許永紅， 章國光， 潘奕然， 吳肇蘇

（東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心， 湖北 武漢 430058）

1 引言

汽車工業(yè)的發(fā)展、汽車保有量的增加，以及石油資源的枯竭和環(huán)境的污染，對傳統(tǒng)汽車工業(yè)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，遵循能源發(fā)展形勢及能源發(fā)展戰(zhàn)略，研發(fā)和使用節(jié)能減排的新能源汽車已經(jīng)成為解決能源和環(huán)境問題的必由之路。插電式混合動力汽車（Plug-in hybrid electric vehicle，簡稱PHEV），是介于純電動汽車與燃油汽車兩者之間的一種新能源汽車，兼顧了純電動車和燃油車的優(yōu)勢，既可實(shí)現(xiàn)純電動零排放行駛，也能通過混動模式增加車輛的續(xù)駛里程，是解決排放問題的一個重要手段。

目前已量產(chǎn)的插電式混合動力汽車有豐田PRIUS PHEV、通用VOLT、三菱歐藍(lán)德PHEV、比亞迪唐等。東風(fēng)也開發(fā)了插電式SUV車型。本文對東風(fēng)某插電式SUV車型混合動力總成結(jié)構(gòu)、控制策略等進(jìn)行分析討論。

2 東風(fēng)PHEV混合動力系統(tǒng)構(gòu)成

混合動力系統(tǒng)將發(fā)動機(jī)動力和電機(jī)動力通過電氣線路和耦合器耦合，并向車輪傳遞，是PHEV車型核心的關(guān)鍵技術(shù)［1］。

東風(fēng)某插電式SUV車型配置的HP2多模混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由電驅(qū)動系統(tǒng)、高壓供電系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。電驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動電機(jī)、發(fā)電機(jī)、雙電機(jī)控制器、集成的DCDC、多模變速箱構(gòu)成。高壓供電系統(tǒng)由動力電池包構(gòu)成。其中，發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)分別與減速箱的3個輸入軸連接。在不同工況下，發(fā)動機(jī)、驅(qū)動電機(jī)、電動機(jī)的動力在減速箱耦合后，輸出到差速器，驅(qū)動車輪。

HP2多模混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，擯棄了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的動力分配裝置及機(jī)電耦合系統(tǒng)，采用兩個小型電機(jī)分別驅(qū)動，可有效減少單電機(jī)驅(qū)動時(shí)電機(jī)功率及電機(jī)體積，占用空間小，傳動效率高。

圖1 多?；旌蟿恿ο到y(tǒng)

2.1 電機(jī)系統(tǒng)

電機(jī)系統(tǒng)包括驅(qū)動電機(jī)總成、發(fā)電機(jī)總成、集成DCDC的雙電機(jī)控制器總成。

驅(qū)動電機(jī)總成和發(fā)電機(jī)總成均采用永磁同步電機(jī)方案，雙電機(jī)控制器可以同時(shí)控制發(fā)電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)按整車策略工作，滿足整車驅(qū)動與發(fā)電功能需求。東風(fēng)某插電式SUV發(fā)動機(jī)取消了啟動機(jī)配置，車輛啟動時(shí)，發(fā)電機(jī)通過減速箱里的齒輪副，帶動發(fā)動機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)，啟動發(fā)動機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)啟停功能。在車輛電池電量低于某值時(shí)，發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，給驅(qū)動電機(jī)及動力電池供電，實(shí)現(xiàn)發(fā)電及串聯(lián)驅(qū)動功能。表1列出了電機(jī)總成主要性能參數(shù)。

表1 電機(jī)總成技術(shù)參數(shù)

DCDC總成集成在控制器中，替代了發(fā)動機(jī)上的發(fā)電機(jī)功能，將動力電池350V高壓電轉(zhuǎn)化為12V低壓電，保證整車儀表、燈具、各類控制器等低壓用電設(shè)備正常工作。表2列出了電機(jī)控制器及DCDC總成主要技術(shù)參數(shù)。

表2 電機(jī)控制器集成DCDC總成技術(shù)參數(shù)

2.2 機(jī)電耦合系統(tǒng)

HP2多模混合動力系統(tǒng)機(jī)電耦合器采用了固定速比式多模變速器方案，結(jié)構(gòu)簡單，成熟可靠。圖2展示了多模變速器工作原理。在整車中低速運(yùn)行時(shí)，變速器內(nèi)部離合器分離，整車進(jìn)入EV模式（電池電量充足，由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動車輛）、RE-EV模式（電池電量不足，發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動車輛）；在整車高速運(yùn)行時(shí)，變速器內(nèi)部離合器結(jié)合，整車進(jìn)入HEV模式（發(fā)動機(jī)、驅(qū)動電機(jī)可同時(shí)驅(qū)動車輛）。多模變速器技術(shù)參數(shù)表見表3。

圖2 多模變速器工作原理

表3 多模變速器主要技術(shù)參數(shù)

2.3 動力電池

圖3所示為HP2多模動力系統(tǒng)動力電池包，采用三元動力電池組，電池組與電池管理系統(tǒng)、檢修開關(guān)、快速連接器集成、高壓配電系統(tǒng)、電池箱體設(shè)計(jì)為一體，通過箱體6個懸置點(diǎn)安裝固定在車身地板下方?？梢詽M足電機(jī)峰值工作充、放電性能要求、充電時(shí)間要求，及強(qiáng)電安全、整車碰撞安全要求。動力電池包技術(shù)參數(shù)表見表4。

