新的PHEV_动力匹配控制方法设计与应用

改善整车的动力性能、提高能源的利用率、减少污染物的排放，提高车辆行驶效率、车辆对路况的适应能力、发动机的工作效率，优化驱动系统，搭建更优的混合动力汽车动力控制系统平台。

1　数据采集
插电式混合动力汽车的动力匹配数据采集主要包括车辆工况信息、路况信息与大数据信息采集的综合数据采集模块，用于数据采集。

1.1　工作模式与参数
车辆的工况信息包括车辆的基本参数，主要包括发动机型号、排量、百公里油耗、最大扭矩、最大输出功率、最高时速、最大转速、变速箱型号、档位个数、电机最大输出功率、电池容量、续航里程、车辆的底盘信息、车辆的整备质量等信息。

1.1.1　车辆工作模式
（1）纯电动工作模式：离合器2断开，
新的PHEV 动力匹配控制方法设计与应用
王巧丽1,2　张俊霞1　李阳1　邓飞龙1
1.邵阳学院机械与能源工程学院　湖南省邵阳市　422000
2.湖南省汽车技师学院　湖南省邵阳市　411000
摘 要： 设计了基于CD-ECMS 的动力系统控制策略，优化车辆的参数，提升车辆的综合性能。

新的动力匹配
模块根据路况、车辆实时状态等信息科学匹配电机和发动机的动力输出，提升发动机和电机的工作协调能力，改善车辆动力性能和燃油经济性，新的控制算法嵌入到插电式混合动力的动力控制系统中，通过系统仿真和实验验证，结果表明：新的动力匹配算法避免能量的二次转换，对比ECMS 和CD-CS 控制策略，百公里油耗分别降低了0.31L 和0.11L ，电池转换效率分别提升了1.2%和11.2%，SOC 分别下降了3%和7%，综合效率分别提升了1%和19%。

关键词：插电式混合动力汽车　控制系统　动力匹配　能量管理
Design and Application of a New PHEV Power Matching Control Method
Wang Qiaoli Zhang Junxia Li Yang Deng Longfei
Abstract ：
T o enhance the coordination ability of the engine and motor, improve vehicle power performance and fuel economy, a new power system control strategy based on CD-ECMS has been proposed, optimize vehicle parameters, and enhance the overall performance of the vehicle. The new power matching module scientifi cally matches the power output of the motor and engine based on information such as road conditions and real-time vehicle status. The new control algorithm is embedded in the power control system of plug-in hybrid electric vehicles. Through system simulation and experimental verifi cation, the results show that the new power matching algorithm can avoid secondary energy conversion as much as possible. V ehicles using the new power matching method are more adaptable to diff erent road conditions and working conditions than those using ECMS power matching, and the working effi ciency and fuel economy of the power system have been signifi cantly improved.
Key words ：Plug in hybrid electric vehicle, control system, power matching, energy management.
发动机暂停工作，启动电机与ECVT 系统；
（2）刹车过程能量回收：离合器2断开，惯性驱动车辆，驱动电机变成发动机，能量回收；
（3）发动机驱动：离合1闭合，W-DCT 工作，发动机驱动车辆行驶；
（4）混合驱动：两个驱动器闭合，两个变速器工作，电机和发动机同时驱动车辆；
（5）发动机驱动与充电结合：发动机工作、车辆行驶，电机给电池充电；
（6）怠速充电模式：分纯发动机和市电模式；
（7）下坡或惯性充电模式：发动机和电机停止动力输出，车辆继续行驶带动电机转动给电池充电。

1.1.2　基本参数
结合前面的要求，选定的试验样车为大众2021款迈腾的插电式混合动力汽车。

1.2　信息采集
（1）基于车况的信息采集：车况的信息采集包括车速、输出扭矩、输出功率、负荷、工作模式、蓄电池的容量、当前油量、可续航里程、轮速、档位信息、油电输出混合系
数等；
表1　选定车辆基本参数
时代汽车
（2）基于路况的信息采集：车辆的路况信息包括道路类型、坡度、过弯半径、最高限速等信息；
（3）基于大数据的信息采集：包括同等路况信息、类似路况信息、同系列车况信息、当前车辆历史数据信息，获取最佳的输入信息。

2　动力模型设计
模型包括基于路况信息的动力匹配模块、基于车况信息的动力匹配模块和智联网大数据信息的系统动力匹配模块。

2.1　新的混合动力汽车控制系统体系新的混合动力汽车控制体系主要包括发动机控制、电机控制、能量管理模块、动力匹配模块、工作模块、底盘系统、变速系统、实时控制信息。

图1　新的混合动力汽车驱动体系
2.2　基于车辆工况与路况结合的动力匹配模型
基于车辆工况的动力匹配主要包括历史
数据信息：发动机转速、变速箱档位信息、最大扭矩、发动机输出功率、电机输出功率、电池实时容量、最低保护电量、最大续航里程、实际续航里程等信息。

%100×=
eng
mot
mot P P K (1)基于路况信息的混合动力汽车动力匹配算车辆的实时动力输出，构筑新的混合动力总负荷预测，默认高速公路的最大限速为120km/h ，车辆总质量为m ，含整备质量、旅客质量、行李质量等。

