插电式混合动力轿车动力平台技术开发

韩友国　王若飞

【摘 要】本文以某款 PHEV轿车为研究对象，对混合动力平台进行开发研究，研究前桥混合动力驱动系统的集成及优化，对后桥电子驱动系统的设计及布置合理性进行分析讨论，并对整车安全性能进行研究分析，最终得出确定此混合动力平台技术可行。

【关键词】插电式混合动力；四驱；混动平台；整车安全

【Abstract】Based on chery G3 PHEV cars as the research object， research on hybrid platform for development， research front axle hybrid drive system integration and optimization， the rear axle of electronic drive system design and arrangement of rationality analysis discussion， and through analyzing the performance of the vehicle safety， ultimately determine the hybrid platform technology is feasible.

【Key words】PHEV；All-wheel-drive；Hybrid platform；The vehicle safety

1 混合动力总成构型的研究

本文插电式混合动力轿车前桥混合动力驱动系统由发动机、分离离合器、ISG电机、CVT变速器构成，后桥电驱动系统由后驱电机、电子后桥构成。两套动力系统可根据不同工况单独或同时工作，以取得良好的动力性和经济性。车载高性能锂电池作为整车电机的驱动动力源，兼顾能量型和功率型锂电池的性能要求，整车具备纯电动续驶功能。

2 前桥混合动力系统技术开发

混合动力驱动系统由发动机、分离离合器、ISG电机、CVT变速器构成，将发动机、ISG电机和变速器总成集成优化，对动力总成系统的轴系和轮系进行结构优化设计，提高动力总成系统连接的可靠性和耐久性。结合强混合动力系统的特点，对发动机和变速器进行匹配、优化及适应性的更改和设计，匹配和优化其MAP效率来适应混合动力系统使用。

混合动力驱动系统在传统汽油车基础上增加了ISG电机、控制器以及电压的转换DCDC部分。电驱动系统主要承载驱动的辅助功能及电量和电压的转换功能，便于车辆在高速行驶或者急加速情况下采用混动模式，更有利于发挥整车的动力性能。

3 后桥电驱动系统技术开发

本文所描述后桥电驱动系统是对传统汽油车的随动后桥进行更改设计，使其满足驱动需求。后驱驱动系统为一功率较大的驱动电机TM（Traction Motor），装载集成减速器与差速器的电子后桥系统，电子后桥的结合与断开都由MCU完成管理。驱动电机控制器（MCU）结合逆变器完成对后驱系统TM控制，实现驱动电机的扭矩输出、模式控制等功能。

后桥电驱动系统是纯电动系统，主要由驱动系统和冷却系统两部分组成。驱动电机、电机控制器、减速器和传动轴总成构成了混动四驱的后驱动系统；膨胀壶、散热器和冷却水管构成了后驱动的冷却系统。由于原型车是前置前驱系统，若在此基础上增加后驱纯电动系统，需要满足一定的布置空间和后部结构更改可行性。经过分析，将驱动电机和减速器布置在后轮之间的相应位置，调整离地间隙，可以保证通过性。根据传动轴设计准则，微调动总位置，校核设计传动轴，由于减速器距离后右悬架的距离过远，需要增加中间轴，使可以满足后悬架跳动引起的传动轴运动的要求。根据后桥驱动系统布置位置，进行悬置的设计，后桥驱动系统悬置采用左右后三点悬置固定。MCU控制器布置于车身左后纵梁位置，采用支架固定在电池包的骨架和车身支架上，距离电机比较近，可以方便三相电缆的连接。

根据后桥驱动系统布置，车身和后悬架机构需要进行相应的结构更改，车身底板避开动力总成的干涉，局部增加加强，并增加悬置的安装支架。后悬架机构需要更改拖曳臂的结构，增加后传动轴支撑，可以使动力有效的传递给后轮。

4 系统集成技术开发

4.1 动力系统的机械集成

动力系统主要包括：发动机、ISG电机耦合机构、变速箱、液压单元执行机构。发动机采用某公司现有的成熟产品E4G16发动机，开发CVT变速箱壳体与发动机的端面进行匹配安装，并在壳体中安装ISG电机耦合机构，通过液压单元执行机构进行控制。

由于混合动力各系统部件的最佳工作温度场的不同及冷却介质的差异，将冷却系统划分为三部分组成。分别是：发动机的冷却、电机控制器冷却和CVT变速箱油冷却，其中，前两部分冷却系统采用相同介质冷却，从而设计开发了混合分体式水箱，可以节省空间，增大迎风面积；变速箱冷却则将油冷器置于通风条件比较好的地方，可以提高变速箱的效率，油泵固定于变速箱壳体上，以便油泵的震动噪音可以通过变速箱的悬置软垫系统进行衰减，提高乘客的舒适性。

