混合动力城市客车整车控制系统的开发

关 键 词 ： 合 动力城 市 客车 ； 车控 制 系统 ： 混 整 能量 管理 策 略 ； 力协 调控 制 动 Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｈ ｃｅ Ｃｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｏ ｂ ｉ ｅ ｔｉ ｔ ｓ ｖ ｌｐ ｎ ｆＶｅ ｉｌ ｎ ｒ ｌＳ ｓｅ ｆｒＨｙ ｒｄ Ｅｌｃｒｃ Ｃｉ Ｂｕ ｙ
怠速 点 。
整 车控 制 器 （ ｙｒ ｏｔ ｌ ｎｔ Ｃ 一 方 面 ｈｂ ｄｃｎｒ ｉ，Ｈ Ｕ） ｉ ｏｕ 通 过 总线 Ｃ Ｎ Ａｌ 与发 动 机控 制 器 （ Ｃ 和 Ａ Ａ — 】 Ｅ Ｍ） ＭＴ 控制 器 （ Ｃ 进 行 通 信 ， Ｔ Ｕ） 另一 方 面 通 过 总 线 Ｃ Ｎ— Ａ Ｂ２与 ＩＧ 控 制 器 （Ｓ Ｃ） 主 驱 动 电 机 控 制 器 ＿ Ｓ ＩＧ 、
Ｈｕ ｉ Ｆｅ ．Ｚｈａ ｏ Ｚｈｉ ｕ ＆ Ｓｕ Ｚｅ ｈａ ｇ ｇｏ ｎ ｃ ｎ
Ｃｌｇ ｕｏ ｏｉ ｎ ｉｅｒ ｇ ＣｅｎＥ ｒｙＡ ｔ ｔ ｎ ｉ ｅ ｎ ｅｔ ，Ｔｎｉ Ｕ ｉｎｉ Ｓ ａｇ ａ ２ １０ ｏ ｅｅｏ ｔ ｔｅＥ ｇｎｅ ｎ￣ ｌ ｎ ｇ ｕｏ ｉ Ｅ ｇｎ ｒ ｇＣ ｎｅ ｏ ｇ ｎｖ ￣， ｈ ｎｈ ｉ ０ ８４ ｌ ｆＡ ｍ ｖ ｉ ａ ｅ ｍｏｖ ｅ ｅｉ ｒ ｉ ｅ
模 式 如表 １所示 。
图 ２ 怠 速 充 电模 式 下 系统 总ห้องสมุดไป่ตู้效 率 图
２ １３ 驱动 模式 ．． 定义 需求 转矩 为 Ａ Ｔ输 入轴 转矩 ， Ｍ 且
Ｔ ＝ Ｔ… ＋ ｒ （ ｏ Ｋ ／ ｉ） （） ２
表 １ 混 合动 力城市 客车 的 工作模式
信 号 挡 位
［ ｓｒｃ］ Ｔ ｅｖｈｃ ｏｔ ｌ ｙｔｍ （ Ｃ ）ｆｒ ｙｒ ｌｃ ｉ ｃｙｂｓｉ ｄｖｌｐｄ ｉｃ ｄｎ ｎｒｙ Ａｂｔａｔ ｈ ｅｉｅｃｎｒ ｓ ｌ ｏ ｓ ｅ Ｖ Ｓ ｏ ｈｂ ｄｅ ｔｃ ｉ ｕ ｓ ｅｅ ｅ ，ｎｌ ｉｇｅｅｇ ａ ｉ ｅ ｒ ｔ ｏ ｕ
ｍ ｎｇ ｍ ｎ ｒｔｇ （ ＭＳ ｎ ｏ ｅ ｏｒｉａ ｏ ｏ ｔ ｌ Ｐ Ｃ ．Ｂ ｓｄｏ ｅｄｖ ｉ ｎ ｎ ｌｓ ｆ ｕ ｐ ａ ａｅ ｅ ｔ ｔ ｅ ｓ ａ ｙ Ｅ ）ａ ｄｐｗ ｒ ｏｄｎ ｔ ｎｃｎｒ （ Ｃ ） ａｅ ｎｔ ｉｉｏ ａ ｄａ ａ ｉ ｏ ｓｏ— ｃ ｉ ｏ ｈ ｓｎ ｙｓ ｂ
（） ． ２ ｉ 曲与
．
。 。
之 问 区域 为 发 动 机 经 济 区。
实现辅助系统的电动化 ， 空调、 助力转向和气泵等仍 需发 动机 驱动 ， 故不 能实 现发 动机 怠速 停 机 ； 一 方 另 面， 根据 中 国典 型城 市公 交循 环 Ｊ怠速 时 间在整 个 ，
