李 銳，胡艷峰，符丹丹，靳 珊，陳 佩

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

根據(jù)GB7258-2017標(biāo)準(zhǔn) （2018.01.01開始實(shí)施），新能源車型被分為3類：①純電動汽車 （battery electric vehicle），指由電動機(jī)驅(qū)動，且驅(qū)動電能來源于車載可充電能量儲存系統(tǒng) （REESS）的汽車；②插電式混合動力汽車 （plug-in hybrid electric vehicle），指具有可外接充電功能，且有一定純電動續(xù)駛里程的混合動力汽車，包括增程式電動汽車；③燃料電池汽車 （fuel cell electric vehicle），指以燃料電池作為主要動力電源的汽車 （燃料電池汽車不再以燃料電池為唯一動力源。）

電動汽車雖然零排放，但由于受到續(xù)駛里程、充電設(shè)施配套不完備等因素影響，限制電動汽車的快速普及?；旌蟿恿ζ嚰饶芎艽蟪潭壬蠝p少排放，又能彌補(bǔ)純電動汽車?yán)m(xù)駛里程方面的不足，因此越來越受到主機(jī)廠的青睞。

混合動力汽車按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以有多種方式?？梢园凑栈旌蟿恿Φ慕Y(jié)構(gòu)分類為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式；或由混合動力的混合程度可分為弱混 （電功率比例5%）、輕混 （電功率比例5%～25%）、強(qiáng)混 （電功率比例25%～50%）。本文將按照強(qiáng)混并聯(lián)式混合動力汽車來介紹。

1 并聯(lián)式混合動力汽車介紹

1.1 并聯(lián)式混合動力汽車構(gòu)型

并聯(lián)式混合動力汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示［1］。該結(jié)構(gòu)主要由發(fā)動機(jī)、驅(qū)動電機(jī)／發(fā)電機(jī)兩大部件總成構(gòu)成，有多種組合形式，可以根據(jù)使用要求選用。兩大動力總成的功率可以互相疊加，協(xié)調(diào)共同作用驅(qū)動車輛行駛。

圖1 并聯(lián)式混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 混合動力汽車的核心

電動汽車的核心系統(tǒng)是三電系統(tǒng)，即電機(jī)、電池、電控?；旌蟿恿ζ?，除了具備電動汽車的三電系統(tǒng)外，還具有傳統(tǒng)柴油車的發(fā)動機(jī)，因此電控方面比電動汽車電控更為復(fù)雜，其主要核心部件是混合動力整車控制器?；旌蟿恿φ嚳刂破魃婕皟煞N動力的協(xié)調(diào)控制及功率分配，運(yùn)行模式比純電動車型要復(fù)雜，常見的混合動力汽車運(yùn)行模式見表1。

插電式混合動力汽車最常用的3種運(yùn)行模式是純電動模式、純發(fā)動機(jī)模式及混合動力模式，根據(jù)這3種運(yùn)行模式，其控制模式對應(yīng)為純電動控制模式、純發(fā)動機(jī)控制模式及混合動力控制模式。插電式混合動力汽車的控制形式一般如下。

1）純電起步：起步靠驅(qū)動電機(jī)帶動，發(fā)動機(jī)此時(shí)不啟動。

2）中高速行駛時(shí)，純發(fā)動機(jī)運(yùn)行，此時(shí)發(fā)動機(jī)可運(yùn)行于高效區(qū)。

3）混合動力模式：純電運(yùn)行時(shí)功率不夠時(shí)，驅(qū)動電機(jī)拖動發(fā)動機(jī)啟動，不足部分用發(fā)動機(jī)來補(bǔ)夠。純發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)功率不夠時(shí)，在動力電池SOC允許的情況下，用驅(qū)動電機(jī)來補(bǔ)齊不足的需求功率部分。

表1 混合動力汽車運(yùn)行模式

2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)

