混合动力轿车动力总成控制系统的研发_企业新闻_新闻资讯

　　1 前言

　　采用传统内燃机和电池作为动力系统的混合动力轿车以其低能耗、低排放和价格相对较低等优点，已成为当前汽车动力系统技术研究的热点。国外在混合动力电动汽车的开发方面已经取得重大进展，如丰田公司的Prius和本田公司的Insight等车型实现了产品化生产。国内在“十五”期间对混合动力系统的开发十分重视，随着科技部863电动汽车专项研究的开展，国内混合动力电动汽车的研发已取得了很大的进展。混合动力轿车的多能源控制系统是一个较为复杂的系统，需要协调处理作为动力源的发动机与电池电机系统之间的关系，同时还要根据需要与变速控制系统通信，提供换挡控制所需的信号等，众多的传感器信号增加了多能源控制系统的复杂性。

　　2 HEV动力总成结构

　　目前混合动力轿车较多采用并联式混合动力系统。根据发动机和电机动力耦合方式的不同，并联式混合动力系统又可以分为变速器前耦合、变速器后耦合以及四轮驱动的并联式混合动力系统等几种方式。作者采用变速器前耦合方式，将电机安装在变速器的输人轴上，同时采用一个离合器连接发动机的曲轴。这种类型的并联式混合动力系统通过分离离合器可以实现纯电动运行工况，由于需要离合器的分离与接合控制的自动化，一般采用AMT或CVT等自动变速机构。图中ISG是兼具启动和发电功能的ISG电机，可以实现串行工况，从而演变成混联式的混合动力结构，但主要的驱动模式还是并联驱动。

　　3 动力总成的拓扑结构和控制策略

　　多能源动力总成控制系统是一种典型的分布式控制系统。混合动力轿车的动力系统由多个子系统组成，每个子系统都有各自的控制系统，所有这些控制系统通过CAN总线进行数据通信，从而构成了一个车用分布式控制系统。其中动力总成控制器是其他所有子系统控制器的主控制器，其主要作用是进行混合动力轿车动总成的能量管理和动力输出切换过程的协调控制。

　　动力总成控制系统采用基于状态的控制策略，根据能量管理策略和数据采集结果，判断进人如下哪种状态：发动机驱动、停车充电、电动驱动、并联混合驱动、串联驱动、制动能量回馈和故障处理等。在发动机和电机两个动力源的配合下，动力源的输出转矩可在大范围内迅速平滑切换，满足车用动力源的要求，同时通过能量管理策略和制动能量回馈策略提高能量利用效率，改善整车的燃油经济性。

　　能量管理策略采用改进的基线式控制策略。I区为原动机转速低于1 200r/min的工况区域，采用纯电动驱动，当SOC值过低时，采用串联驱动；Ⅱ区为内燃机燃油消耗率大于402g/kW·h的工况区域，在此区域内，纯电动驱动的折算燃油经济性高于纯内燃机驱动的燃油经济性；Ⅲ区与Ⅳ区的分界线源自车辆4挡行驶阻力折算到动力源的阻力转矩曲线。车辆中高速行驶时，需求转矩点一般在Ⅳ区。为了使发动机尽量工作在高效区，在Ⅱ区的发电功率设为12kW，Ⅲ区的发电功率设为6－12kW，W区的发电功率设为6kW，这样所得到的行车发电工况的发动机最低工作线如图3中虚线所示。影响各区域内动力总成运行状态的最主要因素为蓄电池SOC值，改进的基线式控制策略运行规则。

　　制动能量回馈区域为—Ⅰ区。回馈功率的大小取决于制动踏板行程和车速。低速时制动转矩较大，但回馈功率较小；中高速制动时，随着回馈功率的上升，制动转矩逐渐减小。为了保护电池少对能量回馈功率进行了适当的限制。

　　4 控制系统硬件设计

　　动力总成控制系统的硬件设计需要考虑控制功能与使用环境的复杂性。主要包括以下几个模块。

　　（1） MCU最小系统即图中的MPC555芯片和MCU配置模块。配置模块包括时钟配置、启动配置、复位以及SRAM扩展等电路。MPC555芯片适合于车载环境使用，具有较高的集成度，可减少片外功能模块的扩展，提高系统工作的可靠性。

　　(2)电源管理模块将 12V蓄电池电源转换为 5V和 3.3V，为MCU和各电路模块提供工作电源。

　　(3) SCI串行通信模块符合RS232通信标准，提供备用的软件调试、数据标定的通信接口。

　　(4) 2路CAN通信模块符合CAN2. OA和CAN2. 0B通信协议，提供HCU与各ECU间的CAN通信接口以及用于CCP标定系统；与其他子系统之间采用CAN总线通信，可有效减少控制系统组成的复杂性，提高可靠性。

　　(5)信号调理电路模块包含模拟量输人信号调理电路（AI模块）、数字量输入信号隔离与调理电路（DI模块）、脉冲输入信号调理电路（PI模块）和数字量输出信号隔离与驱动模块（DO模块）等。

　　5 控制系统软件设计

　　采用μC/OS- Ⅱ嵌入式实时操作系统作为软件平台，将动力总成控制系统的各控制功能模块编写为不同的任务。运行流程见图5，应用程序的人口为main（），然后是硬件和操作系统的初始化。在TaskStart任务中启动时钟节拍，调用OSStatInit（）初始化统计任务，创建需要用到的其他任务，并自动允许异常和中断，OS开始正常运转，根据控制功能的需要进行任务调度，响应中断。