增程式電動汽車整車控制系統淺析

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增程式電動汽車整車控制系統設計關鍵考慮功能需求、主要技術指標與控制信號類型，依據能量管理策略對增程器、驅動系統及動力電池等工作統一協調，從而使整車達到良好的經濟性和動力性。增程式電動汽車整車控制系統主要由增程器發動機控制單元（EMS）、發電機控制單元（GCU）、驅動電機控制單元（MCU）、動力蓄電池管理單元（BMS）、具備增程器協調控制的整車控制單元（VCU）和CAN/CANFD網絡通信系統組成。增程式電動汽車整車控制系統原理，如圖1所示。

一、功能需求

整車控制系統是車輛正確接收駕駛員指令并進行有效及時反饋處理的關鍵單元。整車控制系統必須滿足表1的功能需求。VCU為滿足以上功能需求，需滿足以下要求：①信號采集要快速、準確；②控制系統處理數據和運算的速度要快；③輸出控制精度要高。

1主要技術指標

整車開發過程中需要關注的技術指標見表2，可根據實際項目開發情況進行增減。

2控制信號

整車控制器VCU要滿足功能需求，需滿足一定的信號輸入輸出功能，見表3。控制信號通路數量需求根據整車控制需求具體確定。

二、能量管理策略設計

增程式電動車的增程發動機與車輛完全解耦，不受行駛工況影響，其能量管理策略目標是根據駕駛員指令和行駛工況，全面協調動力系統中增程器、驅動電機、動力電池等部件的工作狀態，合理分配能量流，使既滿足汽車行駛不同模式切換，又保障動力系統各部件工作在最佳效率區域，從而提高整車系統效率。高壓能量管理是能量管理策略核心。高壓能量管理是對高壓用電附件的能量分配在正常及限功率的情況下進行優先級劃分，確保優先功能的正常工作,如圖2所示。駕駛艙和BMS對熱管理的功率需求是分開的，VCU需要依據具體工況來考慮功率分配的優先級；熱管理系統和動力需求沖突時，VCU需要依據具體工況來考慮功率分配的優先級：需要考慮不同工況下的動力源組合問題，需要考慮各種工況的覆蓋度問題；BMS和電機在不同工況下既可以作為動力源，又可以作為能量消耗附件；VCU將能量流發送給儀表，用于顯示。車輛在動力蓄電池滿電、油箱滿油的初始條件下，以“多用電、少用油”為基本原則，據實時監測到的動力電池的SOC值和對駕駛員意圖解析得到的需求功率Pd，實現增程器發電功率Pe和動力蓄電池的充放電功率Pb的最優分配,使車輛獲得最長續駛里程。Pd=Pe+Pb式中，Pd為整車驅動需求功率（kW）；Pe為增程器輸出功率（kW）；Pb為動力蓄電池充放電功率（kW）。當車輛行駛里程小于純電行駛里程時，增程器關閉，由動力蓄電池提供車輛運行所需功率；當動力蓄電池SOC值下降到預先設定的下限值時，根據控制策略適時起動增程器，切換到增程模式；在減速制動或滑行工況時，增程器與動力電池均切斷動力，電機反轉給動力電池充電。

三、總結

增程式電動汽車整車控制系統主要根據整車功能需求，硬件設計指標在滿足國家與行業標準的情況下，考慮所有控制信號需求；軟件設計中控制算法重點考慮能量管理策略，從而設計出滿足整車需求的增程式整車控制系統。

作者:高龍 強同磊 單位:北京汽車研究總院有限公司