Position 2（P2）构型混合动力文献综述

杨文斌 何东伟

【摘 要】混合动力根据电机布置位置的不同可以分为P0，P1，P2，P3，P4等多种构型，而P2混合动力构型的灵活性和便利性具有更为广阔的研究前景和应用价值，针对混合动力汽车模式切换过冲中各个部件协调控制已成为国内外混合动力汽车的重要研究内容，本文综述了“基于P2构型混合动力驱动模式切换扭矩协调控制研究”，“P2构型的混合动力汽车电机启动发动机过程协调控制”，“P2结构混合动力系统协同控制”，“P2混合动力汽车用永磁同步电机温度场分析”和“HNSAE15196插电式混合动力汽车P2、P3技术方案对比分析”5篇论文并阐述了国际大公司关于混合动力P2构型的研发与投产。

【关键词】混合动力；P2构型；模式切换；协调控制

中图分类号： U469.7 文献标识码： A 文章編号： 2095-2457（2018）33-0082-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.036

【Abstract】Hybrid depending on the layout position can be divided into P0， P1， P2， P3， P4 etc a variety of configurations， and P2 hybrid configuration flexibility and convenience has more wide prospect of research and application value， for each part of hybrid mode switch overshoot coordinated control has become an important content of hybrid electric vehicles at home and abroad， this paper reviews the "based on the P2 configuration hybrid drive mode switching torque coordination control research" and "P2 configuration of the hybrid electric vehicle engine motor start process coordination control" and "P2 structure hybrid system coordinated control"，Five papers， "temperature field analysis of permanent magnet synchronous motor for P2 hybrid vehicles" and "HNSAE15196 comparative analysis of technical solutions for P2 and P3 plug-in hybrid vehicles"， also described the research， development and production of P2 configuration for international large companies.

【Key words】Hybrid； P2 configuration mode； Switching； Coordination control

0 引言

随着世界范围内的传统能源危机以及各个国家和地区越来越严格的排放法规，汽车行业的主机厂以及零部件厂和有关高校，科研院所都将新能源汽车作为未来汽车的研究方向，直接从传统能源汽车发展到普及新能源汽车的应用是非常困难，而混合动力能源汽车可以作为一个从传统能源汽车到新能源汽车发展的很好的过渡，所以研究混合动力汽车是目前最受欢迎和期待的项目。混合动力汽车指的是汽车同时拥有两套能量系统，一套是由发动机和传统能源组成的动力系统，一套是由电机和电池组成的新能源动力系统。根据混合动力系统中电动机位置的不同，将汽车的混合动力构型分为P0，P1，P2，P3，P4（P：Position）。尽管每种混合动力构型都有各自独特的优势，但是P2混动构型无需改变发动机和变速器等重要零部件的安装位置，且能够和现在常用的变速器如自动变速器，无极变速器以及双离合变速器都能匹配使用随着研究的深入和技术的发展，。本文主要综述对P2混合动力模构型应用过程中的各项研究以及新技术。

1 正文

P2混合动力构型是将电动机安置于发动机和变速器之间的位置，如图1所示。

重庆大学廖永康[10]研究内容是基于P2构型混合动力驱动模式切换扭矩协调控制研究。

论文通过建立发动机模型，离合器模型，电动机模型，内阻电池模型，双质量飞轮模型，干式DCT变速器模型和汽车动力学模型，对所建模型组成的不同驱动模式（有离合器接合过程、有离合器分离过程、无离合器动作过程。）进行力学分析，采用冲击度方程作为模式切换品质评价指标。并针对驱动模式切换条件并结合各部件的控制方法，综合理论分析结果、部件控制

方法和发动机点火方式，制定出三类典型模式切换过程的扭矩协调控制策略。最后，通过搭建扭矩协调控制模型，对每种驱动模式进行进行仿真，将仿真结果与无扭矩协调控制的仿真结果进行比较，得出结论，采用扭矩协同控制策略能够有效较小模式切换时的冲击度，对比分析采用可行域限制的协调控制策略前后仿真结果，采用可行域限制的协调控制策略能有效控制模式切换时的冲击度。该论文研究内容通过建模对于P2构型混合动力不同驱动模式有无扭矩协同控制进行仿真，得出了扭矩协同控制策略对于P2构型混合动力三类经典驱动模式切换的有效性和实用性，具有一定的参考价值和借鉴价值。对于该论文研究内容作更深层次的研究应该结合台架或是整车试验，仿真结果处于理论层面，从仿真结果出发，结合台架或是整车试验数据，得出更为准确和实用的P2构型下混合动力驱动模式的扭矩协调控制。