4.2 整车CAN网络通讯系统设计

在前期研究和设计的基础上，进一步整合和优化CAN信息和CAN协议定义，使CAN数据定义更加全面、合理和科学。由于强混合动力系统结构复杂，电控节点也较多，全部在一条CAN网络上会造成CAN网络负载率过高，因此有必要设计两条CAN网络分别搭载网络信息，且以HCU为转发网关。混合动力系统节点如HCU/BMS（Battery Management System）/ISG/TM/充电机/均衡器/EPS（Electronic Power Steering）可以搭载在CAN1，EMS（Engine Management System）/ESP/TCU（Transmission Control Unite）/仪表及车身控制器可以搭载在CAN2，这样既可靠，又方便了信息交互。由于VMS跟大多数节点之间都有通讯，因此采用VMS做网关节点，组成双高速CAN网络。由初步节点信号统计，计算出了每个节点在单CAN中的负载率。为了使两条CAN线负载率趋于平均，网关尽量少转发信号，特拟定了此拓扑方案。 经计算，这样CAN1网络负载率22.4%，CAN2网络负载率25.4%。

5 整车安全技术开发

5.1 整车碰撞结构安全设计

整车碰撞结构安全设计的原则是：确保在碰撞过程中和碰撞之后，乘员的人身安全不受影响，车上涉及安全的部件不遭破坏，本文描述整车进行了高压系统的安全设计，高压电气系统具备良好的绝缘、接地以及高压互锁环路的连接状态。

高压电有效时，随时监测高压系统的电压、底盘绝缘状态、接地状态、高压互锁环路的连接状态，实现高压强电的漏电保护，碰撞安全保护、防水防尘保护等需求，并能按指令控制蓄电池组断路接触器和各种继电器的接通和断开，完成碰撞安全的系统布臵和结构设计技术的研究利用。并通过CAE（Computer Aided Engineering）仿真分析对电池包、后驱系统的布置及结构设计进行优化，整车满足正面、侧面及后部碰撞的安全技术要求。

5.2 碰撞电池安全

碰撞信号从安全气囊控制器获取，由安全气囊控制器输出，HCU和BMS通过硬件电路采集，同时安全气囊控制器发出碰撞发生的CAN消息告知HCU和BMS，保证软件的冗余；HCU检测到碰撞信号后，立即置Battery-Enable 信号为低电平，输出给BMS的高压继电器控制回路，同时发出Battery-disable的CAN消息给BMS。

高压安全互锁方案设计了3个高压互锁回路：HVIL_A、HVIL_B、HVIL_C，分别为放电回路、慢充回路、快充回路的高压互锁，根据不同功能安全要求设定各互锁回路的安全等级。

6 电动转向系统的开发

汽车转向系统作为汽车主动安全性的关键总成，其性能好坏直接影响着车辆运行时的安全性和操纵稳定性。随着现代汽车技术的迅猛发展，汽车转向机构也由开始简单的纯机械机构发展到后来机械液压助力转向（ Hydraulic Power Steering ，简称HPS） 和电控液压助动力转向（ Electric Hydraulic Power Steering ，简称EHPS 机构），以及目前的电动助力转向（ Electric Power Steering ，简称EPS） 机构。

传统的液压助力转向系统通过与汽车发动机曲轴相连的齿轮驱动，汽车发动后，无论转向与否系统的液压泵都处于工作状态，增加了能耗。同时由于系统的结构复杂且存在漏油和渗油现象，不利于环保。近年来，随着人们对安全、环保和节能的呼声越来越高，汽车电动助力转向系统作为一种“按需型”的转向机构受到业界的普遍青睐，是未来汽车转向的发展方向。汽车电动助力转向系统是在传统机械转向系统的基础上，增加了信号传感装置、电子控制装置和转向动力机构，主要部件包括：扭矩传感器、车速传感器、电流传感器、电子控制单元、电动机和带离合器的减速机构。汽车转向时，扭矩传感器把检测到的扭矩信号的大小和方向经A/D转换后传给控制单元，控制单元同时接收车速传感器检测到的车速信号；然后根据车速传感器和扭矩传感器的信号决定电动机的旋转方向和助力扭矩的大小；同时电流传感器检测电路的电流，对驱动电路实施监控，最后由驱动电路驱动电动机工作，实施助力转向。

7 总结

本文以某款 PHEV轿车为研究对象，对混合动力平台进行开发研究，研究前桥混合动力驱动系统的集成及优化，对后桥电子驱动系统的设计及布置合理性进行分析讨论，并对整车安全性能进行研究分析，最终得出确定此混合动力平台技术可行，本文所描述的混动平台技术已在某款 PHEV整车上搭载应用，整车取得了公告认证。

【参考文献】

[1]赵又群，李佳.Plug-in混合动力汽车动力系统参数匹配[J].应用基础与工程科学学报，2011（03）.

[2]李献菁，孙永正，邓俊，胡宗杰，李理光.插电式串联混合动力汽车发动机起停控制策略的优化[J].汽车工程，2011（02）.

[3]孙永正，李献菁，邓俊，胡宗杰，李理光，孙文凯，杨安志.插电式串联混合动力轿车的选型匹配与仿真[J].汽车工程，2010（12）.

[4]张博，李君，杨世春，高莹，尹雪峰.Plug-in混合动力汽车动力总成优化设计研究[J].汽车工程，2009（07）.

[5]武小兰，王军平，曹秉刚，边延胜.充电式混合动力电动汽车动力系统的参数匹配[J].汽车工程，2008（12）.

[责任编辑：薛俊歌]