1 前言
混合動(dòng)力車特別適合中國大城市交通普遍擁堵，汽車頻繁制動(dòng)的國情，可以取得明顯的節(jié)能治污效果。由于混合動(dòng)力轎車可以大幅度地降低燃油消耗、減少汽車排放，因此世界各國都在積極開展混合動(dòng)力汽車研究。根據(jù)最新的《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》， 2010年前，乘用車平均油耗比2003年降低15%以上；并即將推出燃油稅的征收政策，而且2010年前排放法規(guī)與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，而目前國內(nèi)的油價(jià)繼續(xù)攀升，道路擁堵又難以根本改善，這樣使市場(chǎng)的混合動(dòng)力車的需求就會(huì)非常迫切[1]。
為貫徹國家能源戰(zhàn)略，保障能源安全，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，加快提高自主創(chuàng)新能力，擺脫傳統(tǒng)汽車發(fā)展被動(dòng)局面，實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展，開發(fā)經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保型的混合動(dòng)力轎車具有重要的意義。相對(duì)于傳統(tǒng)混合動(dòng)力方案，基于超級(jí)電容的混合動(dòng)力方案具有低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、符合中國國情、適合產(chǎn)業(yè)化的特點(diǎn)。
2 混合動(dòng)力設(shè)計(jì)方案
國外混合動(dòng)力轎車使用超級(jí)電容技術(shù)已有先例。超級(jí)電容能在短時(shí)間內(nèi)提供和吸收大的功率，而且能量回收效率高、充放電次數(shù)高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作溫度區(qū)域?qū)挘黄涫褂玫幕A(chǔ)材料價(jià)格也很便宜，適合頻繁加速和減速的城市交通工況。在國內(nèi)，超級(jí)電容價(jià)格相對(duì)于電池要便宜的多，適合低成本方案。盡管超級(jí)電容比能量比較低，但是可以通過控制策略的研究，合理地進(jìn)行能量分配，滿足混合動(dòng)力工況需求，并且隨著其技術(shù)的日益成熟和車載示范運(yùn)行的不斷深入，超級(jí)電容將會(huì)快速進(jìn)入汽車市場(chǎng)，使產(chǎn)量上升，價(jià)格下降。
采用性價(jià)比優(yōu)良的超級(jí)電容儲(chǔ)能裝置，開發(fā)低成本、高可靠性的混合動(dòng)力系統(tǒng)。經(jīng)過大量的方案選型和設(shè)計(jì)，采用并聯(lián)單軸混合動(dòng)力方案，集成發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)、超級(jí)電容和雙離合器等部件。它是將盤式一體化起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)直接安裝在內(nèi)燃機(jī)曲軸輸出端, 電機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接連接，定子固定在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上。電機(jī)取代了飛輪以及原有的起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)[2]。下圖1為混合動(dòng)力轎車系統(tǒng)方案。
圖1 并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
混合動(dòng)力轎車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、雙離合器、ISG電機(jī)和變速箱，混合動(dòng)力總成部件比傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)總成增加了ISG電機(jī)和雙離合器部件，因此需要在有限的空間內(nèi)設(shè)計(jì)出合理的ISG電機(jī)與雙離合器的集成結(jié)構(gòu)。圖2是混合動(dòng)力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配圖。
圖2 混合動(dòng)力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配圖
2.1混合動(dòng)力轎車系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)
(1)采用超級(jí)電容作為能量?jī)?chǔ)存方式，可以節(jié)省超級(jí)電容控制系統(tǒng)和高壓接觸器件，采用MOSFET，取代IGBT驅(qū)動(dòng)模塊，無需高壓電安全系統(tǒng)，系統(tǒng)電壓采用42V，綠色能源，不會(huì)產(chǎn)生污染；同時(shí)循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)20萬次以上，在全壽命周期不需更換，大幅降低了使用成本。此外超級(jí)電容的充電速度快，充放電效率高；工作溫度區(qū)域?qū)?，容量變化小，相?duì)成本低，該方案具有降低成本、提高節(jié)能比例的優(yōu)點(diǎn)。
(2) 采用自主開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)電控管理系統(tǒng)，混合動(dòng)力核心技術(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)的扭矩優(yōu)化匹配技術(shù)，而發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元長(zhǎng)期被國外公司所壟斷，因此實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元的國產(chǎn)化是混合動(dòng)力產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵所在。因此自主開發(fā)了發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元，采用基于電子節(jié)氣門的扭矩管理控制策略，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化標(biāo)定匹配，排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了國Ⅲ排放，滿足了 EOBD故障診斷要求[3]。
