一种新能源混合动力汽车台架尾排系统启停控制设计

徐兰欣，苏长树，张 伟

（长城汽车股份有限公司技术中心 河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

新能源混合动力汽车 （Hybrid Electrical Vehicle，简称HEV）是指同时装备两种动力来源——热动力源 （由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源 （电池与电动机）的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳区域内工作，从而降低油耗与排放。

新能源混合动力台架主要用于新能源混合动力汽车两驱或四驱道路工况模拟，对由发动机+电机+变速器组成的混合动力系统进行测试或对新能源混合动力汽车整车性能进行测试，可进行新能源汽车驾驶动态、变速器箱体和旋转部件应变极限评估、燃油消耗优化、控制单元基础标定、混合动力总成性能评估和优化等。

因此，新能源混合动力台架涉及纯电或与发动机混合驱动行驶工况，过程中发动机不定时启停。CO和碳氢等有害气体在发动机运行时大量产生，而在发动机停机即纯电行驶，则不会产生。因此本着高效和能源节约原则，探索在封闭的台架试验环境中实现尾排适时启停很有意义。

1 AVL台架简介

新能源混合动力测试台架既要满足两驱测试，又要满足四驱测试，并兼顾动力总成和整车测试，支持各种测试程序，以确保达成驾驶性能评估和特定寿命考核等开发目标。经过综合评价，我公司引进奥地利AVL李斯特公司 （以下简称“AVL”）生产的混合动力测试台架，其所提供动力测试系统解决方案包括两个主要配置。第一个是内燃机+电机+变速器的组合测试；第二个是真实的整车测试。两种配置可在稳定的环境条件下复现真实测试结果，在动力总成台架上实现理想的加载可以接近整车在真实道路上测试。图1为AVL动力总成台架。

图1 AVL动力总成台架

AVL台架PUMA OPEN自控系统，包括自控系统软件和硬件，其被测单元控制接口包括CAN接口板及CAN Real-Time驱动，是总成测试的自控集成式平台，可为用户提升测试任务及测试系统的复杂性。系统提供自动运行控制、模拟软件以及I／O接口和控制子系统、测量设备和操作界面；通过Visual Basic脚本编辑，还提供一个灵活用于扩展图形化库组件，以实现用户特定功能。

AVL实时环境ARTETM确保所有I／O系统和关联的计算过程准确交互。

在主要由PUMA OPEN和EMCON系列400及新能源车辆混合动力部件 （前桥：发动机及其变速器、BSG电机及其控制器；后桥：MCU电机及其控制器及其二挡减速机）所组成的动力总成测试台架中，4个测功机用来模拟汽车道路负载，通常有几个控制器 （如HCU、EMS、TCU、BSG、MCU、ACU）同时工作于此系统中，每个控制器间通过CAN总线（PT_CAN、HC_CAN、HP_CAN）交换数据，同时总线数据又可以和PUMA OPEN进行实时数据交换及实时总线残余信号模拟，就如同一辆真实车辆在实际道路中行驶。台架测试结构框图如图2所示。

图2 台架测试结构框图

2 项目要求

为保证台架测试不间断运行，避免其运行过程中产生的尾气危害人员身体健康和造成能源浪费，经论证，利用PUMA OPEN自控系统对用户开放的优势来实现尾排自动启停具有可实施性和便利性。

车辆有AUTO ／POWER／SAVE ／PURE和AWD几种驾驶模式，在不同模式间切换或同一模式下运行，发动机会根据车辆运行状况随时启停。如从PURE切至POWER／AWD／SAVE MODE任一模式时，发动机800ms内启动；AUTO模式，当SOC低于25%或加速需求大于2.6m／s2时，发动机亦在800ms内启动；在PURE模式，车速低于120km／h或AUTO模式的某些工况又要求发动机必须停运。总之，发动机启停状态具有随机性，所以关联发动机转速信号，是实现本设计的关键所在。

