制策略。最后，通過搭建扭矩協調控制模型，對每種驅動模式進行進行仿真，將仿真結果與無扭矩協調控制的仿真結果進行比較，得出結論，采用扭矩協同控制策略能夠有效較小模式切換時的沖擊度，對比分析采用可行域限制的協調控制策略前后仿真結果，采用可行域限制的協調控制策略能有效控制模式切換時的沖擊度。該論文研究內容通過建模對于P2構型混合動力不同驅動模式有無扭矩協同控制進行仿真，得出了扭矩協同控制策略對于P2構型混合動力三類經典驅動模式切換的有效性和實用性，具有一定的參考價值和借鑒價值。對于該論文研究內容作更深層次的研究應該結合臺架或是整車試驗，仿真結果處于理論層面，從仿真結果出發，結合臺架或是整車試驗數據，得出更為準確和實用的P2構型下混合動力驅動模式的扭矩協調控制。

中國第一汽車股份有限公司技術中心寧甲奎等人研究內容是基于P2構型的混合動力汽車電機啟動發動機過程協調控制。混合動力不同驅動模式之間的切換存在著各方面的問題，如電機扭矩變化造成的發動機沖擊，不同驅動工況的切換與控制等。需要采取相應的研究。該論文研究的內容是基于匹配雙離合變速器的P2構型，在純電動驅動模式切換至發動機驅動模式，發動機的啟動是通過電機來帶動的，由于電機扭矩變化造成發動機啟動過程產生的沖擊問題，通過建立電機驅動模式轉換至發動機驅動模式的動力學模型，提出利用雙離合變速器滑動摩擦過程來減小這一沖擊，并通過PID（比例，微分，積分）算法實現對雙離合變速器的控制和扭矩協調來減少啟動發動機過程中的沖擊。最后，還通過整車試驗進行驗證理論研究的有效性。

北京航空航天大學郭偉等人研究內容為P2結構混合動力系統協同控制。

論文通過分析P2構型混合動力汽車動力系統特點，將混合動力汽車行駛工況分為純電動行駛，純發動機驅動行駛，發動機給電動機供電行駛，發動機和電動機并聯行駛，發動機蠕行啟動（當電池電量不足，無法使用電機啟動時）和制動能量回饋。通過搭建P2混合動力控制系統協同控制構架，來實現對汽車行駛不同工況之間的模式轉換，以純電動到并聯驅動模式轉換和純發動機驅動到制動能量回饋模式轉換為例，分析模式轉換過程的關鍵控制，并通過整車試驗結果驗證了控制的有效性。文章指出了P2構型混合動力汽車行駛過程中不同工況之間轉換和控制的難點并分析和試驗了純電動機到并聯驅動模式和純發動機驅動行駛模式到能量回饋模式兩種行駛工況的切換和控制，如要全面分析，還應加入純發動機驅動到并聯驅動，純電動機驅動到純發動機，純發動機驅動到純電動機驅動等模式之間的轉換與控制。

合肥工業大學王淑旺等人研究內容為P2混合動力汽車用永磁同步電機溫度場分析。

論文通過建立永磁同步電機的計算機模型，將模型設定邊界值，用Fluent軟件進行仿真分析電機模型的溫度場分布，最后通過實體電機溫升實驗，搭建熱平臺進行實驗，得到實驗結果與仿真結果差異值在合理的變化區間內，驗證了計算機仿真結果的準確性。對于電機-電池能量系統作為輔助能源的混合動力汽車中，汽車行駛過程中，電機起作用的工況主要為汽車啟動，輔助發動機進行車輛加速，燃油不足情況下純電動行駛一定里程。永磁同步電機的工作環境相對惡劣，P2構型導致電機散熱環境不佳，容易溫升過高，所以論文對永磁同步電機的溫度場分析具有一定的借鑒意義。

海馬轎車有限公司姚帥等人研究內容為HNSAE15196插電式混合動力汽車P2、P3技術方案對比分析。

論文通過分析P2構型和P3構型中發動機，電機，變速器的空間布局，得出P3構型的布局優于P2構型。通過分析P2構型能夠實現的功能：發動機啟停，純電動驅動，純發動機驅動，發動機電機并聯驅動，發動機給電池充電，制動能量回收。P3構型能夠實現的功能：發動機啟停，純發動機驅動，純電驅動，發動機電機并聯驅動，制動能量回收。比較得出，P2構型在實現功能上面優于P3構型。在整車布置方面對同一個車型采用P2，P3兩種構型，P2構型匹配60KW電機，P3構型匹配75電機進行仿真實驗。得出P2構型在利用變速器擋位變化情況下最大爬坡度以及節油性能優于P3構型。最后的仿真實驗如能在不同構型下匹配相同功率的電機，則更有說服力。

此外，國際汽車領域的大公司也相繼在混合動力P2構型上投入研發與生產。博格華納公司在2018年4月25日的北京國際汽車展覽會的展臺上重點展示了P2構型混動動力技術模塊的研發。舍弗勒公司在2018年3月16日在太倉投產舍弗勒全球首個P2混合動力模塊。國際大公司在P2構型的研發與投產也應證了P2混合動力構型廣闊的應用前景。

【參考文獻】

[1]廖永康.基于P2構型混合動力驅動模式切換扭矩協調控制研究[D].2017.

[2]寧甲奎，田輝.基于P2構型的混合動力汽車電機啟動發動機過程協調控制[J].傳動技術，2017.

[3]郭偉，徐向陽.P2結構混合動力系統協同控制[J].中國公路學報，2018..

[4]王淑旺，劉馬林.P2混合動力汽車用永磁同步電機溫度場分析[J].2016.

[5]姚帥，鐘海剛.HNSAE15196插電式混合動力汽車P2、P3技術方案對比分析[C].2015.

[6]Wang Junhua，Sun Qichun. Study on the Driveability During Engine Start Process for A P2 Hybrid Vehicle[J].2017.

[7]趙子亮，鄭益紅.單電機P2混合動力汽車發動機起機功能開發[C].2016.