(3) ISG電機(jī)與雙離合器的集成裝配，采用全浮式ISG電機(jī)及雙離合器集成機(jī)構(gòu)，曲軸端飛輪替換成ISG電機(jī)，開發(fā)全浮式ISG電機(jī)，該電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：由剛度較大的電機(jī)殼體承受除扭矩外的各種載荷，而曲軸因僅承受扭矩，彎曲變形比原結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)還小、克服了其他形式ISG電機(jī)的缺點(diǎn)。
(4) 雙驅(qū)動(dòng)空調(diào)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，混合動(dòng)力車為了節(jié)能需取消發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況，但在夏季要維持空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，故通常采用電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)，由于經(jīng)過充放電的多個(gè)環(huán)節(jié)，效率很低。系統(tǒng)開發(fā)出了電控雙驅(qū)動(dòng)空調(diào)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)再由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可解決夏季高溫時(shí)無法怠速停機(jī)的問題，從而降低能耗。
(5)自主開發(fā)整車電控管理系統(tǒng)，整車控制器負(fù)責(zé)整車的能量管理和動(dòng)力分配，通過優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的動(dòng)力匹配，實(shí)現(xiàn)最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性、排放和動(dòng)力性的控制。整車控制器負(fù)責(zé)采集整車各種檔位、油門、剎車信號(hào)，通過CAN總線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)控制器發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)整車各個(gè)工況下的優(yōu)化控制。
(6)采用CAN通訊，實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制器之間的通訊?；旌蟿?dòng)力轎車的動(dòng)力控制系統(tǒng)由多個(gè)控制器組成，每個(gè)都有各自的控制系統(tǒng)，所有這些控制系統(tǒng)通過總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而構(gòu)成了一個(gè)車用分布式控制系統(tǒng)，其中動(dòng)力總成控制器是其他所有子系統(tǒng)控制器的主控制器，其主要作用是進(jìn)行混合動(dòng)力轎車動(dòng)力總成的能量管理和動(dòng)力輸出切換過程的協(xié)調(diào)控制。
2.2 混合動(dòng)力轎車性能目標(biāo)
混合動(dòng)力整車動(dòng)力性，實(shí)現(xiàn)加速時(shí)間與基礎(chǔ)車相當(dāng)；經(jīng)濟(jì)性方面，與基礎(chǔ)車相比，能量消耗降低率大于15％（NEDC）；排放性能方面，整車排放達(dá)到國Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力整車的功能：發(fā)動(dòng)機(jī)快速起停；整車加速電機(jī)助力，發(fā)揮電機(jī)靈活響應(yīng)能力，提高整車平順性及舒適性；行車發(fā)電功能，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)工況，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效率區(qū)域；實(shí)現(xiàn)較大比例回收制動(dòng)能量；實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)工況優(yōu)化，進(jìn)一步降低污染物的排放[4]。
2.3 混合動(dòng)力部件參數(shù)設(shè)計(jì)
(1)發(fā)動(dòng)機(jī)：采用JL479QA雙頂置凸輪四缸電控多點(diǎn)順序噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，排量為1.5L，最大功率為69kW(6000r/min)，最大扭矩為128N.m(3400r/min)。同時(shí)改裝發(fā)動(dòng)機(jī)的油門裝置，采用電子節(jié)氣門，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)油門的扭矩控制。
(2)電機(jī)：采用永磁同步電機(jī)，額定電壓為42V，工作電壓范圍為30V～50V，電機(jī)額定功率為6kW，峰值功率為10kW。額定轉(zhuǎn)速為2100r/min，最大扭矩為60 N.m。電機(jī)工作環(huán)境溫度范圍為-30～＋105 ℃。
(3) 超級(jí)電容：
超級(jí)電容器應(yīng)能完成為整車系統(tǒng)提供42V輔助動(dòng)力電源的功能，提供短時(shí)間大功率能量，起到功率平衡作用。具體參數(shù)指標(biāo)：額定電壓為42V，工作電壓范圍為30V～50V，單體容量規(guī)格≥3500 F，功率密度≥2000 W/kg，能量密度≥6 Wh/kg，使用溫度范圍-25～60℃。
(4) 變速箱，采用5擋手動(dòng)變速器。基本參數(shù)：1檔速比為3.182，2檔速比為1.859，3檔速比為1.25，4檔速比為0.909，5檔速比為0.703，倒檔速比為3.083。
3 混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略
對(duì)于并聯(lián)式混合動(dòng)力轎車而言，存在著兩套動(dòng)力源，由于本方案采用能量?jī)?chǔ)存方式為超級(jí)電容、電機(jī)采用小功率電機(jī)。因此混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力以內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)為主，電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力輸出特點(diǎn)是動(dòng)力輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、扭矩輸出控制精度差。而電機(jī)優(yōu)點(diǎn)是瞬間動(dòng)力驅(qū)動(dòng)響應(yīng)快，扭矩輸出控制精度高，能量回收效率高等特點(diǎn)。因此可以利用電機(jī)工作特點(diǎn)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)工況，提高整車的經(jīng)濟(jì)性和排放性[5]。
