混合动力轿车多能源动力总成控制系统研制与开发

1 前言

多能源动力总成控制系统是混合动力车辆的控制平台和指挥中心,负责采集和感知各种物理量,做出正确判断和计算,控制开关、继电器、电机和发动机等执行器件,实现能量管理和动力分配。多能源动力总成控制系统通过燃油经济性、排放以及动力性等目标控制,能够达到发动机和电动机的最佳动力匹配。多能源动力总成控制系统还是车辆的神经中枢,负责各电控单元的网络通信和信息交互。它的开发过程综合了仿真、控制策略、ECU 软硬件设计、硬件在环测试、监控系统开发、故障诊断与处理、CAN通信、台架试验和道路试验等研究内容,通过综合运用先进的技术和科学的方法,大大地提高了系统的控制和管理功能,从而提高混合动力汽车的动力性、燃油经济性和排放特性。

2 轻度并联混合动力控制策略

2.1 混合动力总成结构

混合动力系统采用了转矩复合的方式,以汽油机为主动力,电动机为辅助动力。混合动力系统将电动机直接安装在发动机曲轴动力输出端,取代了发动机飞轮,既传递动力又减缓曲轴扭转振动。传动系统采用机械离合器与手动变速器。图1为开发的混合动力轿车动力系统结构示意图。原车的4缸113L汽油机(丰田8A ) 更换成3 缸110L 汽油机(376QE) ,在汽油机的飞轮位置安装一个10kW 永磁同步电机,电机转子和发动机曲轴直接相连,定子固定在发动机机体上。它既可以为电动机提供正转矩也可以为发电机提供负转矩。永磁电机与144V /18A·h锂离子(镍氢)电池组相连。传动系采用5挡手动变速器。发动机的最大转矩为8019N·m ( 3600 r /min) ,最大功率为41kW (6 000 r /min) ;电机最大转矩为62N·m,额定转速为2 000 r/min。发动机的节气门被重新设计为电控节气门,接受主控制器控制。主控制器通过控制电控节气门开度和管理电控喷油器功率回路,实现对发动机的转矩控制和起停管理。主控制器通过CAN总线与电机控制器和电池管理系统交换信息,通过CAN总线向电机控制器发出转矩指令,实现对电机转矩的控制。

2.2 混合动力系统功能定义

轻度并联混合动力系统的基本功能定义如下。

(1) 自动起停功能,包括怠速停机和自动起动两部分。在怠速工况,如果满足合适的条件,将会停止发动机运转,从而消除了怠速工况下高能耗和高排放;在起动过程中,通过电机将发动机带到怠速转速以上后,发动机开始正常工作,避免了起动工况的高能耗和高排放。

(2) 在行驶过程中,电机工作在发电机状态,改善此工况下发动机特性。混合动力系统能够给蓄电池充电,并使发动机工作在高效率低能耗区域。

(3) 电机工作在电动机状态,提供辅助功率,改善此工况下发动机特性,提高整个系统的动力输出。

(4) 在制动过程中,采用能量回馈技术,可以合理地调整再生能量并存储到蓄电池组,达到降低能耗和提高效率的目的。

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