增程式电动车分布式控制系统的研究

汽车工程

２０１２年（第３４卷）第３期

ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

２０１２（Ｖ０１．３４）Ｎｏ．３

２０１２０３９

增程式电动车分布式控制系统的研究木

胡明寅１，杨福源１，欧阳明高１，徐梁飞１，杨学清１，方

成ｍ

（１．清华大学汽车工程系，北京１０００８４；２．北京易控凌博汽车电子技术有限公司，北京１０００８４）

［摘要】研究了增程式电动车的分布式网络控制系统。该系统由整车层和辅助动力单元（ＡＰＵ）层组成，整车

层以整车控制器为核心，根据驾驶员的需求对整车能量需求进行分配；ＡＰＵ层由ＡＰＵ控制器来协调发动机和发电机的工作。在控制策略方面，着重研究了起动、停机和各运行工况中的能量管理策略。实车试验结果证明，该系统可有效延长纯电动续驶里程，并在电池低ＳＯＣ状况下维持整车动力性能，同时发动机的运行工况将大多处于高效区域。

关键词：增程式电动车；分布式控制；辅助动力单元；能量管理ＡＲｅｓｅａｒｃｈ

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［Ａｂｓｔｒａｃｔ］

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联式混合动力侧重于利用动力电池来平衡发动机工

日ＩＪ舌

况点，以取得较高的发动机效率。目前，基于这种思想的研究较多Ｌ１。３１。而增程式电动车以可外接充电

近年来，电驱动作为未来动力的解决方案之一的动力电池为主要能量来源，ＡＰＵ作为辅助动力起

已经得到了业界的广泛认同。但是，由于目前电池到延长续驶里程和在低ＳＯＣ状况下增强整车动力

技术存在容量和寿命方面的瓶颈，纯电动车在短时性、防止动力电池深充深放的作用。

间内还难以替代传统内燃机汽车。在这种情况下，

本文中从系统结构、整车控制层控制、ＡＰＵ控制

增程式电动车既可有效地减少燃油消耗，又能弥补

层控制和试验验证等方面介绍所设计的增程式电动

纯电动车在续驶里程和电池寿命方面的不足。增程车控制系统。式电动车和串联式混合动力车在构型上基本一致，由驱动电机驱动车轮，使用辅助动力单元（ＡＰＵ）发

１

系统结构

电补充电池的电量，其区别为ＡＰＵ功率和动力电池的大小。但二者在设计思想上有本质上的不同：串

本文中所设计的增程式电动车以１２ｍ城市客

木“中德电动车新能源动力汽车合作”项目资助。

原稿收到日期为２０１１年４月１５日，修改稿收到日期为２０１１年５月２４日。

万方数据

汽车工程２０１２年（第３４卷）第３期

车为原型，采用１８０Ａ ｈ、３８０Ｖ的大容量电池，体现

了增程式的特点。根据中国城市公交标准工况，城

市公交平均功率仅为３０ｋＷ左右，考虑空调等附件功率，选定ＡＰＵ单元的额定功率为４０ｋＷ。如图１所示，该车的动力系统由驱动电机、动力电池、柴油机和发电机组成。驱动电机为整车提供动力，而动力电池和车载辅助动力单元（ＡＰＵ）为驱动电机提供

电能，通过电源总线进行能量交换。

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图１控制系统结构图

采用基于ＣＡＮ总线的分层式网络控制结构。整车层网络由整车控制器（ＶＣＵ）采集加速踏板、制动和挡位信号，判断驾驶员需求，并根据当前整车的诊断信息，发送驱动电机目标转矩命令，协调ＡＰＵ和动力电池的能量输出，并对整车进行故障诊断。

ＡＰＵ层网络以ＡＰＵ控制器为核心，通过对柴油机和

永磁发电机的协调控制，实时响应从上层ＣＡＮ网络获得的目标功率命令。该控制结构实现了发电单元的模块化和标准化，整车网络构成串联式混合动力车平台，和ＡＰＵ网络在结构上独立，可替换性较强。发电单元的选型是ＡＰＵ选型中较为重要的部分，文献［４］中采用励磁电机的方案，通过调节励磁电流的方式控制发电机负载；而文献［５］中则使用永磁电机的方案。总体来说，永磁电机效率高于励磁电机，但如果使用永磁电机直连方式进行发电，发动机的转速范围较小，很难达到优化。本文中采用带控制器的永磁电机，通过电机控制器可以调节负载，从而在获得电机较高发电效率的同时使发动机

的工况有较大的优化空间。

２整车层控制

整车控制器是整车控制层面的核心部件，承担控制能量管理、制动能量回馈和故障诊断的任务。

万方数据

采用ＡＰＵ模块的目的是为延长续驶里程，因此能量管理策略为：ＳＯＣ较高时关闭发动机，整车运行在纯电动模式，当ＳＯＣ低于一定阈值时起动发动机，按照混合动力模式运行。此时如果驱动电机目标功率较小，则令Ａ …… 此处隐藏：6406字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……