(1) 怠速停車及快速起動(dòng)
當(dāng)車輛起步時(shí)，電機(jī)先將發(fā)動(dòng)機(jī)拖轉(zhuǎn)到噴油轉(zhuǎn)速(800r/min)后，發(fā)動(dòng)機(jī)開始噴油點(diǎn)火工作，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高、慣性力大、需要點(diǎn)火的燃油量小的多，燃燒室內(nèi)混合氣溫度也較高，發(fā)動(dòng)機(jī)更容易著火，排放也有比較好的改善。這樣可以發(fā)幅度降低起動(dòng)工況下的噴油消耗量和燃燒不完全的污染物排放。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水溫度處于正常工作范圍且空檔停車、發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門關(guān)閉時(shí)間超過閥值、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于閥值、汽車減速過程中車速低于目標(biāo)值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)立即停止噴油而不進(jìn)行怠速，從而消除了怠速工況下的高能耗和高排放。
(2) 減速斷油功能
在減速工況運(yùn)行時(shí)，車速降到一定程度，發(fā)動(dòng)機(jī)停止噴射燃油，降低污染物排放同時(shí)節(jié)省燃油消耗，同時(shí)電機(jī)根據(jù)司機(jī)剎車踏板信號(hào)進(jìn)行能量回收。當(dāng)松開制動(dòng)踏板后，發(fā)動(dòng)機(jī)快速恢復(fù)噴油。
對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)減速工況，節(jié)氣門關(guān)閉時(shí)，進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力很低，缸內(nèi)易發(fā)生不完全燃燒，結(jié)果使發(fā)動(dòng)機(jī)排出未燃燒的混合氣，這些混合氣在催化轉(zhuǎn)化器中繼續(xù)燃燒，使排氣溫度更高并可能會(huì)損壞三元催化轉(zhuǎn)換器，而且還會(huì)導(dǎo)致HC和CO等排放的增加。因此，此時(shí)切斷燃油的噴射可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能力，提高燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能，并能夠保護(hù)催化轉(zhuǎn)換器。下圖是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)斷油工況參數(shù)變化曲線。下圖3是斷油工況各個(gè)參數(shù)變化曲線。
圖 3 斷油工況各個(gè)參數(shù)變化曲線
對(duì)于混合動(dòng)力減速斷油工況，發(fā)動(dòng)機(jī)原有的減速斷油工況需要有一些改變。一是希望更大范圍地利用減速斷油工況，滿足燃油的經(jīng)濟(jì)性和排放性能的要求。二是降低減速斷油推出轉(zhuǎn)速。減速斷油工況與怠速工況具有一些相同的進(jìn)入條件，如都是節(jié)氣門關(guān)閉、進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力較低?；旌蟿?dòng)力進(jìn)入斷油工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)停止噴油，發(fā)動(dòng)機(jī)處于倒拖狀態(tài)，同時(shí)電機(jī)處于發(fā)電工況，當(dāng)司機(jī)進(jìn)行加速時(shí)，根據(jù)檢測(cè)到的加速踏板信號(hào)，電機(jī)拖轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)到噴油轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)開始噴油。這樣就延長(zhǎng)了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)斷油的時(shí)間，取消了怠速工況，節(jié)省了燃油消耗，降低了排放。
(3) 加速助力
由于電機(jī)的扭矩輸出響應(yīng)快，瞬間提供的扭矩大，因此適合城市頻繁加速工況，通過電機(jī)提供的瞬時(shí)扭矩，提高發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)工況的動(dòng)力性。在發(fā)動(dòng)機(jī)加速工況下，電動(dòng)機(jī)連同發(fā)動(dòng)機(jī)一起提供扭矩，滿足低速扭矩不足及急加速大負(fù)荷扭矩需求，同時(shí)可以減少加速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射的過濃補(bǔ)償，節(jié)省了燃油，降低了排放。電機(jī)助力的大小根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、加速踏板位置以及變化率決定。當(dāng)輕微加速時(shí)，電機(jī)只部分助力。當(dāng)急加速時(shí)電機(jī)全力助力。當(dāng)超級(jí)電容電壓小于30V時(shí)，電機(jī)不助力。
(4) 常發(fā)電功能
在行駛過程中，電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，這樣可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間，混合動(dòng)力通過給超級(jí)電容充電，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效率低能耗區(qū)域。
如果整車處于小負(fù)荷工況，那么為了提高燃油經(jīng)濟(jì)性，因此提高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，將節(jié)氣門開度處于經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)，這樣對(duì)于的能量進(jìn)行充電，當(dāng)電量充滿后，在進(jìn)行電機(jī)助力。因此在小負(fù)荷工況下，電機(jī)處于頻繁的充電和放電狀態(tài)，這樣提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)域，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。電機(jī)的額定功率為6kW，因此將節(jié)氣門開度到15%之上，這樣使發(fā)動(dòng)機(jī)的比油耗減小。
