48V混合动力系统控制策略开发及试验研究

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1、第４期（总第２２５期）车用发动机Ｎｏ．４（ＳｅｒｉａｌＮｏ．２２５）２０１６年８月ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥＡｕｇ．２０１６４８ＶＢＳＧ混合动力系统控制策略开发及试验研究刘巨江，何宇，连学通（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州５１１４３４）摘要：传统内燃机结合４８ＶＢＳＧ电机的弱混合动力系统是应对未来油耗法规的一种高性价比方案，其节油效果明显、成本低、开发难度小。为研究４８ＶＢＳＧ混合动力系统对于现有车辆性能的改善效果，对一台量产ＳＵＶ进行了改造，在原有的发动机上加装了４８ＶＢＳＧ电机系统，实现了加速助力、能量回收、发动机高速起动

2、等混合动力功能。在该车上，对上述混合动力功能的控制策略进行了研究与优化，并进行试验验证。改造前后的ＮＥＤＣ循环测试表明，该系统能够降低燃油消耗９．１％、ＴＨＣ排放３４．３％、ＮＭＨＣ排放３５．４％、ＮＯｘ排放６０．６％，并能大幅降低车辆起动的振动噪声水平，提升车辆动力性。关键词：混合动力系统；ＢＳＧ；控制策略ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－２２２２．２０１６．０４．００８中图分类号：Ｕ４６４．１４２文献标志码：Ｂ文章编号：１００１－２２２２（２０１６）０４－００４４－０７混合动力技术是未来汽车实现节能减排的关ＳＵＶ（后文中简称４

3、８Ｖ车），其原型车为２０１２年量键，但目前常见的混合动力汽车都存在着节油率和产的畅销车型（后文中简称原型车）。原型车车辆参经济性的矛盾。弱混技术的优点是起停技术成本数见表１。低、开发周期短，但其节油潜力有限，节油率为５％～表１原型车技术参数７％；强混技术能够将整车油耗降低２５％以上，但是整车质量／ｋｇ１５００成本高、系统复杂、量产难度大，短时间内无法大规驱动形式两驱，前置前驱［１－３］模推广。因此，寻找一种能够有效折中节油率和排量／Ｌ１．８经济性的混合动力方案显得尤为重要。提高汽车电进气方式涡轮增压气系统的电压水平，能够大幅提高弱混方案中电机、

4、最大功率／ｋＷ１３０电池等部件的能力和效率，从而进一步降低油最大功率转速／ｒ·ｍｉｎ－１５５００［４－５］耗。最近，博世、大陆、法雷奥等供应商提出了一最大扭矩／Ｎ·ｍ２３０种带有ＢＳＧ电机（Ｂｅｌｔ－ｄｒｉｖｅｎＳｔａｒｔｅｄＧｅｎｅｒａｔｏｒ）的最大扭矩转速／ｒ·ｍｉｎ－１１５００～５５００［６－７］４８Ｖ弱混系统，发动机可实现高转速起停，并具１００ｋｍ燃油消耗量／Ｌ８．２有短时加速助力和制动能量回收功能。该系统可降排放水平国Ⅴ低整车油耗１０％～１５％，并优化驾驶性和车辆从表１中可以看到，原型车整车质量１５００ｋｇ，［８］ＮＶＨ性，而成本增加

5、在６０００元以内，且开发难ＮＥＤＣ循环测试１００ｋｍ燃油消耗量８．２Ｌ，排放满度低，是一种很有前景的方案。足国Ⅴ要求，属于目前乘用车市场中的主流水平，具本研究在一台加装了４８ＶＢＳＧ系统的主流有研究的典型性。ＳＵＶ上对混合动力系统的控制策略进行优化，并通以该原型车为基础所改装的４８Ｖ车混合动力过试验验证该系统对整车油耗、驾驶性和ＮＶＨ性系统构造见图１，ＢＳＧ电机与发动机用皮带连接，实能的优化效果。现发动机起动、助力和能量回收的功能，并集成了逆变器；４８Ｖ锂离子电池用于直接驱动电机工作或者１４８ＶＢＳＧ混合动力系统储存电机回收的电能；能量转换器Ｄ

6、Ｃ／ＤＣ用于在本研究对象为一辆加装了４８ＶＢＳＧ系统的新增的４８Ｖ电网和原车１２Ｖ电网间进行电能转收稿日期：２０１５－０９－０６；修回日期：２０１６－０４－０１作者简介：刘巨江（１９８２—），男，硕士，工程师，主要从事发动机整机开发和发动机控制策略研究；ｌｉｕｊｊ＠ｇａｅｉ．ｃｎ。２０１６年８月刘巨江，等：４８ＶＢＳＧ混合动力系统控制策略开发及试验研究·４５·换，平衡电池电量。２加速助力控制策略加速助力是ＢＳＧ电机的重要功能。传统发动机在低速段（怠速转速到２０００ｒ／ｍｉｎ这个区间）扭矩低、响应滞后，使得车辆加速性能受限。而电机低速扭矩大，响应

7、快，能够较好弥补发动机的缺陷。对于４８Ｖ车而言，其助力效果主要受以下几个因素影响：１）电机的工作特性。ＢＳＧ电机的扭矩－转速特性曲线决定了当前转速下能够获得的最大扭矩。２）电池的荷电状态（ＳＯＣ）。为了保持４８Ｖ电池维持正常的荷电状态，不能过度放电，单次助力的图１４８ＶＢＳＧ混合动力系统结构示意时间不能超过２０ｓ。ＢＳＧ电机、ＤＣ／ＤＣ转换器、４８Ｖ电池是４８Ｖ因此，需要对车辆加速过程中发动机扭矩和电ＢＳＧ系统中的三大主要部件，其参数见表２。机扭矩进行合理分配。表２４８ＶＢＳＧ系统主要部件参数图２示出４８Ｖ系统的总扭矩需求计算过程。根据驾驶员踩

8、踏板的深度ｘ，结合当前发动机转速持续功率／ｋＷ３～８ｎ、车速ｖ，判断出驾驶员的加速需求，查表得到对峰值功率／ｋＷ１２．５应的车辆加速度值；再根据车辆动