并聯混動車駐車發電時電機超速原因與方案分析

王麗萍， 王瀚州， 李 銳， 喻 尚， 殷 波

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院， 陜西 西安 710200）

1 故障現象

某重卡P2并聯非插電式輕混實驗車在測試駐車發電功能時，當SOC＞充電上限閾值停止充電瞬間電機超速，超出最大轉速2500r/min。

2 故障分析

2.1 原理分析

P2并聯非插電式輕混車駐車發電原理框架如圖1所示。

圖1 駐車發電原理框架圖

車輛在空擋狀態下，手剎拉起，SOC低于下限閾值時，駕駛員按下駐車發電開關進行充電，此時整車控制器HCU控制離合器結合，控制發動機以恒轉速工作，并工作在最佳燃油消耗率轉矩區間內，控制電機恒扭矩為電池充電。當SOC大于上限閾值時，停止駐車發電，斷開離合器，控制發動機和電機扭矩都為0。

通過原理和現象分析，駐車充電的過程中電機處于正常狀態，在充電完成的瞬間電機超速，通過現象考慮在電機充電完成瞬間仍有扭矩存在，即電機在無負載的情況下有扭矩運行，導致電機超速。

2.2 數據分析

發動機與電機基本參數見表1。

表1 發動機與電機基本參數

通過CAN設備采集實車CAN報文數據進行分析，采集數據見表2。

表2 實車CAN報文數據采集

在充電完成前一時刻過程中，HCU控制發動機和電機處于正常狀態，發動機恒轉速運轉，電機在恒扭矩運轉，由于駐車發電時離合器處于結合狀態，則此時電機轉速等于發動機轉速，數據顯示如圖2所示。

圖2 駐車發電時正常狀態數據

當隨著SOC一直上升，達到上限閾值時，即圖3時間約ts左右，駐車發電完成，需要將離合器斷開，控制發動機和電機扭矩為0，正常狀態下發動機轉速恢復到怠速，電機轉速應該下降到0，但由圖3所示，電機轉速并沒有恢復到0，而是有下降趨勢，電機轉速一直下降直到-2550左右，已經達到超速狀態。

圖3 駐車發電完成瞬間異常狀態數據

根據控制原理所知，當駐車發電完成時，HCU控制電機扭矩為0，且離合器斷開后，電機轉速自然恢復到0。但實際狀態電機扭矩并沒有變為0，但此時電機未帶任何負載，所以電機轉速達到超速狀態。因此需要排查此時電機扭矩的來源。

2.3 方案分析

通常情況下，整車控制模塊在對動力源進行扭矩控制需求時，考慮到發動機和電機響應特性的不同，為了更好地匹配動力源，一般會對扭矩進行梯度輸出，此梯度輸出值根據不同工況定義不同的梯度值。在駐車發電時，整車控制模塊對電機進行負扭矩控制以此來給動力電池充電。負扭矩輸出時需要經過梯度輸出計算。扭矩上升時采用上升梯度，扭矩下降時采用下降梯度。根據時間調度，每運行一次，對當前扭矩輸出進行一次梯度計算輸出，直到最終目標值。

原設計要求，當駐車發電標志為1時，前模塊輸出電機扭矩不需要梯度計算直接控制電機需求扭矩，當駐車發電完成時，即駐車發電標志為0時，輸出當前需求扭矩，并對當前需求扭矩進行梯度輸出。整車控制模塊按照圖4模型控制輸出，當駐車發電標志為0一瞬時，這一時刻當前需求電機扭矩已經為0，但上一時刻的電機輸出扭矩是駐車發電時扭矩控制值，導致電機扭矩在梯度輸出處理。即此時離合器斷開，空擋狀態下，電機已無負載，但電機扭矩由駐車發電扭矩緩慢回落到0，說明電機在無負載情況下進行扭矩控制，導致電機超速運轉。

圖4 電機扭矩梯度輸出模塊

3 解決措施

3.1 更改措施及仿真

由上所述，電機扭矩梯度模塊邏輯處理出現問題，將駐車發電標志做如圖5處理解決此問題。增加一個延遲模塊，當駐車發電由1變為0時，此刻電機扭矩仍不做梯度處理，當前需求電機扭矩為0，在此時刻輸出扭矩也為0。實現原設計要求，即當駐車發電標志=1不需要將當前需求進行梯度輸出，此時輸出扭矩為駐車發電扭矩，當駐車發電標志=0時輸出扭矩為當前需求扭矩。

圖5 電機扭矩過濾模塊更改方案

通過圖6所示仿真更改前與更改后結果對比區別如下。

圖6 方案更改前后仿真對比圖

1） 駐車發電開始，更改前直接變為駐車發電扭矩，更改后則逐漸變為駐車發電扭矩。

2） 駐車發電完成，更改前逐漸變為0，而更改后則由駐車發電扭矩直接變為0。

由圖6所示仿真結果可以看出，更改后方案更能真實反映設計之初要求，且更符合實際實車工況要求。

3.2 試驗驗證

將更改后模型生成代碼注入到控制器后，試驗驗證結果顯示，在駐車發電完成瞬間沒有再出現電機超速的情況，實驗數據如圖7所示。

圖7 更改后駐車發電完成變化狀態

由圖7所示，約t1左右，駐車充電完成瞬間，電機扭矩直接由駐車發電扭矩變為0，發動機轉速回落到怠速，電機轉速也經過一段時間在約t2左右逐漸變為0。由此驗證更改后方案可以解決電機超速的故障。

4 總結

電機長時間超速會影響機械結構的損害，一般情況電機供應商會在電機控制器MCU中做超速保護邏輯，可以起到一定的保護作用。但要從根本上解決問題還需要從整車扭矩控制邏輯來分析問題找出原因。

本文通過此故障的排查，簡單地介紹了混動車駐車發電的原理和相關控制器之間交互的控制邏輯。通過功能模塊的控制策略，分析Simulink搭建的軟件模型，從源頭開始排查模型的問題，最終確定問題點，再通過控制策略解決問題，提出了一種排查問題的思路，可以延伸到解決其他控制問題。同時也暴露了Simulink搭建的控制策略模型在前期仿真測試和HIL測試中的疏漏，對系統測試人員提出更高的要求，對測試用例的嚴謹提出更高的要求，需要更高強度的測試在前期能夠發現問題，避免實車測試時不可預知的問題導致更嚴重的事情發生。