(5) 減速制動(dòng)能量回收
當(dāng)整車控制器根據(jù)司機(jī)加速踏板和剎車踏板信號(hào)判斷整車處于減速制動(dòng)工況時(shí)，電機(jī)對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電，實(shí)現(xiàn)回收制動(dòng)能量。
4 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力試驗(yàn)標(biāo)定匹配
為了實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性，對(duì)原發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化標(biāo)定匹配，實(shí)現(xiàn)了歐三排放標(biāo)準(zhǔn)，這樣為混合動(dòng)力標(biāo)定匹配做好基礎(chǔ)。
發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架優(yōu)化標(biāo)定匹配
臺(tái)架的試驗(yàn)主要是針對(duì)穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)基本工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，找出控制規(guī)律，提供基本的噴油、點(diǎn)火等數(shù)據(jù)。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架主要標(biāo)定的項(xiàng)目有，設(shè)定初始參數(shù)的標(biāo)定，系統(tǒng)進(jìn)氣溫度修正預(yù)標(biāo)定，蓄電池電壓修正標(biāo)定，各缸混合氣均勻性標(biāo)定，基本噴油標(biāo)定，基本點(diǎn)火提前角標(biāo)定，大負(fù)荷加濃標(biāo)定，空燃比閉環(huán)標(biāo)定，發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化試驗(yàn)。圖4是發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率基本脈譜；圖6是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、功率脈譜。
圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率基本脈譜
圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、功率脈譜
(2) 整車優(yōu)化標(biāo)定匹配試驗(yàn)
整車主要標(biāo)定發(fā)動(dòng)機(jī)非穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，也就是過渡工況，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工況、加速工況、減速工況、斷油工況等。使整車試驗(yàn)污染物排放數(shù)據(jù)的優(yōu)化、瞬態(tài)燃油消耗的優(yōu)化。同時(shí)要進(jìn)行“三高”標(biāo)定、EOBD故障診斷標(biāo)定等。下圖7是發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)工況各個(gè)參數(shù)變化曲線圖；圖8是歐Ⅲ城市和城郊道路循環(huán)工況。表1是整車轉(zhuǎn)鼓排放數(shù)據(jù)對(duì)比。
圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)工況各個(gè)參數(shù)變化曲線圖
圖8 歐Ⅲ城市和城郊道路循環(huán)工況
表1 整車轉(zhuǎn)鼓排放數(shù)據(jù)對(duì)比
CO
HC
NOx
歐Ⅲ
2.30
0.20
0.15
歐Ⅳ
1.0
0.10
0.08
實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
0.684
0.076
0.054
5混合動(dòng)力起動(dòng)優(yōu)化標(biāo)定
起動(dòng)、暖機(jī)、怠速工況的過渡直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的排放，在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定過程中，最大的難點(diǎn)是起動(dòng)工況的排放問題，原因是起動(dòng)過程中，由于氧傳感器本身需要加熱時(shí)間、三元催化轉(zhuǎn)換器需要起燃溫度，因此導(dǎo)致起動(dòng)的幾十秒內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)處于開環(huán)控制，而起動(dòng)工況混合氣要求很濃，從而導(dǎo)致HC、NOx、CO排放值特別高，而一旦進(jìn)入氧閉環(huán)、三元催化起作用下，排放完全由閉環(huán)優(yōu)化標(biāo)定解決。而對(duì)于混合動(dòng)力系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在電機(jī)拖動(dòng)下過渡到發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況，提高發(fā)動(dòng)機(jī)起始噴油轉(zhuǎn)速，減小或者避免傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過濃噴油以及怠速油量，提高電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工況的助力效果。
