P2 架構混合動力控制策略概述

賈林娜，方立輝，辛海霞，郝美剛，王建勛

（哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司技術中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

1 引言

隨著國家對新能源汽車產業推廣政策重視和扶持力度加大，新能源汽車產后發展主要集中在純電動汽車和油/電混合動力汽車上，因這兩種汽車在節能與環保方面的較高可行性，有望成為下一階段新能源汽車的主流，屆時世界汽車將擺脫依靠石油能源的時代，進入單一的新能源汽車時代。

順應市場競爭需求，滿足法律法規要求，從企業長遠發展需要考慮，通過對標國內外混動汽車技術，自主研發P2構架混動動力控制系統，此版軟件策略開發已完成臺架演示階段驗證，整機動力性能和經濟性能滿足新法規要求，策略符合設計目標。此項目開發完成奠定了公司在新能源開發領域的基礎，為公司產品轉型升級奠定了基石。

1.1 P2 構架混合動力

本項目基于公司成熟發動機4G15T 與六檔自動變速器開發混合動力系統，系統基本信息如圖1 所示，動力系統主要由 1.5T 發動機、6AT 與 ISG 電機組成，發動機與ISG 之間采用離合裝置K0 連接，屬于典型的 P2 混合動力系統。該動力系統提供自動、純電、電量保持、手動擋模式等多種駕駛模式，純電續駛里程大于50km，純電最高車速大于120km/h。

圖1 P2 混合動力系統示意圖

1.2 CAN 總線網絡設計

控制器節點較多，CAN 總線網絡共設4 路CAN，分CAN網絡總體設計框架如圖2 所示。

動力CAN 網絡主要實現HCU 與MCU、BMS、EMS、OPU 控制器間信息交互。

傳動CAN 網絡主要由于TCU 使用的是傳統汽油機動力總成TCU，為規避傳統EMS 與TCU 傳遞信息干擾，所以專設1路CAN 實現TCU 與HCU 信息交互。

儀表CAN 網絡主要實現車輛整體狀態信息顯示交互。

充電CAN 網絡主要實現BMS 與車載充電機信息交互。

圖2 CAN 總線網絡設計框圖

2 控制策略

2.1 高壓上下電控制

圖3 高壓上電流程

鑰匙開關開啟，整車控制器上電后，首先檢測檔位信號、鑰匙開關信號等駕駛員駕駛指令，并通過CAN 總線接收高壓系統部件的工作狀態，執行高壓上電檢測，以判斷整車是否可以安全可靠地上高壓。整車上高壓之后，通過分析駕駛員操作指令和能源系統及動力系統的工作狀態等，對整車進行故障管理、行車模式調度、轉矩管理，并通過CAN 總線定時發送控制指令給執行部件。整個高壓上電流程如圖3 所示。

當車輛處于行車（起步/調速/超速）狀態下，鑰匙開關信號從ON 變為OFF 或者致命故障需要下電時，需要按照一定順序執行高壓下電流程，以防電機反電動勢燒毀空調等設備，整個高壓下電流程如下圖4 所示。

圖4 高壓下電流程

2.2 整車狀態控制

整車狀態管理主要依據當前的鑰匙狀態、檔位狀態、制動踏板狀態、電機轉速、車速、故障等級等整車狀態信息并結合項目中具體車輛，將整車狀態按工況分為5 種模式：停機模式、啟動模式、起步模式、調速模式、超速模式，管理圖如圖5 所示。

圖5 整車狀態管理

2.3 車輛運行模式控制

圖6 車輛運行模式

適應不同的駕駛需求，駕駛員通過觸發不同的模式開關，進入不同的車輛運行模式以滿足自身需求，本項目車輛運行模式分為四種：①Auto 即自動模式，為車輛默認的運行模式；②EV 即純電 模式；③Hold 即電量保持模式；④S/M 即手動擋模式。四種模式的轉換關系如圖6 所示。

