P2架构插电式混合动力车型分析介绍

缪金荣

摘 要：随着我国《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》进一步推行，新能源车的保有量和市场占有率辆也逐步增加。文章介绍了一种典型P2架构的插电式混合动力车型，简单介绍了其硬件构成，重点对其混动控制逻辑进行说明。文章对于理解P2架构的PHEV硬件和软件控制有一定的参考意义。关键词：插电式混合动力;P2架构;混动功能逻辑中图分类号：U462  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）11-189-03

Abstract： With the further implementation of China's "Measures for the Parallel Management of Average Fuel Consump -tion and New Energy Vehicle Credits for Passenger Car Enterprises"， the number of new energy vehicles and their market share have gradually increased. This article introduces a typical plug-in hybrid vehicle with a P2 architecture， briefly introduces its hardware structure， and focuses on its hybrid control strategy. This article has certain reference significance for understanding PHEV hardware components and software control strategy of P2 architecture PHEV.Keywords： PHEV; P2Architecture; DMTL; Hybrid Control StrategyCLC NO.： U462  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）11-189-03

1 前言

随着《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》的进一步推行，各大汽车厂商都积极推行新能源车的研发生产和销售工作。以2019年全年统计为例，新能源车辆共计销售120.6万辆，其中20.75万辆为插电式混合动力车型，约占新能源车辆总数的17.2%。插电式混合动力车辆因为没有“里程焦虑”，用户使用相对便捷的原因，在市场上受到相当数量用户的青睐。有专家预测，在未来相当长的一段时间内，插电式混合动力车型会蓬勃发展[1]。

目前市售的新能源车主要包括纯电车型（下称BEV）和插电式混合动力车型（下称PHEV）。BEV车型因其结构简单，研发技术难度相对较低而受到各厂商，特别是国内新兴车企的追捧。目前国内新兴OEM推出的车型主要以BEV为主。PHEV结构相对复杂，需要既有传统发动机和变速箱的技术积累，又要有电池电机的相关技术研发，同时还要掌握两套动力源的耦合和分配的相关技术，所以PHEV相关技术，特别是混合动力策略依然掌握在传统OEM手中。PHEV车型根据动力源的耦合方式的不同可以分为串联式，并联式和混联式[2]。各耦合方式的优缺点如表1所示。

目前，日系PHEV车型主要以混联式混动架构为代表，而欧系车型绝大部分使用并联式混动架构。本文主要介绍P2架构的PHEV车型的硬件结构和混动策略，以便读者更好的了解该架构PHEV的相关结构和原理。

2 硬件介绍

并联架构的混动系统根据电机在系统中的位置不同，可分为P0-P4共计5种架构（如图1所示），其中以P2和P3最為常见。

P0：电机位于发动机副机组位置，通过皮带或链轮与曲轴相连;P1：电机位于曲轴末端，与曲轴刚性连接;P2：电机位于离合器和齿轮箱之间;P3：电机与变速箱从动轴相连;P4：电机位于轮边，或者单独驱动后桥（或前桥）。

图2是某典型P2架构的变速箱结构图。该变速箱采用了机电一体化设计，变速箱控制器、传感器和液压控制系统（包括电磁阀、油泵和蓄能器等）集成为一体，大大精简了变速箱的结构复杂度，也方便进行售后维修。电机采用同轴电机，通过合理的设计，在保证电机性能的同时，减小轴向尺寸，改善发动机舱零部件的横向布置。电机和发动机的结合或分离通过K0离合器进行，实现整车不同的驱动模式。

3 功能逻辑介绍

3.1 整车运行模式

PHEV由于能外接充电，整车运行模式以高压电池核电状态（下称SOC）为重要影响因素，参考外界环境和零部件的温度条件，整车控制器（下称VCU）决策整车运行模式。如图3某P2架构PHEV运行模式切换示意图：1）在高压电池电量充足和温度条件适宜的情况下，总是默认使用纯电模式;2）当电量不足或者温度较低时，默认使用混合动力模式。考虑温度因素主要是出于相关部件的保护需要，避免对部件造成损害。

此外，该车型还具备其他的混动模式可供驾驶员选择。据试验测算，合理的采用不同的模式组合，可以使油耗下降15%甚至更高。通过导航的实时路况信息，VCU自行合理分配混动模式以期用户真实驾驶循环中，能实现油耗和能耗最低值是未来的发展趋势。

