混合動力車輛扭矩分配控制策略研究

吳光耀 周升輝 王春生 王帥 郭靖 陳聰

摘 要：混合動力車輛的開發過程中，扭矩分配是扭矩控制的核心，而扭矩分配直接影響到車輛的保電性，經濟性和加速性。文章以P0+P3+P4混合動力架構為例，詳細闡述了兩種不同扭矩分配策略的運行模式，驗證分析了這兩種扭矩分配策略在性能方面的優劣。

關鍵詞：扭矩分配;保電性;經濟性;加速性

中圖分類號：U469.7 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）10-115-03

Research on Torque Distribution Control Strategy of Hybrid Electric Vehicle

Wu Guangyao， Zhou Shenghui，?Wang Chunsheng， Wang Shuai， Guo Jing， Chen Cong

（BYD Automobile Industry Co.?Ltd.， Guangdong Shenzhen 518118）

Abstract：?In the process of hybrid electric vehicle development， torque distribution is the core of torque control， and torque distribution directly affects the vehicles electrical performance， economic performance and acceleration. Taking P0+P3+P4 hybrid vehicle architecture as an example， this paper expounds the operation modes of two different torque distribution strategies in detail， and verifies the advantages and disadvantages of these torque distribution strategies in terms of perfor?-mance.

Keywords： Torque distribution; Electrical performance; Economic performance; Acceleration

CLC NO.： U469.7 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）10-115-03

前言

在混合動力車型的開發過程中，國內外各大汽車公司根據市場定位、技術路線的不同，推出了多種不同布置架構的混合動力車型，混合動力全時四驅P0+P3+P4架構是最近應用較多的車型，這種架構既滿足了動力性的要求，同時也具有良好的經濟性和操作性能。本文針對此架構的混合動力車輛，開發出發動機優先驅動和電機優先驅動兩種不同的扭矩分配策略，同時驗證了其經濟性、保電性和加速性的優劣。

1 發動機優先驅動策略

1.1 純電模式驅動

駕駛員需求扭矩來自于油門深度和車速，在純電模式下，由前后電機承擔驅動任務。在車輛起步階段，30km/h以下前后電機各承擔50%的驅動扭矩分配比例;50km/h以上后電機承擔90%的驅動扭矩，30km/h到50km/h車速段，后電機分配比例由50%過度至90%，以保證分配比例的平滑轉移。在正常驅動過程中，如果分配的驅動扭矩超出電機的能力，則將多余的驅動扭矩分配給另一個電機。

1.2 混動模式驅動

在混動模式下，由發動機和前后電機共同參與驅動。首先依據車速分配發動機驅動扭矩，剩余的駕駛員需求扭矩則分配給前后電機。為保證車輛的加速性和經濟性，在50km/h以下車速段，發動機分配70%的駕駛員需求扭矩驅動車輛，前后電機承擔30%的驅動扭矩。如果電機扭矩分配過少，與傳統燃油車變化不大，體現不出電機響應扭矩快的優勢，即車輛的加速性得不到保證;電機分配扭矩過多，則車輛的保電性和經濟性將受到影響。120km/h以上，電機不參與驅動，只有發動機參與驅動;在50km/h至120km/h之間，電機分配扭矩由30%過度到0%，以保證電機驅動和發動機驅動的平滑過度。

前后電機分配的驅動扭矩按照優先后電機分配的原則，優先后電機驅動，當分配給后電機的驅動扭矩大于后電機的能力時，前電機分配剩余的驅動扭矩。

在發動機運行時，不單要承擔驅動的任務，還要承擔發電的責任。當分配給發動機的驅動扭矩在發動機的經濟扭矩之下時，發動機按照標定的發電扭矩由BSG發電，但發動機總的輸出扭矩不會超過經濟扭矩;如果分配給發動機的驅動扭矩已經大于發動機的經濟扭矩線，則發動機仍然工作在經濟扭矩負荷點，不足的驅動扭矩轉移給前后電機，此時發動機不再發電。

1.3 回饋模式

當駕駛員松開油門踏板或者踩制動踏板時，整車進入回饋模式，回饋的扭矩有前后電機或者和BSG共同承擔。當車速在40km/h以下時，優先后電機分配扭矩，50km/h以上時，前后電機各承擔50%的回饋扭矩，40km/h至50km/h為分配扭矩的過度階段，以保證扭矩的平滑過度。