2.4 能量流模式管理

本項目整車控制管理系統實現不同工況下混動系統起停、純電、助力、能量回收、純發動機驅動等11 種混動模式，各工況能量流模式如下圖7、8、9 所示：

圖7 待機工況能量流

圖8 驅動行駛工況能量流

圖9 滑行制動行駛工況能量流

2.5 不同模式下的扭矩分配管理和電池SOC 的控制策略

不同的車輛運行模式下，采用不同的扭矩分配策略和SOC 控制策略。

本項目策略可實現純電模式、電量保持模式、手動擋模式與自動模式四種運行模式，不同模式下電機與發動機都處于工作狀態下的扭矩分配和SOC 控制策略進行介紹。

2.5.1 純電（EV）模式

在電機持續功率能力范圍內均采用純電運行即在電機外特性曲線范圍內保持電機驅動模式，因此能量模式只有M3； 當SOC 降低至觸發低閥值時會自動退出EV 模式，進入AUTO 模式；在油門完全踩到底時，系統判斷有大扭矩需求，退出EV 模式，進入AUTO 全油門模式。EV 模式下能量管理如圖10。

圖10 純電模式管理

2.5.2 自動模式

待機工況：圍繞SOC 閥值，待機發電和發動機怠速兩個能量流切換。

驅動行駛工況：根據電量不同，能量及扭矩分配管理分為：高電量、中等電量和低電量三種情況，具體如下：

① 高電量情況,駕駛員需求扭矩在藍色區域為純電驅動（M3）；駕駛員需求扭矩在粉色區域為發動機單獨驅動（M7）；駕駛員需求扭矩在藍色線與紫色線（系統最大扭矩）之間為混合驅動（M5）。

② 中等電量情況，駕駛員需求扭矩在藍色區域為純電驅動（M3）、發動機驅動并發電（M6）兩種能量流模式；駕駛員需求扭矩在粉色區域為發動機單獨驅動（M7)；駕駛員需求扭矩在灰色以及綠色區域為混合驅動（M5)，綠色曲線含義：混合驅動（M5）受SOC 值減小的影響，電機逐步減小助力扭矩，當SOC 降至低閥值，以發動機外特性單獨驅動。

③ 低電量情況，由于SOC 閥值較低，此時為了提高充電速度，抬高發動機的發電扭矩，如圖11 中發動機高效扭矩線，此時無論駕駛需求扭矩在落在哪個區域，都會起動發動機充電將SOC 拉高，從而執行中等電量時的策略。

制動、滑行工況：高壓蓄電池SOC 值高于一定閥值時，禁止電機對電池充電，在SOC 值低于此閥值時，制動并進行能量回收。

2.5.3 其他模式

手動模式及電量保持模式在不同工況下能量流分配與自動模式相同，即待機工況下，圍繞SOC 閥值，實現待機發電和發動機怠速兩個能量流切換；其中手動模式，因SM 模式下發動機常運轉，起步時能量流均為M3-1 電機驅動、發動機怠速。驅動行駛工況下，根據電量和駕駛需求扭矩落在不同區域來決定能量流形式；制動工況，SOC 值低于過充保護閥值，制動并進行能量回收。

2.6 測試驗證

圖14 測試驗證數據分析圖

本項目策略設計完成后，進行了不同模式、不同工況條件下整機演示測試，通過對測試數據的分析（如圖14），充分驗證策略符合性。

同時，為驗證策略實際節油效果，進行法規工況油耗測試，油耗低于法規限值，策略有效。法規工況綜合油耗測試結果見表1 所示。

表1 法規工況綜合油耗測試結果(12.3KWh 電池）

3 結論

P2 構架混合動力控制策略開發已經通過演示驗證，節油效果顯著，達到預定目標，取得了開發成效。

混合動力控制策略開發，是企業向新能源開發挺進所取得的重大成果，是企業產品轉型的重要舉措，新能源技術產品將逐步取代傳統產品，隨著市場不斷推進，將成為企業未來發展主力軍、是企業效益新的增長點。