楊文斌 何東偉

【摘 要】混合動(dòng)力根據(jù)電機(jī)布置位置的不同可以分為P0，P1，P2，P3，P4等多種構(gòu)型，而P2混合動(dòng)力構(gòu)型的靈活性和便利性具有更為廣闊的研究前景和應(yīng)用價(jià)值，針對(duì)混合動(dòng)力汽車模式切換過(guò)沖中各個(gè)部件協(xié)調(diào)控制已成為國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力汽車的重要研究?jī)?nèi)容，本文綜述了“基于P2構(gòu)型混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式切換扭矩協(xié)調(diào)控制研究”，“P2構(gòu)型的混合動(dòng)力汽車電機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程協(xié)調(diào)控制”，“P2結(jié)構(gòu)混合動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)同控制”，“P2混合動(dòng)力汽車用永磁同步電機(jī)溫度場(chǎng)分析”和“HNSAE15196插電式混合動(dòng)力汽車P2、P3技術(shù)方案對(duì)比分析”5篇論文并闡述了國(guó)際大公司關(guān)于混合動(dòng)力P2構(gòu)型的研發(fā)與投產(chǎn)。

【關(guān)鍵詞】混合動(dòng)力；P2構(gòu)型；模式切換；協(xié)調(diào)控制

中圖分類號(hào)： U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）33-0082-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.036

【Abstract】Hybrid depending on the layout position can be divided into P0， P1， P2， P3， P4 etc a variety of configurations， and P2 hybrid configuration flexibility and convenience has more wide prospect of research and application value， for each part of hybrid mode switch overshoot coordinated control has become an important content of hybrid electric vehicles at home and abroad， this paper reviews the "based on the P2 configuration hybrid drive mode switching torque coordination control research" and "P2 configuration of the hybrid electric vehicle engine motor start process coordination control" and "P2 structure hybrid system coordinated control"，F(xiàn)ive papers， "temperature field analysis of permanent magnet synchronous motor for P2 hybrid vehicles" and "HNSAE15196 comparative analysis of technical solutions for P2 and P3 plug-in hybrid vehicles"， also described the research， development and production of P2 configuration for international large companies.

【Key words】Hybrid； P2 configuration mode； Switching； Coordination control

0 引言

隨著世界范圍內(nèi)的傳統(tǒng)能源危機(jī)以及各個(gè)國(guó)家和地區(qū)越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)，汽車行業(yè)的主機(jī)廠以及零部件廠和有關(guān)高校，科研院所都將新能源汽車作為未來(lái)汽車的研究方向，直接從傳統(tǒng)能源汽車發(fā)展到普及新能源汽車的應(yīng)用是非常困難，而混合動(dòng)力能源汽車可以作為一個(gè)從傳統(tǒng)能源汽車到新能源汽車發(fā)展的很好的過(guò)渡，所以研究混合動(dòng)力汽車是目前最受歡迎和期待的項(xiàng)目?；旌蟿?dòng)力汽車指的是汽車同時(shí)擁有兩套能量系統(tǒng)，一套是由發(fā)動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)能源組成的動(dòng)力系統(tǒng)，一套是由電機(jī)和電池組成的新能源動(dòng)力系統(tǒng)。根據(jù)混合動(dòng)力系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)位置的不同，將汽車的混合動(dòng)力構(gòu)型分為P0，P1，P2，P3，P4（P：Position）。盡管每種混合動(dòng)力構(gòu)型都有各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是P2混動(dòng)構(gòu)型無(wú)需改變發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器等重要零部件的安裝位置，且能夠和現(xiàn)在常用的變速器如自動(dòng)變速器，無(wú)極變速器以及雙離合變速器都能匹配使用隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，。本文主要綜述對(duì)P2混合動(dòng)力模構(gòu)型應(yīng)用過(guò)程中的各項(xiàng)研究以及新技術(shù)。

1 正文

P2混合動(dòng)力構(gòu)型是將電動(dòng)機(jī)安置于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間的位置，如圖1所示。

重慶大學(xué)廖永康[10]研究?jī)?nèi)容是基于P2構(gòu)型混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式切換扭矩協(xié)調(diào)控制研究。