插电式混合动力汽车在t 时刻的总负荷)(t P 如公式2所示。

(2)
式中：mot η为驱动电机的工作效率、
eng η为发动机的工作效率、fro veh A _为车辆的正面投影面积、rou µ为滚动摩擦系数、
wind C 为空气阻力系数、g 为重力加速度，
)(arctan )(t k t cli cli =α为车辆行驶过程中的坡度，
)
()()(t S t H t k L L cli =
为车辆在t 时刻的坡度，v(t)为实
时车速、veh m 为车辆的质量。

车辆的时速为60km/h 、车辆总质量为2000kg 、坡度为0.32、t 时刻以前的平均滚动摩擦系数为0.012，发动机的效率为0.286，电机的工作效率为0.663、风阻系数为0.36，代入数据计算得到t 时刻混合动力汽车驱动系统的平均总功率为23.63kW 。

当车辆在运行的过程中存在加速与减速的情况。

传动系统的传动效率越高，加,大众迈腾混动版的车
辆旋转质量换算系数为veh δ，取值为0.5。

插
电式混合动力汽车的最大加速度状态下的输出总功率如公式3所示，车辆最大加速度输出总功率式4所示，迈腾插电式混合的动力汽车的百用电机与发动机共同驱动时最大功率可以达到240kW ，存在后备输出负荷。

测试过程中，车辆在行驶过程中存在坡度、最大加速、一般减速和平路等情况，总结为高速公路、山路、城市道路、郊区道路和混合型道路等四种情况。

2.3　基于车联网数据信息的动力匹配基于车联网数据信息的动力匹配模块基于车辆工况、路况等信息的动力匹配，结合车辆的实时工况、实时路况、历史数据，结合同等路况、同等车况的动力匹配，尽最大的可能提高发动机与驱动电机的协同工作能
力。

基于车联网的混合动力汽车动力匹配过程还要考虑发动机、电机的平均输出功率，设定车辆测试过程中充当路况为混合型路况，测试过程中平均速度为82.12km/h ，最高速度为123.79km/h ，最低速度为15.21km/h 。

汽车的旋转与质量的换算平均系数为0.486。

cli maton acc all P P P P ++=_100 (5)
3　基于路况与驾驶质量的模型设计
新的混合动力汽车动力匹配仿真环境包括了车辆系统、路况信息、同等路况信息、同等车辆信息等基础环境，系统仿真的软件环境包括操作系统、中德汽车专用仿真模块、MATLAB Simulate 软件环境、Cruise 系统仿真环境。

3.1　基于路况的整车动力模型
考虑车辆的百公里耗电和百公里耗油，综合考虑燃油经济性、车辆污染物排放等问题，对车辆轮胎、底盘在侧方位的干扰给予 (6)
改变其传动比，变速系统的输入扭矩包括发动机转矩eng T 和电机的转矩mot T ，总转矩满足公示7所示的要求。

(7)
式中，r 为测试车辆轮胎为0.802m 、（W-DCT ，
）和电子无级变
速器（ECVT,Electronic Continuously Variable
Transmission ）的传动比。

3.1.1　发动机与电机模型
在ADVISOR 中处理输入/输出数据，在Simulink 中建立仿真模型，分析车辆的油耗。

(8)
式中：eng T 和eng ω分别为发动机的转矩和发动机转速，发动机的怠速为680rpm 到
700rpm ，单位时间的燃油消耗为g/s ，扭矩为m N ⋅。

3.1.2　电池与变速器模型
在混合动力汽车建模中，电池电能的消
耗过程中，通过电磁内阻串联模型分析电池的电能消耗，根据基尔霍夫理论分析串联电池系统的电压电流bat out I _，如公式9，电池容量如公式10所示。

（9）（10）
式中：out P 为电池输出负荷，为
t 时刻的开路电压，
为电池的内阻，和
为t 时刻电池的容量和初始容量，为最大容量（单位为
Ah ）。

车辆的转速与扭矩改变依赖于变速系统，动力端和传动端的比值满足公示11和公式12的约束。

(11)
式中：和
分别为WDCT 和ECVT 的传动比，和
为电机驱动的输入和输出端的转速，
和
为电机和
发动机的效率。

3.1.3　驾驶指令模型
驾驶员对车辆进行驾驶过程中需要通过油门、刹车、档位对车辆进行主要的控制，其中WDCT 的档位分为1到8档，ECVT 的档位分为1到6档，分为自动模式和手动模式，油门由节气门开度
、油门踏板开
度open oil _α等信息表示，刹车由制动踏板开度
open brk _β和制动行程s brk _β等信息表示。

式中，max _mot T 、max _eng T 、max _brk T 和request
T 分别为驱动电机、发动机制动的最大转矩和
请求的总转矩。

0≥<request request T T (13)
3.2　基于ECM 的电机驱动的动力匹配基于ECM 的电机驱动系统动力匹配需要发动机的动力匹配，充分考虑发动机、电机
的协同控制，结合电池电量与燃油的消耗，控制发动机与电机的的动力匹配遵循电能优先、能量流最小、驾驶需求与制动结合的原则。

