1前言

目前，日系PHEV 車型主要以混聯(lián)式混動架構(gòu)為代表，而歐系車型絕大部分使用并聯(lián)式混動架構(gòu)。本文主要介紹P2架構(gòu)的PHEV 車型的硬件結(jié)構(gòu)和混動策略，以便讀者更好的了解該架構(gòu)PHEV 的相關(guān)結(jié)構(gòu)和原理。



2硬件介紹

并聯(lián)架構(gòu)的混動系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)在系統(tǒng)中的位置不同，可分為P0-P4 共計(jì)5 種架構(gòu)（如圖1 所示），其中以P2 和P3最為常見。



P0：電機(jī)位于發(fā)動機(jī)副機(jī)組位置，通過皮帶或鏈輪與曲軸相連；P1：電機(jī)位于曲軸末端，與曲軸剛性連接；P2：電機(jī)位于離合器和齒輪箱之間；P3：電機(jī)與變速箱從動軸相連；P4：電機(jī)位于輪邊，或者單獨(dú)驅(qū)動后橋（或前橋）。
圖2 是某典型P2 架構(gòu)的變速箱結(jié)構(gòu)圖。



該變速箱采用了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，變速箱控制器、傳感器和液壓控制系統(tǒng)（包括電磁閥、油泵和蓄能器等）集成為一體，大大精簡了變速箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，也方便進(jìn)行售后維修。電機(jī)采用同軸電機(jī)，通過合理的設(shè)計(jì)，在保證電機(jī)性能的同時，減小軸向尺寸，改善發(fā)動機(jī)艙零部件的橫向布置。電機(jī)和發(fā)動機(jī)的結(jié)合或分離通過K0 離合器進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)整車不同的驅(qū)動模式。

3功能邏輯介紹

3.1整車運(yùn)行模式

PHEV 由于能外接充電，整車運(yùn)行模式以高壓電池核電狀態(tài)（下稱SOC）為重要影響因素，參考外界環(huán)境和零部件的溫度條件，整車控制器（下稱VCU）決策整車運(yùn)行模式。如圖3 某P2架構(gòu)PHEV 運(yùn)行模式切換示意圖：



1）在高壓電池電量充足和溫度條件適宜的情況下，總是默認(rèn)使用純電模式；

2）當(dāng)電量不足或者溫度較低時，默認(rèn)使用混合動力模式?？紤]溫度因素主要是出于相關(guān)部件的保護(hù)需要，避免對部件造成損害。

此外，該車型還具備其他的混動模式可供駕駛員選擇。據(jù)試驗(yàn)測算，合理的采用不同的模式組合，可以使油耗下降15%甚至更高。通過導(dǎo)航的實(shí)時路況信息，VCU 自行合理分配混動模式以期用戶真實(shí)駕駛循環(huán)中，能實(shí)現(xiàn)油耗和能耗最低值是未來的發(fā)展趨勢。

3.2發(fā)動機(jī)啟停需求控制和動力分配

由于PHEV上存在兩套能獨(dú)立工作或者同時工作的動力源，何時啟動發(fā)動機(jī)進(jìn)行動力分配是混動策略的核心控制內(nèi)容。

決定發(fā)動機(jī)啟停的因素有很多，根據(jù)電機(jī)和發(fā)動機(jī)的性能和效率特征，一般低速工況使用電機(jī)驅(qū)動，高速工況發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛。

決定發(fā)動機(jī)啟停，以下兩個為重要影響因素和基本策略：

（1）當(dāng)前車輛能提供的最大電驅(qū)功率是否能滿足駕駛員需求功率。最大電功率受高壓電池SOC，電驅(qū)系統(tǒng)溫度等相關(guān)因素的影響；駕駛員需求功率由車輛速度，電機(jī)/發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和油門踏板開度決定。系統(tǒng)判定當(dāng)前的最大電驅(qū)功率不能滿足駕駛員的駕駛需求時，系統(tǒng)提出發(fā)動機(jī)啟動需求并經(jīng)過許可判定后，啟動發(fā)動機(jī)。如圖4 所示。



（2）高壓電池SOC 閾值：該閾值根據(jù)車速等因素進(jìn)行標(biāo)定，總體原則是低速工況盡量使用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。

