【原创】混动增程开发之转速与车速跟随控制策略

目前国内市场混动增程产品陆续增加，新能源产品架构种类也层出不穷，主要的混动增程产品以双电机DHT为主。消费者对混动增程产品接收认可程度也日益加强，随着产品市场占有量加大，对产品技术提升和品质提升也做了更高要求，其中围绕三个方面提出，整车动力性能追求的加强、整车经济性和排放性法规的加严、整车舒适性要求的提高。

这三个方面性能提升最主要相关的部件就是发动机，发动机使用工况和这三个方面相关性最大，所以随着车速需求变化，发动机使用如何跟随至关重要，发动机跟随变量有两个，一个是负荷、一个是转速，实现目标车速发动机转速跟随影响更大，对于发动机转速跟随控制策略需要依据以上三个方面性能要求做联调控制，实现最佳的发动机转速与车速跟随控制策略要求。

从以下几个方面来介绍跟随控制，包括：跟随控制目的、跟随控制范围介绍、跟随控制方法介绍、跟随控制现状介绍等。

跟随控制主要目的是达到整车最关键性能（动力性、经济性、排放性、舒适性）最好的表现，详细叙述如下。

整车动力性包括起步加速、超越加速、爬坡度和最高车速，其中动力需求最大的输出工况就是加速和爬坡，此时发动机和电动机同时使用输出动力，如图8-38所示。

动力输出时因为电机特性，随着车速增加，电机很快跨过最大转矩转速，同时由于电池电量下降较多，电机动力辅助效果持续时间较短，最主要的动力输出依靠发动机补偿持续，满足动力性，同时兼顾其他性能，发动机转矩和转速的使用调节很关键，尤其是馈电状态，发动机转速跟随低、中、高车速变化控制需要多次优化调整。

目前整车经济性测试主要依据WLTC工况进行，整车经济性表现在WLTC工况测试中对于发动机运行点分布至关重要，好的经济性落点要求都尽量落入发动机高效区域范围内，经济性与动力性又是相互矛盾的指标，所以在动力性调配发动机转速跟随情况下必须兼顾发动机在经济性上落点，主要的原则是实现同样的发动机功率需求，在功率线上（下图黑色实线）选择更高效率工作落点，如图8-39所示。

经济性输出需要发动机使用的工况落点（转速/负荷）尽量发生在最低油耗经济圈

排放测试循环采用WLTC循环，在底盘测功机上进行测试，总时长为1800s，整个排放循环中，前300s冷机排放出现HC和CO峰值，1600s高车速大负荷出现NOx排放峰值。如图8-40所示。

排放性要求发动机工作起动冷机时快速预热，高速运行时发动机使用负荷和转速不要太高。

对于舒适性要求除了满足国家标准要求外，对于发动机转速与车速跟随更重要的是控制低车速下发动机低转速应用，同时避免怠速共振问题存在。

低车速舒适性问题主要体现低频噪声，峰值明显，主要原因是发动机转速突增产生的低车速大噪声，如图8-41所示。

高车速舒适性问题主要体现高速噪声峰值，一般整车产品调教要高于国标要求。高车速噪声最大分贝值严格控制，主要也是控制发动机的最高使用转速，如图8-42所示。

怠速状态整车车速为0，怠速控制发动机转速定义要考虑充电功率需求、节能减排需求、燃烧稳定性要求、、避开共振转速点要求等，从以上这些方面进行怠速转速选配控制。

低速一般定义车速低于60km/h，关注发动机转速与车速的跟随情况，严格控制发动机转速与车速跟随比例，分为以下状态，如表8-8所示。

以上状态，行车充电和行车助力两种准稳态工况，主要控制发动机尽量运行于经济区；而起步加速和爬坡工况主要控制发动机尽量不超速超负荷，此工况对NVH非常敏感，很容易出现低车速发动机声音凸显，需要严格控制发动机转速与车速跟随比例。

高速一般定义车速大于100km/h，此状态尽量避免发动机出现超高速和超高负荷运行的情况，这样回对整车经济性和NVH造成不好的影响，高速出现乘员舱舒适性感受较差，分为以下几种状态，如表8-9所示。

整车高速工况时，行车充电和行车助力两种准稳态工况，主要控制把发动机运行区域拉回到经济区；而超越加速和高车速运行工况主要控制发动机尽量不超速超负荷，此工况对NVH品质要求较高，容易出现高车速发动机较大噪声传入乘员舱造成人员反感和不舒适。

主要的控制方法包括两种，换挡控制和解耦控制。

发动机参与机械驱动，与车轮不解耦，所以车速与发动机转速存在一定的传动比例关系，如果改变发动机转速与车速跟随比例就要采用换档，通过档位变换来改变发动机使用转速，从而实现发动机转速与车速跟随控制。对于混动系统，一般单电机混动会匹配多档位变速器，例如7DCT、9AT，甚至是无级变速CVT等，多档位+单电机一般为并联混动；还有一种是双电机混动，双电机混动一般匹配减速器，发动机档位一般为单档、两档，三档设置等。

