混合动力汽车能量管理策略 [基于Cruise的ISG混合动力中型卡车能量分配策略研究]

　　摘要：文章对ISG混合动力中型卡车发动机、电池、电机的联合工作进行了分析，并基于Matlab/Simulink建立了整车能量分配控制策略，基于AVL/Cruise建立了整车被控对象模型，进行了联合虚拟仿真。对仿真结果，包括整车的经济性、排放、SOC等性能进行了分析和研究，说明采用ISG混合动力系统的中型卡车实现了节油，并且保证了电池SOC平衡，车辆动力性能够满足要求，控制策略是有效的。
　　关键词：混合动力中型卡车；能量分配；控制策略研究
　　中图分类号：U461.91 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2012）04-0047-06
　　Energy Distribution Strategy Research of ISG Hybrid Medium
　　Duty Truck Based on Cruise
　　ZHOU Jian-gang，ZHANG Ming-kai，WEI Chao
　　（Dongfeng Commerical Vehicle Technical Center of DFL，Wuhan 430056，China）
　　Abstract：This paper introduces the joint work of the ISG hybrid medium-duty truck engine，battery and motor，build the vehicle energy distribution control strategy based on Matlab/Simulink and a plant model based on AVL/Cruise to carry out a joint virtual simulation.The simulation results，including vehicle economy，emission，SOC performance are analyzed and researched indicated that the ISG hybrid medium-duty truck fuel consumption is reduced，the battery SOC is balanced and vehicle dynamics meets the requirements.The control strategy is effective.
　　Key words：hybrid medium duty truck；distribution；control strategy research
　　随着已经实现工业化国家的不断发展和新兴国家的工业化迅猛壮大，汽车在人们生活中得到迅速普及地球上的石油资源不断消耗和枯竭，燃油价格不断上涨，因此节能和环保成为汽车工业可持续发展的关键课题，也是汽车企业未来的核心竞争力所在。如何减少燃油消耗和降低排放，对当前的汽车企业来说是非常重要和刻不容缓的工作。目前全球大型汽车企业已将研发节能新能源汽车纳入企业发展战略中，许多汽车公司已经有成熟的新能源汽车投放市场，尤其是混合动力车（包括乘用车和商用车）获得了市场的普遍认同和接受。混合动力车由于有着较低成本、较高的可靠性和实用性，在可以预见的时期内是节能减排的必经之路。混合动力汽车实现节能主要靠四个方面：发动机优化、车身轻量化、能量回馈和怠速停机。混合动力车包括轻度、中度和深度混合三种技术层次。轻度、中度混合动力汽车，主要靠怠速停机功能来达到节油目的。其中，轻度混合动力可基本不改变发动机，中度只需对发动机做有限的改动。
　　ISG（integrated-starter-generator）柴油混合动力系统属于并联式混合动力系统，ISG电机集起动机、发电机功能于一体，能够实现怠速停机、加速助力、行车充电等功能，可以有效的调节发动机运行工况，是一种轻度混合动力系统。ISG混合动力系统相比传统车辆系统改动较小，同时成本增加也较小，是各个厂商经常采用的方案，因而研究其能量分配策略也具有现实意义。
　　本文研究的对象是以一款短途运输车为基础车的ISG混合动力中型卡车，分析了整车能量分配算法和策略，并进行了仿真分析。
　　1 ISG混合动力的技术方案
　　在基础车上，将ISG电机安装在发动机曲轴输出端，ISG电机转子前端与发动机飞轮连接盘联结，后端安装飞轮及离合器，取消原有的起动机和发电机，成为ISG混合动力车辆。ISG系统中采用开关磁阻电机，使用140 ps发动机加ISG电机的结构代替原来的180 ps发动机。基础车与改装为ISG混合动力车的车辆模型见图1及图2。
　　整车控制单元（HCU）作为整车的控制中心，与电池控制器（BMS）、电机控制器（MCU）和发动机控制器（EECU）进行通信，协调各部件的工作。在车辆行驶过程中，HCU除了处理各种故障信号外，最重要的任务是解决发动机和ISG电机间的能量分配问题。能量分配策略一般采用规划分配优化的方法，具体可分为以下两种：静态能量分配控制，即采用查能量分配表进行控制的方法；动态能量分配控制，即采用实时动态分配的控制方法，根据各模块的状态和驾驶员指令进行一定的优化来实现车辆的能量流动分配。
　　本文采用一种基于逻辑门限值的动态能量分配策略，首先根据驾驶员油门请求和瞬时车速来判断车辆状态，实现发动机起停控制；然后根据驾驶员油门请求和发动机转速确定整车需求转矩；最后结合电池荷电状态SOC（state of charge）、整车需求转矩以及发动机或ISG电机转速（两者相等）、车辆起停信号等进行扭矩分配，保证车辆动力需求的同时，控制发动机工作在最佳经济性区间。
　　2 能量分配策略及混合动力车辆建模
　　2.1 能量分配策略
　　混合动力卡车工况一般限于城市工况，用于短途物流运输，工况定义为实际采集的某城市工况。