1.4 模式切換

在車輛駕駛臺上有EV按鍵和HEV按鍵，由駕駛員控制EV模式和HEV模式的切換，但是也不是所有情況下兩個模式都可以互相切換。在整車SOC很低，或者受低溫影響電池放電功率很低，或者電池、電機發生故障時，電量釋放受限的情況下，HEV模式是無法切換至EV模式的;同樣，如果在發動機系統或者變速箱系統出現故障時，EV模式不可以切換至HEV模式。

正常情況下，EV模式也是會自動切換至HEV模式的，比如道路傾角過大，或者駕駛員需求扭矩超過限制值等情況;如果道路傾角逐漸變小或者駕駛員需求扭矩小于限制值，則又會再自動切換至EV模式。

2 電機優先策略

2.1 純電模式驅動

純電驅動模式，電機優先驅動策略和發動機優先驅動策略一樣，駕駛員需求扭矩來自于油門深度和車速，由前后電機共同承擔驅動任務。

2.2 混動模式驅動

在混動模式下，由發動機和前后電機共同按照扭矩分配參與驅動。車速在30km/h以下，為體現電機扭矩響應快的特點，全部由前后電機承擔驅動扭矩;車速在100km/h以上，發動機和前后電機各承擔50%的驅動扭矩;30km/h至100km/h之間，電機的分配扭矩由100%逐漸減少至50%。

前后電機分配的驅動扭矩按照優先后電機分配的原則，優先后電機驅動。當車速在30km/h以下，前后電機各承擔50%的電機驅動扭矩，50km/h以上，后電機承擔100%的電機驅動扭矩，30km/h至50km/h之間則后電機的分配扭矩由50%過度到100%，以保證扭矩的平穩轉移。當分配給一個電機的驅動扭矩大于該電機的能力時，將剩余的驅動扭矩分配給另一個電機。

在發動機運行時，不僅要承擔驅動的任務，還要承擔發電的責任。當分配給發動機的驅動扭矩在發動機的經濟扭矩之下時，發動機按照標定的扭矩由BSG或者前電機發電，發動機總輸出扭矩仍然不會超出經濟扭矩;如果分配給發動機的驅動扭矩已經大于發動機的經濟扭矩線，則發動機仍然工作在經濟扭矩負荷點，不足的驅動扭矩轉移給前后電機，此時發動機不再發電。

2.3 回饋模式

同發動機優先策略一致，當車輛滑行時有滑行回饋扭矩，當駕駛員踩制動踏板時有制動回饋扭矩，此兩種回饋扭矩都有前后電機或者BSG電機承擔。

2.4 模式切換

同發動機優先策略一致，EV模式和HEV模式的切換除了受功率啟停、坡道、電機，電池和發動機因素的自動切換之外，也受駕駛員人為控制。

3 保電性能對比

為對比兩種不同的扭矩分配策略，使用同一輛車，分別在山路和城市道路驗證了策略對保電性能的影響。每種路況測試三次，每次都是相同的道路，相同的距離，分別記錄車輛SOC的變化結果如下兩圖。

從圖1城市道路和圖2山地道路保電性對比圖可以看出，電機優先輸出的保電性是優于發動機優先輸出策略的。

4 經濟性對比

為對比兩種不同的策略，在測試經濟性的同時也分別測試了燃油消耗量，記錄結果如下兩圖。

由圖3和圖4可以看出，發動機優先輸出的策略油耗較低，經濟性能較好。

5 結論

（1）無論是發動機優先輸出策略還是電機優先輸出策略，在一定的條件下都考慮了發動機帶動BSG電機或者前電機進行發電，所以在非山地道路行駛，保電性能都可以得到保證，但電機優先輸出策略要優于發動機優先輸出策略。

（2）由于在運行中，發動機優先輸出策略基本都工作在經濟扭矩負荷點，所以發動機優先輸出策略的經濟性稍優于電機優先輸出策略;

（3）兩種策略在駕駛過程當中，電機優先驅動策略的加速性能更好，發動機優先的策略受限于發動機扭矩輸出滯后的缺點，加速性能稍差。

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