混合动力轿车多能源动力总成控制系统研制与开发

2006年(第28卷)第6期

汽 车 工 程AutomotiveEngineering

2006(Vo.l28)No.6

2006115

混合动力轿车多能源动力总成控制系统研制与开发

王晓明,谢 辉,吴志新

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(11中国汽车技术研究中心,天津 300162; 21天津大学,天津 300072)

[摘要] 介绍某型混合动力轿车多能源动力总成控制系统的设计思想和关键技术,着重阐述混合动力系统功能设计、控制逻辑和策略、系统硬软件设计以及动力系统台架联合调试的情况。研究轻度并联混合动力系统的控制策略、CAN通信、测试和试验等技术和方法,通过提高系统的控制功能和性能,最终达到改善混合动力汽车的动力性、经济性及排放等目的。

关键词:混合动力电动汽车,动力控制单元,控制策略,台架试验

TheResearchandDevelopmentofPowerControlUnitforHybridElectricVehicle

WangXiaoming,XieHui&WuZhixin

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11ChinaAutomotiveTechnologyandResearchCenter,Tianjin 300162; 21TianjinUniversity,Tianjin 300072

[Abstract] Thepaperpresentsthedesignconceptandkeytechnologiesofpowercontrolunit(PCU)forhy2bridelectricvehicle(HEV)withemphasisputonfunctiondesign,controllogicandstrategy,systemhardwareand

softwaredesign,aswellastestbenchdebuggingofPCU.Thecontrolstrategy,CANbusandtestingtechniquesofmildparallelHEVarealsostudied.Asaresul,tthecontrolfunctionofthesystemisenhancedandtheperform2ance,fueleconomyandemissionofHEVareimproved.

Keywords:HEV,Powercontrolunit,Controlstrategy,Benchtest

动力性、燃油经济性和排放特性。

1 前言

2 轻度并联混合动力控制策略

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

*天津市科委重点科技攻关项目(023183611)资助。

48211 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/

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期

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。

图1 轻度并联混合动力总成

(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。

213 控制模式和能量分配策略设计

如图2所示,将控制模式分成工况管理层和能量管理层2个层次,分别由驾驶模式解释器、模式调度器和能量管理解释执行器(EMI)依次逐层进行模

[2]

式判断和执行。

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(3600r/min),最大功率为41kW(6000r/min);电机最大转矩为62N#m,额定转速为2000r/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212 混合动力系统功能定义

[1]

。

图2 混合动力系统分层控制模式示意图

/驾驶模式解释器0根据驾驶员的驾驶操作来决定车辆的驾驶模式,其主要的判断条件为钥匙位置、加速踏板位置、制动踏板位置、离合器位置、挡位信号以及发动机工作状态。根据这些判断条件,将车辆运行分成5种驾驶模式:停车模式、起动模式、怠速模式、行驶模式和制动模式。针对不同的驾驶模式,/模式调度器0调用相应的/能量管理解释执

行器0。EMI根据加速踏板位置、制动踏板位置、电池SOC状态、车速以及其他信号等来决定发动机和电机之间的转矩耦合问题,同时通过能量管理算法

来计算发动机和电机的转矩分配需求。在每一种控制模式中都有两种或更多的算法来进行管理。例如对于起动模式,根据发动机冷却水温的高低,分别执行发动机冷起动或热起动策略;对于行驶模式,则有

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巡航算法、充电算法以及助推算法;对于怠速充电,则有自动充电和强制充电两种方案

[3-5]

。

4 台架试验

411 试验目的及内容

(1)主控制器、智能仪表、电机控制器、电池管理系统(锂离子电池管理系统和镍氢电池管理系

统)等部件的CAN总线协议执行情况。

(2)协调动力系统的电源供给逻辑和握手逻辑。

(3)并联式混合动力系统各个子系统控制部件联合工作的通信能力测试;各个系统电源供给逻辑和握手逻辑测试;混合动力系统控制策略验证与工况测试。

412 试验和测试系统

台架调试时的动力控制系统如图3所示,它主要由测功机、多能源动力总成主控制器、TJ376QE发W永磁同步电机的动力总成、发动机动机10kECU、电机控制器、动力电池组、电池管理系统、上位机监控标定、智能仪表和驾驶室模拟环境等组成。在台架上发动机和电机经过机电耦合,电机和电力测功机通过万向节相连,实现对动力总成转矩的测量,测功机还可以测量发动机的水温、进气温度和转速等物理量。油耗仪主要负责对发动机油耗的测量,电机控制器从CAN总线上接受主控制器的控制状态和转矩来控制电机,并监控电机的状态。电池管理系统负责对动力电池组状态进行监视和管理,并将状态信息发送到CAN总线上。主控制器负责协调发动机状态管理、转矩分配、发动机电子节气门的控制以及故障诊断处理。混合动力监控和标定系统通过接受CAN总线上所有的数据帧,解析后将信息实时显示在监控界面上,并向主控制器发送标定信息。驾驶室模拟操作台包括钥匙、离合器、挡位、加速踏板和制动踏板等 …… 此处隐藏：3035字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……