增程式电动车整车控制策略研究

李金金，王若飞

Li Jinjin1，Wang Ruofei2

（1.奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241002；2.奇瑞新能源汽车技术有限公司，安徽 芜湖 241002）

1 增程器工作模式的控制方式1

增程器通过驾驶员的输入及整车电池能量状态决定其工作模式，不同的工作模式，整车采用不同的能量管理策略。满足驾驶员输入需求的同时，对整车能量进行合理分配，维持电量平衡，同时提升整车的经济性。

增程器的工作对驾驶员的输入具有最高的优先级，当驾驶员需要增程系统启动时，增程系统工作；当驾驶员把增程系统的开启权利交由整车控制单元时，整车控制单元会根据动力电池电量、驾驶员的需求功率等决定是否启动增程系统，同时计算合理的工作点，满足驾驶需求，提升整车能量利用效率。

增程器工作状态切换方式如图1～图2所示。

2 增程系统的能量管理策略

通过实时计算整车的能量消耗（包括：驾驶员功率需求、整车负载功率）和动力电池的能量，判断是否开启增程系统；当增程系统开启后，增程系统工作于设定的工作点，同时对增程系统的工作点设定冗余区间，避免增程系统工作点的频繁切换，降低发动机在转速波动过程中带来的高燃油消耗率。

通过对总的需求功率进行区间的划分，并对不同的功率区间设定增程系统的工作点，该工作点的设定结合增程系统的工作效率、燃油消耗曲线以及整车是否在该点具有共振等特性，在提升燃油经济性的同时，提高整车的 NVH（噪声、振动和不平顺性）性能；对不同的SOC（电池荷电状态）区间，以不同的动力源作为整车行驶的主要动力源，优化能量结构，合理分配，提升效率；当SOC区间处于较高范围时，以动力电池的电能为主；当 SOC区间处于较低范围时，增程系统启动，以增程系统作为主要的能量源，整车控制单元请求增程系统工作于设定的目标值转速，动力电池作为辅助能量源，当需求功率大于增程系统提供的功率，动力电池能量进行补充；当需求功率小于增程系统提供的功率，对动力电池进行能量补充，防止动力电池过放电，增程系统工作点如图3所示。

图4描述了增程系统工作点划分与请求功率之间的逻辑关系。

通过设定增程系统的工作点，对整车能量进行匹配，让增程系统发电功率最大限度满足整车功率请求，同时对电池进行能量补充，实现燃油到电能的最小中间转化损失。整车增程系统发电功率与动力电池能量在 UDDS（城市道路循环工况）中变化曲线如图5所示。

3 SOC管理策略

对驾驶工况中SOC平衡策略进行研究，是为了在满足整车驱动功率需求下，实现SOC电量的平衡，提高电池使用寿命。对不同功率等级的增程系统控制方案，与连续的增程系统控制方案进行对比，匹配整车的增程系统控制方法。

依据仿真结果，对增程系统控制方案采用分级调速的控制方法，如图 6所示。对驾驶员的驾驶需求、整车负载功率需求、电池电量补充需求计算得出增程系统的功率需求，结合增程系统保护功率，对需求功率进行功率等级划分，由整车控制单元协调控制发动机与发电机工作于功率等级处，满足整车的功率需求，对动力电池进行能量补充，提升动力电池的使用寿命。

对不同数量的功率等级在SOC平衡策略中的表现进行研究，结合实际可操作性，匹配整车的功率等级数量，如图7～图8所示。

4 故障诊断策略

整车控制单元对其采集及其驱动的数字、模拟信号进行诊断。对数字、模拟量采集状态及实际执行过程中数字、模拟量的变化进行诊断，开发诊断策略，对采集信号的准确性、有效性进行诊断，保证信号采集的可靠性，提升系统的稳定性能；整车控制单元底层软件对CAN网络传输数据接收状态确认，将状态反馈至应用层，整车控制策略对数据传输状态进行确认，开发诊断策略，对 CAN网络数据进行收发诊断，确保数据传输的实时性、可靠性；整车控制单元通过硬件电路的设计，反馈驱动电路状态，整车控制单元采集驱动电路状态，对驱动单元是否正常驱动进行诊断，及时有效地确定驱动电路可靠性。故障诊断策略开发包含模拟、数字信号的诊断，CAN网络数据收发的诊断和驱动电路的诊断等，如图9所示。

4.1 模拟数字采集诊断策略

对模拟采集的硬件ADC（模数转换器）值进行范围的确认，对ADC转化的物理值进行合理性诊断；通过特定的驾驶员输入信息，通过对该物理量的变化进行监测并判断是否符合实际情况来设计诊断策略。

1）模拟量输入诊断

通过HCU（整车控制器）采集模拟量传感器电压判断是否处于合理的工作电压范围，同时对传感器的采集状态进行判断，通过底层故障确认函数对传感器采集故障进行确认记录。对驾驶员输入的状态进行模拟量的检测，判断该模拟量是否符合正常情况。如图 10～图 11所示。

2）数字输入量诊断

通过数字量组合的有效性对数字输入量进行诊断，数字输入逻辑值处于设定的逻辑真值表，认为数字输入采集正确，否则，通过底层函数记录该故障发生，如图12所示。

4.2 CAN通讯诊断策略

通过监测HCU与各个控制节点之间数据流状态，当HCU底层软件监测到各节点在设定时间内出现了丢帧现象，HCU会将该状态反馈给应用层软件，HCU应用层通过底层反馈的状态进行诊断策略的开发，并对故障进行确认。诊断策略如图13所示，通过对底层反馈的CAN数据流接收情况进行故障的确认，同时调用底层函数对故障进行更新记录。

4.3 硬件驱动诊断

硬件驱动诊断包括HCU低端驱动和高端驱动2种。诊断逻辑见表1～表2。

驱动电气原理如图14～图15所示。

诊断低高端驱动，采集HCU的输出及硬件反馈状态等信息进行故障诊断，诊断策略实现如图16所示。

表1 低端驱动逻辑真值表

表2 高端驱动逻辑真值表

5 结 论

以某款增程式电动轿车为研究对象，研究增程器的工作模式、增程系统的能量管理策略，提升整车的能量利用效率，并对整车SOC管理策略及故障诊断策略进行了研究及仿真分析。分析表明，控制策略合理、高效、安全，提升了整车性能。此技术已经搭载某款增程式电动车，技术可靠合理。

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