低档位发动机转速高，输出驱动力增大，有利于动力性；高档位传动比小，发动机转速低，输出驱动力减小，经济性和NVH效果更好。

一般在合理集成匹配动力系统，合理定义整车动力性和经济性目标前提下，通过换挡改变传动比来控制发动机转速与车速比例，来控制发动机转速跟随比例。

发动机不参与机械驱动，与车轮解耦，所以发动机转速与车速无直接比例关系，发动机发电增程工作点可以根据发电功率需求沿着功率线选点，发动机工作点可以根据等功率要求控制优选。

一般发动机解耦情况下，工作点选择就是在不同转速负荷对应的点下做取舍，NVH效果好希望选取低转速偏高负荷点，经济性好希望选取中低转速和中高负荷点。

在常规准稳态行驶中，可以侧重经济性要求选点；在动力性需求情况下，尤其电池馈电时，需要选配低转速，侧重考虑NVH效果来选点，尤其是低车速情况，NVH为首要考察目标。

跟随控制持续优化：

国外混动增程产品以日本为代表，具有代表性的产品品牌是本田、丰田和日产三家，通过对本田厂商混动迭代产品的调查研究发现，对于混动产品发动机转速与车速跟随控制本田公司一直在重点迭代优化改进。

本田双电机混动i-MMD混动系统，第四代以前都是单档双电机，单档状态下，整车主要工况（70%以上）发动机充当增程器角色，发动机工作点调整灵活性较大，本田策略中严格控制发动机工作点，在整车不同需求下，尽量保证动力性、经济性和舒适性合理匹配，本田雅阁混动增程驾乘感和舒适性表现较为优秀。

最新第四代本田i-MMD双电机混动系统，为了获取动力性、经济性和舒适性更好的综合效果，也是从更好地让发动机转速跟随车速控制优化角度出发，第四代i-MMD为发动机配置了高速和低速使用两个档位。

本田i-MMD两挡主要是更好地控制调整发动机转速与车速跟随效果，通过两挡调整让发动机工作转速负荷更趋于理想化。两档的使用可以实现匹配2吨以上更大更重的车型，做到了动力、经济和NVH兼顾效果。

国外混动增程车型以HEV为主，PHEV产品也陆续量产，HEV车型匹配动力发动机一般选择较大排量，发动机功率余留较大，更有利于发动机转速跟随。

HEV电池SOC使用范围较窄，一般工作区间范围为（40-60）%，不会出现SOC很低的衰减馈电状态，所以电辅助一般不会功率大幅度下降，能够更好地保证电辅助，发动机转速跟随控制更方便合理，更容易获得最佳效果。

国内现状主要从新能源车型、新能源架构、集成选型三个方面进行详细说明。

国内新能源车型以PHEV为主，一般纯电里程大于50km，电池匹配较大，一般都在10kW·h以上，电池占有驱动功率也较大，整车最大驱动需求依靠发动机与电动力共同输出完成。

PHEV运行过程分为CD和CS两个阶段，CD阶段电池电量较大，一般在40%以上，此时电量充足，电功率充足； CS阶段达到SOC限值，此时电辅助能力较弱，如果整车有大动力需求，例如加速、爬坡等，只能依靠发动机本体更大输出来满足整车需求，此时就是小马拉大车状态，发动机转速和负荷输出突增。

以上这种情况下更需要控制发动机转速与车速跟随要求，避免出现NVH较差、经济性恶化以及发动机可靠性问题等。

国内汽车厂新能源架构较多，例如双电机混动、增程和并联混动并存，对于不同架构不会单独匹配开发发动机。

对于双电机DHT混动，因为匹配两个电机，发动机一般可以适当选择偏经济性，动力要求弱。而对于P2并联混动，同样的搭载车型，P2并联架构匹配的发动机要求动力性更高， P2单电机架构仍以发动机为主。发动机共用是目前主要的形式，这样就会存在发动机不适用情况。

从发动机通用化、成本控制、生产制造管理等角度，未来发动机必须实施平台化，混动增程发动机基础机型一般开发2~3款，不宜太多。从发动机匹配不同架构混动整车出发，提前做好集成布局，通过平台化设计，对发动机设计和硬件配置进行选配优化，满足不同整车性能需求。

市场上有些车型过于强调纯电性能，发动机选配较小，电池过渡使用，以纯电行驶为主。该类车型，如果电池馈电，发动机转速与车速跟随无法合理匹配，更无法进行有效控制；也有些车型电机性能匹配存在问题，在整车动力需求较大时，电机最高转速过低、最大转矩持续能力不足，电机辅助不够，发动机就会超速超负荷工作，造成发动机转速与车速跟随控制不合理；还有些车型过于强调纯电续驶里程，把纯电续驶里程做得很极限，电池最低SOC点阈值设置过低， SOC做到了接近5%，电池馈电到达最低阈值时，整车动力需求下就无法合理控制发动机转速与车速跟随较好。

混动增程动力系统集成合理，包括发动机选型、电机选型、电池选型、整车性能指标定义等，基于合理性再开展发动机转速与车速跟随控制优化。