在滿足混合動(dòng)力起動(dòng)模式的條件下，整車控制器根據(jù)當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、電容電壓，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油轉(zhuǎn)速(噴油轉(zhuǎn)速影響發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的噴油量，影響到起動(dòng)瞬間的排放，影響發(fā)動(dòng)機(jī)初始油膜的補(bǔ)償，而同時(shí)影響這個(gè)轉(zhuǎn)速的是電機(jī)能夠提供的扭矩或者說是超級(jí)電容的實(shí)際電壓影響了發(fā)動(dòng)機(jī)噴油轉(zhuǎn)速，同時(shí)冷卻水溫度對(duì)起動(dòng)阻力矩影響很大，因此噴油轉(zhuǎn)速是冷卻水溫度和超級(jí)電容電壓的三維脈譜，而主要標(biāo)定的是電壓和噴油轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。因此需要重新標(biāo)定混合動(dòng)力下的起動(dòng)、暖機(jī)、怠速的噴油量、怠速閥開度、溫度修正系數(shù)、電機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)速、超級(jí)電容的電壓等參數(shù)[6]。圖9是試驗(yàn)系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖 9 試驗(yàn)系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
電機(jī)先將發(fā)動(dòng)機(jī)拖轉(zhuǎn)到噴油轉(zhuǎn)速，然后進(jìn)入扭矩助力模式，扭矩根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫進(jìn)行脈譜查找，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于噴油轉(zhuǎn)速+400r/min時(shí)，電機(jī)卸載，混合動(dòng)力起動(dòng)過程成功。下圖10是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)與混合動(dòng)力起動(dòng)轉(zhuǎn)速對(duì)比圖。根據(jù)下圖可以看出，混合動(dòng)力的起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：起動(dòng)時(shí)間短，轉(zhuǎn)速響應(yīng)快，轉(zhuǎn)速?zèng)]有高的超調(diào)，轉(zhuǎn)速過渡平滑，起動(dòng)性能良好。
圖10 傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)與混合動(dòng)力起動(dòng)轉(zhuǎn)速對(duì)比圖
混合動(dòng)力沒有傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工況過濃噴油現(xiàn)象，而是電機(jī)直接將傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)拖轉(zhuǎn)到怠速工況進(jìn)行噴油、點(diǎn)火。因此混合氣體偏稀，有利于起動(dòng)工況排放的降低。同時(shí)可以節(jié)省起動(dòng)燃油，提高燃油的經(jīng)濟(jì)性。下圖11是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)與混合動(dòng)力起動(dòng)噴油量對(duì)比圖。
圖11 傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)與混合動(dòng)力起動(dòng)噴油量對(duì)比圖
傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工況混合氣偏濃，進(jìn)入氧閉環(huán)要一段時(shí)間，對(duì)于混合動(dòng)力而言，起動(dòng)混合氣偏稀，進(jìn)入氧閉環(huán)工況要快，這樣有利于降低起動(dòng)工況下的污染物的排放。下圖12是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)與混合動(dòng)力起動(dòng)工況氧傳感器信號(hào)對(duì)比圖。
圖12起動(dòng)工況氧傳感器信號(hào)對(duì)比圖
因此采用電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩控制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工況進(jìn)行標(biāo)定匹配試驗(yàn)，這樣的控制策略是合理的?？梢允拱l(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程混合氣偏稀，節(jié)省大量的噴油量，改善了燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性。
6結(jié)論
環(huán)境污染和石油資源匱乏是汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的兩大難題?；旌蟿?dòng)力汽車采用內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)作為動(dòng)力源，已經(jīng)成為國際公認(rèn)有效解決方案，各國政府和各大汽車公司、相關(guān)零部件廠商都投入巨資進(jìn)行混合動(dòng)力汽車產(chǎn)品及其關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)。
根據(jù)大量的方案調(diào)研，系統(tǒng)采用了單軸并聯(lián)的混合動(dòng)力開發(fā)方案；對(duì)混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成的部件選型進(jìn)行深入研究，提出了集成發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)、超級(jí)電容和電控雙離合器、電控雙驅(qū)動(dòng)空調(diào)等部件的選型方案。
討論了混合動(dòng)力系統(tǒng)的各種控制策略，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化控制、電機(jī)的扭矩分配進(jìn)行優(yōu)化控制，提出了基于電子節(jié)氣門的扭矩管理控制策略。同時(shí)介紹了自主研發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)電控管理系統(tǒng)、整車管理系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行大量的標(biāo)定匹配試驗(yàn)，滿足了國家排放標(biāo)準(zhǔn)。最后進(jìn)行了混合動(dòng)力系統(tǒng)的起動(dòng)標(biāo)定匹配試驗(yàn)，優(yōu)化了各個(gè)控制參數(shù)，提高了燃油的經(jīng)濟(jì)性、降低了污染物的排放。
（轉(zhuǎn)載）