循环 中的 比例 达 ２ ． ％ ， 实测 ９０ 且 性 的提 高具 有重要 意 义 。 所 配 柴 油 机 怠
（Ｍ ） Ｄ Ｃ 和电能管理单元 （ Ｅ Ｕ 进行通信 。同时 ， ＥＭ ）
ＨＣ Ｕ输入 钥匙 、 踏板 和挡 位等 信号 。
褂 较
２ 整车控制策 略
２ １ 能 量管理 策 略 ． ２ １１ 工作模 式划 分 ．． 根 据驾 驶员 的 操 作 ， ｝ 动 力 城 市 客 车 的 工作 昆合
ｄｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｌ ｎ ｔｏ ｃ ｎｔ ｏ
混 合动 力城 市 客车 动 力 系 统 简 图见 图 １ 。该 动
刚 吾
力系统包括发动机、 集成起动发 电机 （Ｓ 、 Ｉ Ｇ） 电控离
Ｈ ＣＵ
混合 动力 城市 客车 整 车控制 系 统包 括 能 量 管理
＿ ｒ
ｆ ｌ ｛ 『 ｌ Ｉ
（ ）Ｔ． 以下 区 域 为 发 动机 低 负荷 区 ， 油 经 １ ｅ。 燃
济性差 。当需 求 转 矩 在 此 区 域 时 ，Ｓ ＩＧ发 电对 发 动
２ １２ 怠速 充 电模 式 ．．
一
机进 行转矩 提 升 ， 以避免 发动 机工作 在 此 区域 。
方面， 由于所开发 的混合动力城市客车没 有
（ 同济大学汽车学院 ， 新能源汽车工程 中心 ， 上海 ２ １０ ） ０ ８ ４
［ 摘要 ］ 为某一混合动力城市客 车开发了整车控制系统 ， 包括能量 管理策 略和动力 协调控制 。能量管 理策略
根 据对 客车工作模式 的划分 和分析 ， 确定各个模式 相应 的控 制策略 ； 动力协 调控制则 以主驱 动电机转 矩作 为补偿 ， 实现了 Ａ Ｔ换挡 的动力 不中断 。同时 ， 于 自动代码生成 技术开发 了整车 控制器 （ Ｃ ） Ｍ 基 Ｈ Ｕ 软件 。实车试验 表 明， 所 开发 的整车控制系统使混合动力城 市客车经济性提高 了约 ２ ％ ， ６ 动力性 改善 了约 １ ％ ， ７ 排放也有所 降低。
ｅ ａｉｎ ｍｏ ｅ ｒ ｔｏ ｄ ｓ，ｔ ｅ ＥＭＳ ｄ ｔｒ ｎ ｓｔ ｅ ｃ ｒｅ ｐ ｎ ｉ ｇ ｃ ｎｔｏ ｔａｅ ｒｅ ｃ ｐ ｒ ｔｏ ｄ ｈ ｅ ｅ ｍｉ ｅ ｈ ｏ ｒ ｓ ｏ ｄ ｎ ｏ ｒｌｓｒ ｔｇ ｆ ａ ｈ ｏ ｅ ａ ｉｎ ｍｏ ｅ；ｗｈ ｌ ＣＣ ｕｓ ｓｔ ｙ ｏ ｉ Ｐ ｅ ｈｅ ｅ
ｔｒ ｕ ｆｔ ｅ ｄ ｖ ｎ ｔ ｒａ ｏ ｅ ｓ ｔ ｎ ｔ ｅ ｌ ｅＡＭＴ ｓ ｉ ｉ ｇ ｗ ｔ ｏ ｔ ｏ ｅ ｔｒｕ ｔ ｎ ｎ ａ ｄｔ ｎ， ｈ ｏ — ｏ ｑ ｅ ｏ ｒ ｉ ｇｍｏｏ ｓ ｃ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｒ ａ ｉ ｈ ｉ ｏ ｏ ｚ ｈ ｆ ｎ ｉ ｕ ｗ ｒｉ ｅ ｒ ｐ ｉ ．Ｉ ｄ ｉ ｏ ｔ ｅ ｓ ｆ ｔ ｈ ｐ ｎ ｏ ｉ ｔ
表 ２ 驱动 工作 模式 划 分
信号 车速 ≤Ｖ ０ ≤ ０
