48V混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略開發(fā)及試驗(yàn)研究

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1、第４期（總第２２５期）車用發(fā)動(dòng)機(jī)Ｎｏ．４（ＳｅｒｉａｌＮｏ．２２５）２０１６年８月ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥＡｕｇ．２０１６４８ＶＢＳＧ混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略開發(fā)及試驗(yàn)研究劉巨江，何宇，連學(xué)通（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州５１１４３４）摘要：傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)結(jié)合４８ＶＢＳＧ電機(jī)的弱混合動(dòng)力系統(tǒng)是應(yīng)對(duì)未來油耗法規(guī)的一種高性價(jià)比方案，其節(jié)油效果明顯、成本低、開發(fā)難度小。為研究４８ＶＢＳＧ混合動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)有車輛性能的改善效果，對(duì)一臺(tái)量產(chǎn)ＳＵＶ進(jìn)行了改造，在原有的發(fā)動(dòng)機(jī)上加裝了４８ＶＢＳＧ電機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了加速助力、能量回收、發(fā)動(dòng)機(jī)高速起動(dòng)

2、等混合動(dòng)力功能。在該車上，對(duì)上述混合動(dòng)力功能的控制策略進(jìn)行了研究與優(yōu)化，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。改造前后的ＮＥＤＣ循環(huán)測(cè)試表明，該系統(tǒng)能夠降低燃油消耗９．１％、ＴＨＣ排放３４．３％、ＮＭＨＣ排放３５．４％、ＮＯｘ排放６０．６％，并能大幅降低車輛起動(dòng)的振動(dòng)噪聲水平，提升車輛動(dòng)力性。關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力系統(tǒng)；ＢＳＧ；控制策略ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－２２２２．２０１６．０４．００８中圖分類號(hào)：Ｕ４６４．１４２文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ｂ文章編號(hào)：１００１－２２２２（２０１６）０４－００４４－０７混合動(dòng)力技術(shù)是未來汽車實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)ＳＵＶ（后文中簡(jiǎn)稱４

3、８Ｖ車），其原型車為２０１２年量鍵，但目前常見的混合動(dòng)力汽車都存在著節(jié)油率和產(chǎn)的暢銷車型（后文中簡(jiǎn)稱原型車）。原型車車輛參經(jīng)濟(jì)性的矛盾。弱混技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是起停技術(shù)成本數(shù)見表１。低、開發(fā)周期短，但其節(jié)油潛力有限，節(jié)油率為５％～表１原型車技術(shù)參數(shù)７％；強(qiáng)混技術(shù)能夠?qū)⒄囉秃慕档停玻担ヒ陨?，但是整車質(zhì)量／ｋｇ１５００成本高、系統(tǒng)復(fù)雜、量產(chǎn)難度大，短時(shí)間內(nèi)無法大規(guī)驅(qū)動(dòng)形式兩驅(qū)，前置前驅(qū)［１－３］模推廣。因此，尋找一種能夠有效折中節(jié)油率和排量／Ｌ１．８經(jīng)濟(jì)性的混合動(dòng)力方案顯得尤為重要。提高汽車電進(jìn)氣方式渦輪增壓氣系統(tǒng)的電壓水平，能夠大幅提高弱混方案中電機(jī)、

4、最大功率／ｋＷ１３０電池等部件的能力和效率，從而進(jìn)一步降低油最大功率轉(zhuǎn)速／ｒ·ｍｉｎ－１５５００［４－５］耗。最近，博世、大陸、法雷奧等供應(yīng)商提出了一最大扭矩／Ｎ·ｍ２３０種帶有ＢＳＧ電機(jī)（Ｂｅｌｔ－ｄｒｉｖｅｎＳｔａｒｔｅｄＧｅｎｅｒａｔｏｒ）的最大扭矩轉(zhuǎn)速／ｒ·ｍｉｎ－１１５００～５５００［６－７］４８Ｖ弱混系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速起停，并具１００ｋｍ燃油消耗量／Ｌ８．２有短時(shí)加速助力和制動(dòng)能量回收功能。該系統(tǒng)可降排放水平國(guó)Ⅴ低整車油耗１０％～１５％，并優(yōu)化駕駛性和車輛從表１中可以看到，原型車整車質(zhì)量１５００ｋｇ，［８］ＮＶＨ性，而成本增加