3 开发过程

3.1 台架PUMA OPEN自控系统硬件介绍

AVL动力总成台架PUMA OPEN系统与前端模块F-FEM通过高性能IEEE 1394总线联接，采用400 Mbit／s传输率与模块精确同步。AVL F-FEM前端模块通道配置情况见表1。

表1 AVL F-FEM前端模块通道类型情况

3.2 利用PUMA OPEN自控系统硬件

PUMA OPEN系统其前端模块F_FEM通道结构：AVLF_FEM_CON模块电气参数：3个IEEE1394接口；4个独立的计数器通道；18个数字量输入通道；26个数字量输出通道；4个模拟量输入通道；4个模拟量输出通道；2个频率输出通道；供电电源：24VDC。其内部原理图如图3所示。

图3 F_FEM_CON模块内部原理图

通道选择：通过以上模块通道特性和本设计比较以及模块使用备用情况，得出F_FEM_CON模块Digital Output通道X14和X19适用，可完成对尾排系统启停输入控制。

3.3 软件设计

基于PUMA OPEN自控系统提供的自动化控制和软件处理能力，包括接口硬件到AVL I／O控制系统和强大的Formula Device Example公式编辑器 （简称FDV）功能。ARTE与其基于F-FEM的通用主时钟可确保在线同步数据采集、数据计算和处理以及无延迟的 UUT、测功机和模拟控制。通过来自与动力总成进行实时数据交换的PUMA OPEN自控系统，俘获HP_CAN总线上Engine Speed信号来确认发动机运行状态信息。

3.3.1 变量定义

配置硬件F_FEM_CON通道后定义FDV公式编辑器变量，如表2所示。

表2 变量表

3.3.2 软件程序设计

本着安全和能源节约原则，无论台架处于何种工况，发动机启动尾排系统亦应随即启动运行，发动机停止尾排系统亦应延时后停止运行。据此，利用PUMA OPEN自控系统自带的FDV编辑器功能，软件程序设计如下：

dim n，m，i，p，q，r

public draft_fan_start，draft_fan_stop

if enginespeed>200 then

draft_fan_start=1

draft_fan_stop=0

endif

if draft_fan_start=1 then ／*启动信号置1后，初始化计数器n，而非在程序开始初始化计数器，避免因每执行一次程序计数器都要初始化，导致n一直等于1*／

n=0

if m<3 then

m=m+1

endif

endif

if m=3 then

m=0

p=1

endif

if p=1 then ／*完成标志位p，避免启动信号在0和1之间跳动*／

draft_fan_start=0

endif

if DEM_K15=0 and p=1 then ／*发动机停止条件设为DEM_K15=0（DEM_K15为KL15上下电按钮），而不是enginespeed<200rpm，因为发动机断电后信号立即变为无效，采集不到转速小于200rpm*／

m=0

if n<10 then／*完成标识位p的判断条件，避免在发动机停机后，停止信号在0和1之间跳动）*／

n=n+1

endif

endif

if n=10 then

n=0

p=0

q=1

endif

if q=1 then ／*完成标志位q，避免停止信号在0和1之间跳动*／

draft_fan_stop=1

endif

if draft_fan_stop=1 then

if i<3 then

i=i+1

endif

endif

if i=3 then

i=0

r=1

q=0

endif

if r=1 or draft_fan_start=1 then ／*完成标志位r，避免停止信号在0和1之间跳动；增加“draft_fan_start=1”条件，避免停止信号置1时，发动机突然再次启动，造成开启和停止信号同时置1*／

draft_fan_stop=0

endif

r=0 ／*“r=0”，避免上一个if语句无限循环*／

4 结束语

新能源动力总成试验室承担着新能源混合动力汽车研发的重要任务，其安全、高效及节约化运行始终是我们坚持不懈的追求目标。此种控制思路实施简单，只需简单编制FDV公式编辑器程序，无需增加任何硬件和软件成本费用，利用其设备固有的软硬件资源即可实现，不失为一种值得提倡和应用的好方法。