＞Ｖ ０
驱 动模式 需求转矩 纯 电动 串联混合动力
Ｔ， ＜Ｔ １
．
部件状态 发动机 怠速 工作 工作 工作 离合 器 断开 断开 闭合 闭合 主驱 动电机 驱动 驱动 不 工作 不工作 Ｇ 不工作 发 电 发 电 不工作
系统 充 电效率 。
图 ３ 发动机工作 区划分
驱动工 作模 式 划 分 如 表 ２所 示 。表 中 ， 为 临 ％ 界车速 ， 当车 速 低 于 时 ， 辆 为 纯 电动 起 步 或 者 车
根据 台架 试验 得 到 的发 动机 万 有特 性 和 ＩＧ效 Ｓ
胡斐 ， ： 等 混合动力城 市客车整车控制系统 的开 发
协 调控 制 主驱 动 电机 的转矩 输 出 ， 现 Ａ 实 ＭＴ换挡 的
一
ｆ Ｃ ｌ ＩＧＣ Ｍ Ｓ Ｅ
发 动机 ＩＧ Ｓ
ｊＬ
ＴＵ Ｃ
ＡＭＴ
Ｉ ｆ
ｌ 】
主 驱 动 电机
机 械 连接
…
—
…
动力不 中断， 提高整车的舒适性和动力性 。
—
信号线 连接
…
汽 ２ １ （ ３ ） ４期 ０ ２年 第 ４卷 第
车
工
程
２ １ （ ｏ ３ ） ｏ４ ０２ Ｖ １ ４ Ｎ ． ．
Ａ ｔ ｏｉ ｎｉｅｒ ｇ ｕｏ ｔ ｅＥ ｇ ｅｉ ｍ ｖ ｎ ｎ
２ ２５ ０１ ０ ６
混 合 动 力 城 市 客 车整 车控 制 系 统 的开 发
胡 斐 ， 治 国 ， 、 昌 赵 别泽
ａｅｅ ｈ ｎ ｅ ｙａ ｏ ｎ ６ ｒ ｎ ａ ｃ ｄ ｂ ｒ ｕ ｄ ２ ％ ａ ｄ １ ％ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｙ ｗｉ ｍｉ ｉ ｎ ｌｏ ｉ ｒ ｖ ｄ ｎ ７ ｅ ｐ ｃｉ ｌ ｔ ｅ ｓ ｏ ｓ ａｓ ｍｐ ｏ ｅ ． ｖ ｈ ｓ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：ｈｙ ｉ ｅｅ ｔ ｃ ｃｔ ｂｒｄ ｌ ｃ ｒ ｉｙ ｂｕｓ ｉ ；ｖｅ ｃｅ ｃ ｎｔ ｏ ｙｓｅ ；ｅ ｒ ｙ ｍ ａ ｇ ｍｅ ｔｓ ｒ ｔ ｇ ｈｉｌ ｏ ｒ ｌｓ ｔ ｍ ｎｅ ｇ ｎａ ｅ ｎ ｔ ａ ｅ ｙ；ｐ ｗｅ ｏ － ｏ ｒ ｃ ｏｒ
Ｄ Ｎ Ｒ
加 速 踏 板 制 动 踏 板
模 式
式 中 ： 为加速 踏板行 程 （ ０～１０ ） Ｔ… 为 发 动 机 ０ ％ ；ｏ 最大 转 矩 ； ｍ 为 主 驱 动 电机 最 大 驱 动 转 矩 ； 为 Ｔ ｉ
、 ／ 、 ／ 、 ／ 、 ／ 、 ／ 、 ／
未踩 踩下 踩下 未踩 未踩 未踩 未踩 踩下
储 能 系统 的效 率 ， 且 叼ｄ 。 Ｉ 。 。 ＝叼 ｓ７ ｈ 。 ｈ ｇ Ｇ７ （） １
言
辩 较
杷
窭
需
式中：ｉ 为怠 速充 电模式 下系统 的 总效 率 ； 、 ７ ７ 叼
叼 。 叼 分别 为 发动机 效 率 、 Ｇ发 电效 率 和储 能 和 Ｉ Ｓ
汽
车
工
程
２１ ０ ２年 （ ３ 第 ４卷） ４期 第