上述發(fā)動機(jī)啟動需求優(yōu)先級高于停機(jī)需求，當(dāng)兩者矛盾時，系統(tǒng)判定須滿足啟動需求。

當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動正常運(yùn)行后，穩(wěn)態(tài)工況的驅(qū)動由發(fā)動機(jī)完成，動態(tài)響應(yīng)由電機(jī)先進(jìn)行補(bǔ)償或者進(jìn)行能量回收。如果穩(wěn)態(tài)工況下，發(fā)動機(jī)不處于經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)域，則根據(jù)情況，電機(jī)充電（提供負(fù)扭矩）或者驅(qū)動（提供正扭矩）。P2 架構(gòu)的PHEV動力分配的基本原則就是一旦決定發(fā)動機(jī)啟動工作，就讓發(fā)動機(jī)工作在相對高效區(qū)域。標(biāo)定時，通過仿真計(jì)算整個動力系統(tǒng)的效率，標(biāo)定出整車油耗/能耗最低的動力分配策略。當(dāng)然，在整車層面還需要考慮聲學(xué)的影響因素，進(jìn)行合理的匹配標(biāo)定。



3.3發(fā)動機(jī)啟停方式和控制

VCU 決定發(fā)動機(jī)需要啟動后，VCU 需要進(jìn)一步?jīng)Q定采取何種啟動方式。如果車上仍保留12V 啟動馬達(dá)，需要VCU判定是否需要用12V 啟動馬達(dá)啟動發(fā)動機(jī)；若不再保留12V啟動馬達(dá)，則需要根據(jù)工況確定合適的啟動方式。
發(fā)動機(jī)使用12V 啟動馬達(dá)啟動的結(jié)果如圖四所示。整個啟動過程分為兩個階段（如圖6 所示）：



A：保持K0 離合器斷開，略微提高電機(jī)轉(zhuǎn)速。起動電機(jī)與飛輪嚙合，斷開12V 電池的其他負(fù)載。起動電機(jī)帶動發(fā)動機(jī)到一個較低的轉(zhuǎn)速，隨后發(fā)動機(jī)開始自主噴油點(diǎn)火，轉(zhuǎn)速快速上升，并通過PI 調(diào)節(jié)使得發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)相等。

D：發(fā)動機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速相同后，閉合K0 離合器，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。高壓電機(jī)拖動啟動，根據(jù)噴油時刻的區(qū)別，可以分為默認(rèn)啟動，舒適啟動等不同的類型。舒適啟動在發(fā)動機(jī)被高壓電機(jī)拖動到較高轉(zhuǎn)速后，才進(jìn)行噴油點(diǎn)火。高壓電機(jī)拖動啟動主要分下面四個過程：



A：略微提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，為拖動發(fā)動機(jī)做好儲備。

B：K0 離合器逐漸接合，依靠電機(jī)把發(fā)動機(jī)拖動到一個較低的轉(zhuǎn)速，隨后發(fā)動機(jī)開始自主噴油點(diǎn)火，轉(zhuǎn)速快速上升。

C：K0 離合器斷開，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，并通過PI調(diào)節(jié)將轉(zhuǎn)速控制到與電機(jī)相同。

D：發(fā)動機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速相同后，閉合K0 離合器，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。保留12V 啟動馬達(dá)的好處在于下面兩個方面：

（1）在高壓電機(jī)出現(xiàn)輕微故障，發(fā)動機(jī)不能依靠高壓電機(jī)進(jìn)行拖動啟動時，可以用12V 啟動馬達(dá)進(jìn)行啟動。

（2）在高壓電機(jī)全功率輸出驅(qū)動時，進(jìn)行12V 啟動馬達(dá)啟動，不會因?yàn)閱影l(fā)動機(jī)而使駕駛員有動力暫時缺失的感覺，提高駕駛的舒適性。

但由于成本和其他因素的考慮，現(xiàn)在越來越多的PHEV車型不再保留12V 啟動馬達(dá)。

4結(jié)束語

雖然在新能源車型中，PHEV 車型數(shù)量只占20%左右，但其仍然是目前滿足各方要求的最可靠的動力組成方式，極具競爭力。本文主要針對P2 架構(gòu)的并聯(lián)式PHEV，進(jìn)行其硬件構(gòu)成和主要功能邏輯的介紹，幫助讀者對該構(gòu)型的PHEV 車型能有較為詳細(xì)的了解，對了解其他架構(gòu)的PHEV 也有一定的參考意義