插电式混合动力汽车通讯控制分析

李 锐，胡艳峰，符丹丹，靳 珊，陈 佩

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

根据GB7258-2017标准 （2018.01.01开始实施），新能源车型被分为3类：①纯电动汽车 （battery electric vehicle），指由电动机驱动，且驱动电能来源于车载可充电能量储存系统 （REESS）的汽车；②插电式混合动力汽车 （plug-in hybrid electric vehicle），指具有可外接充电功能，且有一定纯电动续驶里程的混合动力汽车，包括增程式电动汽车；③燃料电池汽车 （fuel cell electric vehicle），指以燃料电池作为主要动力电源的汽车 （燃料电池汽车不再以燃料电池为唯一动力源。）

电动汽车虽然零排放，但由于受到续驶里程、充电设施配套不完备等因素影响，限制电动汽车的快速普及。混合动力汽车既能很大程度上减少排放，又能弥补纯电动汽车续驶里程方面的不足，因此越来越受到主机厂的青睐。

混合动力汽车按照不同的分类标准可以有多种方式。可以按照混合动力的结构分类为串联式、并联式、混联式；或由混合动力的混合程度可分为弱混 （电功率比例5%）、轻混 （电功率比例5%～25%）、强混 （电功率比例25%～50%）。本文将按照强混并联式混合动力汽车来介绍。

1 并联式混合动力汽车介绍

1.1 并联式混合动力汽车构型

并联式混合动力汽车系统结构如图1所示［1］。该结构主要由发动机、驱动电机／发电机两大部件总成构成，有多种组合形式，可以根据使用要求选用。两大动力总成的功率可以互相叠加，协调共同作用驱动车辆行驶。

图1 并联式混合动力电动汽车结构示意图

1.2 混合动力汽车的核心

电动汽车的核心系统是三电系统，即电机、电池、电控。混合动力汽车，除了具备电动汽车的三电系统外，还具有传统柴油车的发动机，因此电控方面比电动汽车电控更为复杂，其主要核心部件是混合动力整车控制器。混合动力整车控制器涉及两种动力的协调控制及功率分配，运行模式比纯电动车型要复杂，常见的混合动力汽车运行模式见表1。

插电式混合动力汽车最常用的3种运行模式是纯电动模式、纯发动机模式及混合动力模式，根据这3种运行模式，其控制模式对应为纯电动控制模式、纯发动机控制模式及混合动力控制模式。插电式混合动力汽车的控制形式一般如下。

1）纯电起步：起步靠驱动电机带动，发动机此时不启动。

2）中高速行驶时，纯发动机运行，此时发动机可运行于高效区。

3）混合动力模式：纯电运行时功率不够时，驱动电机拖动发动机启动，不足部分用发动机来补够。纯发动机运行时功率不够时，在动力电池SOC允许的情况下，用驱动电机来补齐不足的需求功率部分。

表1 混合动力汽车运行模式

2 网络拓扑架构

插电式混合动力汽车网络节点涉及混合动力整车控制器、驱动电机系统、电池管理系统，另外就是发动机。车载CAN网络通常采用总线型网络架构。在设计时，一般将控制系统相关节点位于一路CAN，发动机控制器、ABS等位于另外一路CAN，整车控制器两路CAN并兼具集成网关的功能，拓扑架构如图2。图2中监控终端是国标GBT32960要求的新能源车型必须有的监控平台，用于将新能源车型的相应数据与国家平台对接。按照SAE J1939标准的要求，两路CAN的波特率均采用250 K，根据实际情况也可以采用500 K。

图2 网络拓扑架构示意

3 控制功能分析

3.1 驱动电机系统控制分析

驱动电机控制通常有转速控制和转矩控制两种。车辆的行驶需要依靠整车控制器对电机的转速／转矩需求控制来实现。因此对驱动电机的控制可以参考SAE J1939定义的对发动机的控制。电机系统重要的反馈参数有母线电压、母线电流、电机转速／转矩、电机温度、电机控制器温度、系统故障等。

3.2 发动机系统控制分析

发动机控制及发动机的反馈信息在SAE J1939标准已经有明确定义，根据SAE J1939标准定义就可实现对发动机的运行控制及停机控制。传统柴油车型很多控制器都可以控制发动机，如ABS、TCU、发动机控制器等，发动机根据运行情况判断响应哪个控制器的控制。在有混合动力整车控制器的车型上，应由整车控制器来控制发动机。

4 高压上电分析

动力电池是混合动力汽车能量的重要来源之一。插电式混合动力汽车的纯电起步时能量来源是动力电池 （满足纯电起步时发动机不启动）。因此，插电式混合动力汽车通常在钥匙ON挡电时就完成了高压上电过程。高压上电主要工作是完成预充电。预充电的存在有效地防止了动力电池高压输出瞬间大电流对电器件造成损坏。图3是电池管理系统做预充电的整车高压配电示意图，其中虚框部分即预充电电路。预充电过程如下：在收到上高压命令后，首先控制主负接触器KM-闭合，然后控制预充电接触器KMp闭合，同时控制器检测母线端的电压，当母线电压达到动力电池电压一定值时，认为预充电完成，最终闭合主正接触器KM+。预充电过程中闭合KMp后，预充电电阻R的存在起到了限流的作用，使得母线端电压呈缓慢上升趋势，避免了瞬间接通产生的大电流对接触器造成的损坏。

图3 高压配电示意图

5 通讯信号分析

插电式混合动力汽车涉及的主要通讯节点的通讯信号分析详见表2。

表2 通讯信号表

6 总结

混合动力汽车一方面减少了排放污染，环境友好，另一方面兼顾了续驶里程，弥补了纯电动汽车续驶里程方面的不足，非常适合长距离的货物运输工况。本文从混合动力汽车的构型、车辆运行模式、网络拓扑、控制功能、高压上电及通讯信号几个方面，阐述了混合动力汽车开发过程中的通讯、控制开发的基础环节，是对行业内混合动力汽车通讯、控制开发流程的总结，在此抛砖引玉，希望对相关人员有一定的帮助。