合器 、 电控 机 械 式 自动 变 速 器 （ ＭＴ 、 驱 动 电机 Ａ ）主 和 由铅 酸蓄 电池 与超级 电容 并联 组成 的储 能系 统 。
率图， 综合储 能 系统 的效率 ， 绘制 怠 速充 电模式 下 系 统 的总效率 曲面如 图 ２所 示 ， 率 最 高 点 即为 最 优 效
ｗ ｒ ｆ ｙ ｒ ｏ ｔ ｌ ｎｔ（ Ｕ）ｉ ｄｖ ｌ ｅ ｓ ｇａｔｍ ｔ ｏ ｅｇｎ ｒｔ ｎｔｃｎ ｌ ．Ｔ ｅｒｓｌ ｆ ｅｌ ｅ ａｅｏ ｂｉ ｃｎｒ ｉ ＨＣ ｈ ｄ ｏｕ ｓ ｅｅ ｐ ｄｕｉ ｕｏ ａｉ ｃｄ ｅ ｅａ ｏ ｈ ｏｏ ｏ ｎ ｃ ｉ ｅ ｙ ｇ ｈ ｅｕｔ ｏ ａ ｖ－ ｓ ｒ
怠速（ 电） 充 轰油门 驱动 滑行／ 准备起步 制动 倒车
Ａ ＭＴ速 比； 为调整 系数 ， 且
Ｋ＝ （ Ｓ Ｃ － ，Ｏ ） 厂 （） ３
式中： 为车 速 ；Ｏ Ｓ Ｃ为荷 电状态 。 根据 台架 试验 得 到 的发 动 机 万 有 特 性 图 ， 发 将 动 机工作 区划分 为 ３个 部分 ， 图 ３所 示 。 如
当需 求转 矩在 此 区域 时 ， 车辆 由发 动机 单独 驱动 。
（ ）Ｔ． ３ ｏｉ ｈ 以上 区域 为 助 力 区。 当 需 求 转 矩 在
此 区域 时 ， 动机 和主 驱动 电机 同时参 与 驱动 。 发
速 油耗 为 １８Ｍｈ 因此 ， ．ｌ ， 怠速 充 电模 式 对 燃 油 经 济 怠 速充 电模 式下 ， 发动 机带 动 ＩＧ发 电 ， 械能 Ｓ 机 被 转化 成 电能 存储 在 储 能 系统 中。此 时 ， 统 能量 系 流 动方 向为 ： 动 机 一 ＩＧ 储 能 系统 。 因此 ， 要 发 Ｓ一 若 使 整个 系统 的效 率 最 高 ， 应综 合 考 虑发 动 机 、Ｓ ＩＧ和
动力 线连 接
・ 池 ｌ 电 模块 ｌ 洲
｛ 超级电容模块
１ 动力 系统结 构与整车控制器
图 １ 混合动力城市客车动力 系统 简图
国家高技术研究 发展 计划 （６ ８ ３计划 ） 目（ ０ ８ Ａ１Ａ１７ 资助 。 项 ２０ Ａ １ ３ ）
原 稿收到 日期为 ２ １ 年 ４月 ２ ０１ ０日， 修改稿 收到 日期为 ２ １ 年 ５月 ２ ０１ ７日。
ＣＡＮ Ａ ＣＡＮ Ｂ
策略和动力协调控制 。能量管理策略的任务是根据 驾 驶员 的操 作 ， 保 证 驾 驶 员 需 求 和 动 力 性 的前 提 在 下， 协调各动力源的输出， 降低油耗 、 减少排放 ； 动力 协 调控 制 的作 用 是 针 对 本 文 的 动 力 系统 结 构 ， 过 通
ｈ ｃｅ ｔｓ ｈ ｗ ｔａ ｔ ｈ Ｓ ｄ ｖ ｌｐ ｄ，ｔｅｆ ｅ ｃ ｎ ｍｙ ａ ｄ ｐ ｗｅ ｅｆｒ ｎ ｅｏ ｅｈ ｂ ｄｅｅ ｔ ｃｃｔ ｕ ｉｌ ｅｔｓ ｏ ｈ ｔ ｈｔｅＶＣ ｅ ｅｏ ｅ ｗｉ ｈ ｕ ｌｅ ｏ ｏ ｎ ｏ ｒｐ ｒ ｍａ ｃ ｆ ｈ ｙ ｒ ｌｃｒ ｉ ｂ ｓ ｏ ｔ ｉ ｉ ｙ