5、在６０００元以內(nèi)，且開發(fā)難ＮＥＤＣ循環(huán)測(cè)試１００ｋｍ燃油消耗量８．２Ｌ，排放滿度低，是一種很有前景的方案。足國(guó)Ⅴ要求，屬于目前乘用車市場(chǎng)中的主流水平，具本研究在一臺(tái)加裝了４８ＶＢＳＧ系統(tǒng)的主流有研究的典型性。ＳＵＶ上對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行優(yōu)化，并通以該原型車為基礎(chǔ)所改裝的４８Ｖ車混合動(dòng)力過試驗(yàn)驗(yàn)證該系統(tǒng)對(duì)整車油耗、駕駛性和ＮＶＨ性系統(tǒng)構(gòu)造見圖１，ＢＳＧ電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)用皮帶連接，實(shí)能的優(yōu)化效果?，F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、助力和能量回收的功能，并集成了逆變器；４８Ｖ鋰離子電池用于直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作或者１４８ＶＢＳＧ混合動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)存電機(jī)回收的電能；能量轉(zhuǎn)換器Ｄ

6、Ｃ／ＤＣ用于在本研究對(duì)象為一輛加裝了４８ＶＢＳＧ系統(tǒng)的新增的４８Ｖ電網(wǎng)和原車１２Ｖ電網(wǎng)間進(jìn)行電能轉(zhuǎn)收稿日期：２０１５－０９－０６；修回日期：２０１６－０４－０１作者簡(jiǎn)介：劉巨江（１９８２—），男，碩士，工程師，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)開發(fā)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略研究；ｌｉｕｊｊ＠ｇａｅｉ．ｃｎ。２０１６年８月劉巨江，等：４８ＶＢＳＧ混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略開發(fā)及試驗(yàn)研究·４５·換，平衡電池電量。２加速助力控制策略加速助力是ＢＳＧ電機(jī)的重要功能。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低速段（怠速轉(zhuǎn)速到２０００ｒ／ｍｉｎ這個(gè)區(qū)間）扭矩低、響應(yīng)滯后，使得車輛加速性能受限。而電機(jī)低速扭矩大，響應(yīng)

7、快，能夠較好彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)的缺陷。對(duì)于４８Ｖ車而言，其助力效果主要受以下幾個(gè)因素影響：１）電機(jī)的工作特性。ＢＳＧ電機(jī)的扭矩－轉(zhuǎn)速特性曲線決定了當(dāng)前轉(zhuǎn)速下能夠獲得的最大扭矩。２）電池的荷電狀態(tài)（ＳＯＣ）。為了保持４８Ｖ電池維持正常的荷電狀態(tài)，不能過度放電，單次助力的圖１４８ＶＢＳＧ混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意時(shí)間不能超過２０ｓ。ＢＳＧ電機(jī)、ＤＣ／ＤＣ轉(zhuǎn)換器、４８Ｖ電池是４８Ｖ因此，需要對(duì)車輛加速過程中發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和電ＢＳＧ系統(tǒng)中的三大主要部件，其參數(shù)見表２。機(jī)扭矩進(jìn)行合理分配。表２４８ＶＢＳＧ系統(tǒng)主要部件參數(shù)圖２示出４８Ｖ系統(tǒng)的總扭矩需求計(jì)算過程。根據(jù)駕駛員踩

8、踏板的深度ｘ，結(jié)合當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)功率／ｋＷ３～８ｎ、車速ｖ，判斷出駕駛員的加速需求，查表得到對(duì)峰值功率／ｋＷ１２．５應(yīng)的車輛加速度值；再根據(jù)車輛動(dòng)