中国第一汽车股份有限公司技术中心宁甲奎等人研究内容是基于P2构型的混合动力汽车电机启动发动机过程协调控制。混合动力不同驱动模式之间的切换存在着各方面的问题，如电机扭矩变化造成的发动机冲击，不同驱动工况的切换与控制等。需要采取相应的研究。该论文研究的内容是基于匹配双离合变速器的P2构型，在纯电动驱动模式切换至发动机驱动模式，发动机的启动是通过电机来带动的，由于电机扭矩变化造成发动机启动过程产生的冲击问题，通过建立电机驱动模式转换至发动机驱动模式的动力学模型，提出利用双离合变速器滑动摩擦过程来减小这一冲击，并通过PID（比例，微分，积分）算法实现对双离合變速器的控制和扭矩协调来减少启动发动机过程中的冲击。最后，还通过整车试验进行验证理论研究的有效性。

北京航空航天大学郭伟等人研究内容为P2结构混合动力系统协同控制。

论文通过分析P2构型混合动力汽车动力系统特点，将混合动力汽车行驶工况分为纯电动行驶，纯发动机驱动行驶，发动机给电动机供电行驶，发动机和电动机并联行驶，发动机蠕行启动（当电池电量不足，无法使用电机启动时）和制动能量回馈。通过搭建P2混合动力控制系统协同控制构架，来实现对汽车行驶不同工况之间的模式转换，以纯电动到并联驱动模式转换和纯发动机驱动到制动能量回馈模式转换为例，分析模式转换过程的关键控制，并通过整车试验结果验证了控制的有效性。文章指出了P2构型混合动力汽车行驶过程中不同工况之间转换和控制的难点并分析和试验了纯电动机到并联驱动模式和纯发动机驱动行驶模式到能量回馈模式两种行驶工况的切换和控制，如要全面分析，还应加入纯发动机驱动到并联驱动，纯电动机驱动到纯发动机，纯发动机驱动到纯电动机驱动等模式之间的转换与控制。

合肥工业大学王淑旺等人研究内容为P2混合动力汽车用永磁同步电机温度场分析。

论文通过建立永磁同步电机的计算机模型，将模型设定边界值，用Fluent软件进行仿真分析电机模型的温度场分布，最后通过实体电机温升实验，搭建热平台进行实验，得到实验结果与仿真结果差异值在合理的变化区间内，验证了计算机仿真结果的准确性。对于电机-电池能量系统作为辅助能源的混合动力汽车中，汽车行驶过程中，电机起作用的工况主要为汽车启动，辅助发动机进行车辆加速，燃油不足情况下纯电动行驶一定里程。永磁同步电机的工作环境相对恶劣，P2构型导致电机散热环境不佳，容易温升过高，所以论文对永磁同步电机的温度场分析具有一定的借鉴意义。

海马轿车有限公司姚帅等人研究内容为HNSAE15196插电式混合动力汽车P2、P3技术方案对比分析。

论文通过分析P2构型和P3构型中发动机，电机，变速器的空间布局，得出P3构型的布局优于P2构型。通过分析P2构型能够实现的功能：发动机启停，纯电动驱动，纯发动机驱动，发动机电机并联驱动，发动机给电池充电，制动能量回收。P3构型能够实现的功能：发动机启停，纯发动机驱动，纯电驱动，发动机电机并联驱动，制动能量回收。比较得出，P2构型在实现功能上面优于P3构型。在整车布置方面对同一个车型采用P2，P3两种构型，P2构型匹配60KW电机，P3构型匹配75电机进行仿真实验。得出P2构型在利用变速器挡位变化情况下最大爬坡度以及节油性能优于P3构型。最后的仿真实验如能在不同构型下匹配相同功率的电机，则更有说服力。

此外，国际汽车领域的大公司也相继在混合动力P2构型上投入研发与生产。博格华纳公司在2018年4月25日的北京国际汽车展览会的展台上重点展示了P2构型混动动力技术模块的研发。舍弗勒公司在2018年3月16日在太仓投产舍弗勒全球首个P2混合动力模块。国际大公司在P2构型的研发与投产也应证了P2混合动力构型广阔的应用前景。

【参考文献】

[1]廖永康.基于P2构型混合动力驱动模式切换扭矩协调控制研究[D].2017.

[2]宁甲奎，田辉.基于P2构型的混合动力汽车电机启动发动机过程协调控制[J].传动技术，2017.

[3]郭伟，徐向阳.P2结构混合动力系统协同控制[J].中国公路学报，2018..

[4]王淑旺，刘马林.P2混合动力汽车用永磁同步电机温度场分析[J].2016.

[5]姚帅，钟海刚.HNSAE15196插电式混合动力汽车P2、P3技术方案对比分析[C].2015.

[6]Wang Junhua，Sun Qichun. Study on the Driveability During Engine Start Process for A P2 Hybrid Vehicle[J].2017.

[7]赵子亮，郑益红.单电机P2混合动力汽车发动机起机功能开发[C].2016.