論文通過(guò)建立發(fā)動(dòng)機(jī)模型，離合器模型，電動(dòng)機(jī)模型，內(nèi)阻電池模型，雙質(zhì)量飛輪模型，干式DCT變速器模型和汽車動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)所建模型組成的不同驅(qū)動(dòng)模式（有離合器接合過(guò)程、有離合器分離過(guò)程、無(wú)離合器動(dòng)作過(guò)程。）進(jìn)行力學(xué)分析，采用沖擊度方程作為模式切換品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。并針對(duì)驅(qū)動(dòng)模式切換條件并結(jié)合各部件的控制方法，綜合理論分析結(jié)果、部件控制

方法和發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火方式，制定出三類典型模式切換過(guò)程的扭矩協(xié)調(diào)控制策略。最后，通過(guò)搭建扭矩協(xié)調(diào)控制模型，對(duì)每種驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行進(jìn)行仿真，將仿真結(jié)果與無(wú)扭矩協(xié)調(diào)控制的仿真結(jié)果進(jìn)行比較，得出結(jié)論，采用扭矩協(xié)同控制策略能夠有效較小模式切換時(shí)的沖擊度，對(duì)比分析采用可行域限制的協(xié)調(diào)控制策略前后仿真結(jié)果，采用可行域限制的協(xié)調(diào)控制策略能有效控制模式切換時(shí)的沖擊度。該論文研究?jī)?nèi)容通過(guò)建模對(duì)于P2構(gòu)型混合動(dòng)力不同驅(qū)動(dòng)模式有無(wú)扭矩協(xié)同控制進(jìn)行仿真，得出了扭矩協(xié)同控制策略對(duì)于P2構(gòu)型混合動(dòng)力三類經(jīng)典驅(qū)動(dòng)模式切換的有效性和實(shí)用性，具有一定的參考價(jià)值和借鑒價(jià)值。對(duì)于該論文研究?jī)?nèi)容作更深層次的研究應(yīng)該結(jié)合臺(tái)架或是整車試驗(yàn)，仿真結(jié)果處于理論層面，從仿真結(jié)果出發(fā)，結(jié)合臺(tái)架或是整車試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出更為準(zhǔn)確和實(shí)用的P2構(gòu)型下混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式的扭矩協(xié)調(diào)控制。

中國(guó)第一汽車股份有限公司技術(shù)中心寧甲奎等人研究?jī)?nèi)容是基于P2構(gòu)型的混合動(dòng)力汽車電機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程協(xié)調(diào)控制。混合動(dòng)力不同驅(qū)動(dòng)模式之間的切換存在著各方面的問(wèn)題，如電機(jī)扭矩變化造成的發(fā)動(dòng)機(jī)沖擊，不同驅(qū)動(dòng)工況的切換與控制等。需要采取相應(yīng)的研究。該論文研究的內(nèi)容是基于匹配雙離合變速器的P2構(gòu)型，在純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式切換至發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是通過(guò)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)的，由于電機(jī)扭矩變化造成發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的沖擊問(wèn)題，通過(guò)建立電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)換至發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式的動(dòng)力學(xué)模型，提出利用雙離合變速器滑動(dòng)摩擦過(guò)程來(lái)減小這一沖擊，并通過(guò)PID（比例，微分，積分）算法實(shí)現(xiàn)對(duì)雙離合變速器的控制和扭矩協(xié)調(diào)來(lái)減少啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程中的沖擊。最后，還通過(guò)整車試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證理論研究的有效性。

北京航空航天大學(xué)郭偉等人研究?jī)?nèi)容為P2結(jié)構(gòu)混合動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)同控制。