3 多?；旌蟿恿ο到y(tǒng)控制策略

3.1 多模混合動力系統(tǒng)功能

通過離合器的結(jié)合和分離，HP2多?；旌蟿恿ο到y(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動模式、串聯(lián)驅(qū)動模式、并聯(lián)驅(qū)動模式、發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式、行車發(fā)電模式、駐車發(fā)電模式、制動能量回收模式、混聯(lián)驅(qū)動8種行駛模式。圖4展示了并聯(lián)驅(qū)動模式下能量流示意，發(fā)動機(jī)動力和驅(qū)動電機(jī)動力，在多模減速箱內(nèi)耦合，通過差速器傳遞到驅(qū)動輪。

不同行駛模式時(shí)，各部件工作狀態(tài)見表5。

3.2 多?；旌蟿恿ο到y(tǒng)控制策略

3.2.1 驅(qū)動力分配與能量管理原則

PHEV多?；靹酉到y(tǒng)驅(qū)動力分配，需要綜合考慮整車動力性和經(jīng)濟(jì)性的要求［2］（表6）。

圖3 PHEV動力電池包

表4 PHEV動力電池包技術(shù)參數(shù)

圖4 并聯(lián)驅(qū)動能量流示意圖

表5 不同驅(qū)動模式下驅(qū)動系統(tǒng)部件工作狀態(tài)

表6 PHEV動力總成參數(shù)匹配影響要素

通過分析整車性能需求，同時(shí)兼顧整車性能和電池壽命，確定了不同車速/電量下驅(qū)動力分配原則：純電動行駛應(yīng)能提供日常使用，混合動力使用時(shí)較好動力性。具體方案如下。

1） 電量充足時(shí)，純電動行駛優(yōu)先使用。

2） 電池消耗到一定時(shí)（SOC＜30%），作為混合動力車使用。

3） 中低速或中低負(fù)荷，驅(qū)動由電機(jī)完成，要保證日常純電動。

4） 中高速或中高負(fù)荷，驅(qū)動由發(fā)動機(jī)單獨(dú)完成。

5） 急加速或超速時(shí)，電機(jī)跟進(jìn)助力，實(shí)現(xiàn)動力從低速到高速有效過渡。

3.2.2 工作模式切換方案

依照上述能量管理原則，HP2多模動力系統(tǒng)在行駛過程中可根據(jù)電池SOC、加速踏板深度和車速的變化，在不同的行駛模式間進(jìn)行切換。圖5展示了PHEV車型行駛模式切換方案。

當(dāng)SOC值較高時(shí)，車輛以EV模式起步，在較低的車速且較小的油門開度條件下，車輛可保持在EV模式；當(dāng)加速踏板開度加大時(shí)，車輛進(jìn)入并聯(lián)驅(qū)動模式，發(fā)動機(jī)與電機(jī)同時(shí)參與驅(qū)動；隨著車速增高，車輛進(jìn)入發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式，并能根據(jù)電池SOC狀態(tài)，對電池進(jìn)行行車發(fā)電。

如電池SOC值較低，車輛只能以串聯(lián)驅(qū)動模式起步，并根據(jù)油門開度的變化，在串聯(lián)驅(qū)動-發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式間切換。

圖5 PHEV車型行駛模式切換方案

4 多模混合動力模塊應(yīng)用

HP2多模動力系統(tǒng)首款搭載車型為東風(fēng)某插電式SUV，已完成整車搭載試驗(yàn)。整車試驗(yàn)結(jié)果表明，對比搭載同型號發(fā)動機(jī)的傳統(tǒng)車型，搭載HP2模塊時(shí)整車車重增加了約190kg，但整車總體性能明顯優(yōu)于基礎(chǔ)車型。

1） 整車百公里加速時(shí)間由12s提高到10.5s，提升率＞12%。

2） NEDC純電里程＞60km。

3） NEDC 綜 合 油 耗 由7.4L/100km 減 少 到5.5L/100km（HEV模式），HEV模式下節(jié)油率＞25%。

東風(fēng)某插電式SUV車通過以下方法達(dá)到了動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性的提升。

1） 整車及混合動力系統(tǒng)控制：高效的能量分配管理；實(shí)現(xiàn)EV驅(qū)動、外接充電、停車發(fā)電、串聯(lián)行駛、停車停機(jī)、滑行能量回收、制動能量回收等多種工況；優(yōu)化的發(fā)動機(jī)控制/標(biāo)定。

2） 動力總成更改：發(fā)動機(jī)輪系及進(jìn)排氣系統(tǒng)全新設(shè)計(jì)，滿足PHEV車型使用要求。

3） 基準(zhǔn)車輛參數(shù)控制：低滾阻輪胎、輕量化等。

5 結(jié)語

本文從關(guān)鍵部件方案、控制策略等方面對HP2多?；旌蟿恿ο到y(tǒng)技術(shù)方案進(jìn)行分析。模塊搭載整車后，整車性能優(yōu)于對比車型，有較強(qiáng)的競爭力。隨著HP2多?；旌蟿恿ο到y(tǒng)不斷完善和提高，最終可以以不同的混合動力方案搭載在多個車型上，如HEV車型、RE-EV增程式混合動力車型、PHEV插電式混合動力車型。