一種增程式電動車控制策略分析方法

摘要：增程式電動車是一種搭載增程器的純電驅動汽車，發動機通過增程電機及其控制器輸出電能，以電力傳動的形式為整車提供動能。在分析某型增程式電動車的動力架構、動力參數以及整車基本控制策略基礎上，于整車轉轂試驗室進行行駛試驗，對車輛實際行駛過程中的車速、電功率等數據進行采集，實現增程式電動車整車運行策略的綜合分析，為增程式電動車控制策略分析提供一種可行方法。

關鍵詞：增程式電動車；控制策略；分析方法

0 前言

增程式電動車集成了電動車和傳統汽車的優點，保證電動汽車優良的駕駛性同時，又能滿足駕駛員不同行駛里程的需求［1］。增程器的發動機動力輸出端與車輪完全解耦，可以在保證整車能量需求的同時能量效率最優。

增程器的控制策略是影響整車能耗的關鍵因素之一，需要對增程器控制策略進行驗證和評價。目前增程器控制策略的驗證及評價通常采用仿真或路試，優點是實施簡單，缺點是精度有限且缺少統一標準。本文對某型增程式電動車的動力系統以及運行策略進行分析，進行標準工況轉轂試驗，對整車控制策略分析和評價。

1 增程式電動車整車動力系統分析

增程式電動車動力系統主要由發動機控制單元（ECU）、增程電機控制單元（GCU）、驅動電機控制單元（MCU）、整車控制單元（VCU）、電池管理系統（BMS）和其他輔驅系統等組成［2］。ECU 控制發動機系統，GCU 和MCU 物理集成，分別控制增程電機及驅動電機；BMS 負責電池系統；VCU 協調ECU、GCU、BMS 和輔驅系統。某型增程式電動車動力參數如表1 所示。

2 增程式電動車整車運行策略

對于小電池方案的增程式電動車策略中主要由車輛起動、車輛加速、平穩行駛、車輛減速四種主要工況的子策略組成。

（1） 車輛起步：整車高壓接通后增程器啟動，通過小功率發電，熱機完成后作為儲備動力響應整車需求。

（2） 車輛加速：加速時增程器啟動后運行在高效點。當需求功率超過增程器高效點功率和電池功率之和，增程器進入功率跟隨模式，靈活調度滿足車輛行駛需求。

（3） 車輛平穩行駛：車速較低時增程器不啟動，整車采用純電行駛；在電池功率不足時增程器啟動并恒定運行在最高效點。減速時增程器適時停機，進行動能回收。

3 增程式電動車行駛試驗及結果分析

為采集整車運行數據，在轉轂試驗室進行整車行駛試驗，車速根據全球統一輕型車測試規程（WLTC）循環執行，此測試循環可更加真實的模擬用戶工況［3］。

3. 1 車速對增程式電動車整車控制策略的影響

圖1 為車速曲線；圖2 為增程電機輸出功率，紅線為負時增程器發電，為正時增程器啟動消耗功率；圖3 為控制器母線功率曲線，即MCU 和GCU的功率代數和，當母線功率為正時電池向電機控制單元供電，當母線電流為負電機控制單元向電池充電。

從圖1 中可以看出，WLTC 循環的前兩個加速曲線大致相同。從圖2 中車輛啟動后增程器小功率發電，發電功率約為3～4 kW，第一次加速增程器未明顯受影響，；車輛第二次加速時，增程器加大功率，車輛減速階段增程器退回至熱機，功率約4～5 kW。

根據圖1 和圖2 在車輛第三次加速時，增程器啟動至高效功率點運行，未再進入熱機工況。

隨后車速在35 km/h 以下時增程器不啟動，在車速超過35 km/h 以上繼續加速則增程器啟動，啟動時車速并不固定。

增程器在車速65 km/h 以后平緩行駛時基本維持在高效點；車速超過100 km/h 或車速大于65km/h 伴隨急加速需求時增程器以最高效運行點為基礎，進入功率跟隨模式。

在100 km/h 以上且減速工況時，增程器退回高效點運行，車速低于40 km/h 繼續減速增程器直接停機。

對比圖1 和圖3 中可以看出低速階段可以充分進行回饋制動，減速時進行能量回收。

3. 2 SOC 對增程式電動車整車控制策略的影響

為滿足法規要求并保證動力性，需要控制電池SOC 較低且變化范圍小。增程器啟停有以下因素：

（1） 當電池SOC 為25% 時，車速超過40 km/h且繼續加速；

（2） 當電池SOC 低于20% 時，增程器啟動條件變為車速超過35 km/h 且繼續加速。

當車速低于40 km/h 且繼續減速時增程器直接停機。

3. 3 增程式電動車行駛試驗策略分析

根據以上分析，增程式電動車上電后，其控制策略按時序需要主要分為：熱機階段、正常行駛及可能出現的超高速運行階段。

（1） 熱機階段：熱機分兩階段，一階段增程器隨車輛啟動，小功率發電增程器快速熱機，二階段在熱機功率點基礎上可隨車輛功率需求調整，為車輛提供動力。

（2） 正常行駛階段：車輛低速時增程器不啟動，SOC 超過25% 時車速超過45 km/h 增程器啟動；SOC 在20%～25% 時，車速超過40 km/h 增程器啟動，SOC 在低于20% 期間，車速超過35 km/h增程器啟動運行至最高效區間，減速且車速小于40 km/h 增程器停機。

（3） 高速階段：時速超過65 km/h 急加速或時速超過100 km/h 后增程器進入功率跟隨。減速過程中，增程器退回18 kW 高效點，40 km/h 以下繼續減速增程器停機，由驅動系統進行能量回收。

4 結語

本文提出一種增程式電動車控制策略分析方法，并針對某型增程式電動車進行測試及分析得出以下結論：增程式電動車整車控制策略中輸入維度至少包含以下要素：

（1） 車速及當前加減速狀態；

（2） 加速時電池SOC 及行駛過程中的SOC變化；

（3） 發動機水溫或預熱時間等。

經過試驗，該型增程式電動車具備以下優點：

（1） 增程器啟動以高效區為基礎調度整體效率最優；SOC 變化范圍較小，時刻具備的瞬時功率響應能力；

（2） 增程器低速時不啟動，車速較高時可利用行車噪聲掩蓋動力系統噪聲。

參考文獻

［ 1 ］ 劉凱，李捷輝，章舒韜. 基于優化功率跟隨控制的E-REV 能量管理策略研究[J]. 車用發動機2024，（2）：60-67.

［ 2 ］ 李琳，劉大亮，韋健林，等. 基于串聯式增程汽車多種工況的優化控制策略[J]. 汽車電器，2019（11）：28-30.

［ 3 ］ 李吉安，姚建明，吳旭陵. 基于發動機穩態工況的整車WLTC 循環油耗研究[J]. 內燃機工程，2016，37（6）：235-240.