論文通過(guò)分析P2構(gòu)型混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)特點(diǎn)，將混合動(dòng)力汽車行駛工況分為純電動(dòng)行駛，純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)給電動(dòng)機(jī)供電行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)并聯(lián)行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)蠕行啟動(dòng)（當(dāng)電池電量不足，無(wú)法使用電機(jī)啟動(dòng)時(shí)）和制動(dòng)能量回饋。通過(guò)搭建P2混合動(dòng)力控制系統(tǒng)協(xié)同控制構(gòu)架，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車行駛不同工況之間的模式轉(zhuǎn)換，以純電動(dòng)到并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)換和純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到制動(dòng)能量回饋模式轉(zhuǎn)換為例，分析模式轉(zhuǎn)換過(guò)程的關(guān)鍵控制，并通過(guò)整車試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了控制的有效性。文章指出了P2構(gòu)型混合動(dòng)力汽車行駛過(guò)程中不同工況之間轉(zhuǎn)換和控制的難點(diǎn)并分析和試驗(yàn)了純電動(dòng)機(jī)到并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式和純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛模式到能量回饋模式兩種行駛工況的切換和控制，如要全面分析，還應(yīng)加入純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，純電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到純發(fā)動(dòng)機(jī)，純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)到純電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等模式之間的轉(zhuǎn)換與控制。

合肥工業(yè)大學(xué)王淑旺等人研究?jī)?nèi)容為P2混合動(dòng)力汽車用永磁同步電機(jī)溫度場(chǎng)分析。

論文通過(guò)建立永磁同步電機(jī)的計(jì)算機(jī)模型，將模型設(shè)定邊界值，用Fluent軟件進(jìn)行仿真分析電機(jī)模型的溫度場(chǎng)分布，最后通過(guò)實(shí)體電機(jī)溫升實(shí)驗(yàn)，搭建熱平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果差異值在合理的變化區(qū)間內(nèi)，驗(yàn)證了計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)于電機(jī)-電池能量系統(tǒng)作為輔助能源的混合動(dòng)力汽車中，汽車行駛過(guò)程中，電機(jī)起作用的工況主要為汽車啟動(dòng)，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行車輛加速，燃油不足情況下純電動(dòng)行駛一定里程。永磁同步電機(jī)的工作環(huán)境相對(duì)惡劣，P2構(gòu)型導(dǎo)致電機(jī)散熱環(huán)境不佳，容易溫升過(guò)高，所以論文對(duì)永磁同步電機(jī)的溫度場(chǎng)分析具有一定的借鑒意義。

海馬轎車有限公司姚帥等人研究?jī)?nèi)容為HNSAE15196插電式混合動(dòng)力汽車P2、P3技術(shù)方案對(duì)比分析。

論文通過(guò)分析P2構(gòu)型和P3構(gòu)型中發(fā)動(dòng)機(jī)，電機(jī)，變速器的空間布局，得出P3構(gòu)型的布局優(yōu)于P2構(gòu)型。通過(guò)分析P2構(gòu)型能夠?qū)崿F(xiàn)的功能：發(fā)動(dòng)機(jī)啟停，純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)給電池充電，制動(dòng)能量回收。P3構(gòu)型能夠?qū)崿F(xiàn)的功能：發(fā)動(dòng)機(jī)啟停，純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，純電驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，制動(dòng)能量回收。比較得出，P2構(gòu)型在實(shí)現(xiàn)功能上面優(yōu)于P3構(gòu)型。在整車布置方面對(duì)同一個(gè)車型采用P2，P3兩種構(gòu)型，P2構(gòu)型匹配60KW電機(jī)，P3構(gòu)型匹配75電機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。得出P2構(gòu)型在利用變速器擋位變化情況下最大爬坡度以及節(jié)油性能優(yōu)于P3構(gòu)型。最后的仿真實(shí)驗(yàn)如能在不同構(gòu)型下匹配相同功率的電機(jī)，則更有說(shuō)服力。

此外，國(guó)際汽車領(lǐng)域的大公司也相繼在混合動(dòng)力P2構(gòu)型上投入研發(fā)與生產(chǎn)。博格華納公司在2018年4月25日的北京國(guó)際汽車展覽會(huì)的展臺(tái)上重點(diǎn)展示了P2構(gòu)型混動(dòng)動(dòng)力技術(shù)模塊的研發(fā)。舍弗勒公司在2018年3月16日在太倉(cāng)投產(chǎn)舍弗勒全球首個(gè)P2混合動(dòng)力模塊。國(guó)際大公司在P2構(gòu)型的研發(fā)與投產(chǎn)也應(yīng)證了P2混合動(dòng)力構(gòu)型廣闊的應(yīng)用前景。

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