插電式混合動力汽車網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)涉及混合動力整車控制器、驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)，另外就是發(fā)動機(jī)。車載CAN網(wǎng)絡(luò)通常采用總線型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在設(shè)計(jì)時(shí)，一般將控制系統(tǒng)相關(guān)節(jié)點(diǎn)位于一路CAN，發(fā)動機(jī)控制器、ABS等位于另外一路CAN，整車控制器兩路CAN并兼具集成網(wǎng)關(guān)的功能，拓?fù)浼軜?gòu)如圖2。圖2中監(jiān)控終端是國標(biāo)GBT32960要求的新能源車型必須有的監(jiān)控平臺，用于將新能源車型的相應(yīng)數(shù)據(jù)與國家平臺對接。按照SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)的要求，兩路CAN的波特率均采用250 K，根據(jù)實(shí)際情況也可以采用500 K。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)示意

3 控制功能分析

3.1 驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)控制分析

驅(qū)動電機(jī)控制通常有轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制兩種。車輛的行駛需要依靠整車控制器對電機(jī)的轉(zhuǎn)速／轉(zhuǎn)矩需求控制來實(shí)現(xiàn)。因此對驅(qū)動電機(jī)的控制可以參考SAE J1939定義的對發(fā)動機(jī)的控制。電機(jī)系統(tǒng)重要的反饋參數(shù)有母線電壓、母線電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速／轉(zhuǎn)矩、電機(jī)溫度、電機(jī)控制器溫度、系統(tǒng)故障等。

3.2 發(fā)動機(jī)系統(tǒng)控制分析

發(fā)動機(jī)控制及發(fā)動機(jī)的反饋信息在SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有明確定義，根據(jù)SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)定義就可實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)的運(yùn)行控制及停機(jī)控制。傳統(tǒng)柴油車型很多控制器都可以控制發(fā)動機(jī)，如ABS、TCU、發(fā)動機(jī)控制器等，發(fā)動機(jī)根據(jù)運(yùn)行情況判斷響應(yīng)哪個(gè)控制器的控制。在有混合動力整車控制器的車型上，應(yīng)由整車控制器來控制發(fā)動機(jī)。

4 高壓上電分析

動力電池是混合動力汽車能量的重要來源之一。插電式混合動力汽車的純電起步時(shí)能量來源是動力電池 （滿足純電起步時(shí)發(fā)動機(jī)不啟動）。因此，插電式混合動力汽車通常在鑰匙ON擋電時(shí)就完成了高壓上電過程。高壓上電主要工作是完成預(yù)充電。預(yù)充電的存在有效地防止了動力電池高壓輸出瞬間大電流對電器件造成損壞。圖3是電池管理系統(tǒng)做預(yù)充電的整車高壓配電示意圖，其中虛框部分即預(yù)充電電路。預(yù)充電過程如下：在收到上高壓命令后，首先控制主負(fù)接觸器KM-閉合，然后控制預(yù)充電接觸器KMp閉合，同時(shí)控制器檢測母線端的電壓，當(dāng)母線電壓達(dá)到動力電池電壓一定值時(shí)，認(rèn)為預(yù)充電完成，最終閉合主正接觸器KM+。預(yù)充電過程中閉合KMp后，預(yù)充電電阻R的存在起到了限流的作用，使得母線端電壓呈緩慢上升趨勢，避免了瞬間接通產(chǎn)生的大電流對接觸器造成的損壞。

圖3 高壓配電示意圖

5 通訊信號分析

插電式混合動力汽車涉及的主要通訊節(jié)點(diǎn)的通訊信號分析詳見表2。

表2 通訊信號表

6 總結(jié)

混合動力汽車一方面減少了排放污染，環(huán)境友好，另一方面兼顧了續(xù)駛里程，彌補(bǔ)了純電動汽車?yán)m(xù)駛里程方面的不足，非常適合長距離的貨物運(yùn)輸工況。本文從混合動力汽車的構(gòu)型、車輛運(yùn)行模式、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、控制功能、高壓上電及通訊信號幾個(gè)方面，闡述了混合動力汽車開發(fā)過程中的通訊、控制開發(fā)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，是對行業(yè)內(nèi)混合動力汽車通訊、控制開發(fā)流程的總結(jié)，在此拋磚引玉，希望對相關(guān)人員有一定的幫助。