(14)
式中：为t 时刻的发
动机能量消耗，为t 时刻电机的电能消耗，、为t 时刻发动机和电机的转矩，
和
分别
为t 时刻电机和发动机的转速，通过瞬时等效燃油消耗（ECMS ，Equivalent consumption minimization strategy ）推算最低油耗。

3.2.1　ECMS 策略电池电量使用规律理想的电池的荷电状态（SOC ，Static of charge ）全程趋向线性下降，采用CD-CS 控
制策略进行动力匹配与能量管理。

3.2.2　ECMS 扭矩分配规律
在优化策略控制下，等效因子越大，发动机工作点区域和等效因子同时变小，发动
机驱动车辆、下坡、刹车过程中电机充电。

4　基于ECM 的动力匹配
4.1　整车控制
根据驱动电机、电池系统、发动机、传动系统反馈的状态信息获如图2所示的整车控制。

4.2　能量管理与动力匹配
电量保护阈值为电量的20%，小于次阈值时不能启动电机进行驱动。

仿真工况包括6个NEDC 循环，总里程66公里，总时间为
表2　迈腾2022款发动机燃油消耗
动力匹配
发动机模式纯电模式
混合模式
状态信息转矩扭矩
档位
油门开度
刹车行程执行模块离合器ECVT 电机发动机WDCT
动力匹配放电
充电路况信息车况信息驾驶指令信
号处理
图2　整车控制系统示意图
表3　新的混合动力汽车系统效率
时代汽车
7200S，电池阀值SOC CD为0.2，电池容量大于0.4时启动纯电动模式。

CD-ECM控制策略工作效率、燃油消耗、SOC变化、电池的转化率、综合效率均优于CD-CS策略、ECM策略，本文设计的CD-ECMS控制策略有一定的应用价值。

5　结论
等效因子取值越小，电机提供的驱动扭矩越大，从而导致电池SOC下降越快；而发电扭矩越大，从而导致电池SOC下降更慢，甚至出现SOC上升。

在PHEV中，应尽量避免能量的二次转换，若等效因子选取不当，必然出现能量的二次转换。

参考文献：
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[9]Gong Q, Li Y, Peng Z R.Trip-Based Optimal
Power Management of Plug-in Hybrid
Electric Vehicles[J]. IEEE Transactions on
Vehicular Technology, 2008, 57(6):3393-
3401.
作者简介
（1994—），女，江西萍乡人，硕士生，
主要从事混合动力汽车设计、能源管理
与动力匹配、
新能源汽车应用技术研究。

通讯作者
（1974—），女，内蒙古丰镇人，博士，
主要从事冷凝换热、节油技术、新能源
应用技术研究。

企业调研报告和见习心得。

线下具体考核评价见表2。

4　实施效果
通过本课程的学习，学生能拥有严谨、细致的职业素养，发自内心的热爱国产汽车品牌，劳动观念进一步提高；能灵活利用所学理论知识，结合创新思维解决问题，并将“社会主义核心价值观”内化。

课程教学设计完整规范，体现评价方式的科学性和多元化，教学目标与考核评价目标的一致，具体的实施效果如下。

4.1　职业素养与劳动观念提升
教师授课时对接岗位需求，贯彻专业教学标准，根据课程目标选择教学内容，对标新能源汽车行业新标准新要求及汽车运用与维修1+X证书中相关考核内容要求，按照项目引导、任务驱动教学方法进行。

采用教、学、做一体化教学模式，将学生的职业素质、职业道德培养和课程思政内容落实在每个教学环节中，全面执行贯彻党的教育方针，落
实立德树人根本任务的基础上培养学生职业
生涯发展中所需的终身学习能力。

通过学生
自评、小组互评及教师点评发现，学生的职
业素养与劳动观念有了较大的提升。

4.2　理论应用与实操技能提升
校企联合基于新能源汽车维修技师岗位
实际工作过程进行授课，课程结束后，通过
多维多元评价体系进行综合评价，课程平台
的线上评价结果为100%的同学能完成资源学
习、课堂作业及考试，优秀率为72%。

针对
实操能力，在校企双导师的考核下，100%的
同学能完成，优秀率为78%。

基金项目： 浙江省省级课程思政示范
课程《新能源汽车驱动电机与控制技术》
（项目序号：614）湖州市新能源电驱动技
术重点实验室资助。

浙江省教育厅2023年
度高校国内访问学者“教师专业发展项目”
（FX2023122）。

参考文献：
[1]张娟荣,金莹.高职院校工科专业课程思政
育人的探索与实践——以《PLC 技术应用》
课程为例[J]. 时代汽车,2021,10(05):85-86.
[2]张禹石,孙军.高职院校课程思政现存问
题及三维突破路径[J].职业技术教育，
2021,42(16):30-34.
[3]顾雷雷.思政元素融入工商管理类课程的
教学探索——以“市场营销学”课程的
教学为例[J].思想理论教育导刊，2021
（10）
:120-125.
作者简介
（1988—），男，江苏南通人，副教授，
硕士。

主要研究方向：新材料及新能源
汽车。

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