3.2 发动机启停需求控制和动力分配

由于PHEV上存在兩套能独立工作或者同时工作的动力源，何时启动发动机进行动力分配是混动策略的核心控制内容。

决定发动机启停的因素有很多，根据电机和发动机的性能和效率特征，一般低速工况使用电机驱动，高速工况发动机驱动车辆。

决定发动机启停，以下两个为重要影响因素和基本策略：

（1）当前车辆能提供的最大电驱功率是否能满足驾驶员需求功率。最大电功率受高压电池SOC，电驱系统温度等相关因素的影响;驾驶员需求功率由车辆速度，电机/发动机转速和油门踏板开度决定。系统判定当前的最大电驱功率不能满足驾驶员的驾驶需求时，系统提出发动机启动需求并经过许可判定后，启动发动机。如图4所示。

（2）高压电池SOC阈值：该阈值根据车速等因素进行标定，总体原则是低速工况尽量使用电机进行驱动。

上述发动机启动需求优先级高于停机需求，当两者矛盾时，系统判定须满足启动需求。

当发动机启动正常运行后，稳态工况的驱动由发动机完成，动态响应由电机先进行补偿或者进行能量回收。如果稳态工况下，发动机不处于经济油耗区域，则根据情况，电机充电（提供负扭矩）或者驱动（提供正扭矩）。P2架构的PHEV动力分配的基本原则就是一旦决定发动机启动工作，就让发动机工作在相对高效区域。标定时，通过仿真计算整个动力系统的效率，标定出整车油耗/能耗最低的动力分配策略。当然，在整车层面还需要考虑声学的影响因素，进行合理的匹配标定。

3.3 发动机启停方式和控制

VCU决定发动机需要启动后，VCU需要进一步决定采取何种启动方式。如果车上仍保留12V启动马达，需要VCU判定是否需要用12V启动马达启动发动机;若不再保留12V启动马达，则需要根据工况确定合适的启动方式。

发动机使用12V启动马达启动的结果如图四所示。整个启动过程分为两个阶段（如图6所示）：

A：保持K0离合器断开，略微提高电机转速。起动电机与飞轮啮合，断开12V电池的其他负载。起动电机带动发动机到一个较低的转速，随后发动机开始自主喷油点火，转速快速上升，并通过PI调节使得发动机转速与电机相等。

D：发动机与电机转速相同后，闭合K0离合器，系统实现稳定运行。

高压电机拖动启动，根据喷油时刻的区别，可以分为默认启动，舒适启动等不同的类型。舒适启动在发动机被高压电机拖动到较高转速后，才进行喷油点火。高压电机拖动启

动主要分下面四个过程：

A：略微提高电机转速，为拖动发动机做好储备。

B：K0离合器逐渐接合，依靠电机把发动机拖动到一个较低的转速，随后发动机开始自主喷油点火，转速快速上升。

C：K0离合器断开，发动机转速继续上升，并通过PI调节将转速控制到与电机相同。

D：发动机与电机转速相同后，闭合K0离合器，系统实现稳定运行。

保留12V启动马达的好处在于下面两个方面：

（1）在高压电机出现轻微故障，发动机不能依靠高压电机进行拖动启动时，可以用12V启动马达进行启动。

（2）在高压电机全功率输出驱动时，进行12V启动马达启动，不会因为启动发动机而使驾驶员有动力暂时缺失的感觉，提高驾驶的舒适性。

但由于成本和其他因素的考虑，现在越来越多的PHEV车型不再保留12V启动马达。

4 结束语

虽然在新能源车型中，PHEV车型数量只占20%左右，但其仍然是目前满足各方要求的最可靠的动力组成方式，极具竞争力。本文主要针对P2架构的并联式PHEV，进行其硬件构成和主要功能逻辑的介绍，帮助读者对该构型的PHEV车型能有较为详细的了解，对了解其他架构的PHEV也有一定的参考意义。

参考文献

[1] 罗骁，陈薇混合动力汽车发展现状及前景[J].电子世界，2014，（1）： 12.

[2] 孙逢春，何洪文混合动力车辆的归类方法研究[J].北京理工大学学报，2002，（1）：40-44.