P2架构插电式混合动力车型分析介绍

1前言

目前，日系PHEV 车型主要以混联式混动架构为代表，而欧系车型绝大部分使用并联式混动架构。本文主要介绍P2架构的PHEV 车型的硬件结构和混动策略，以便读者更好的了解该架构PHEV 的相关结构和原理。



2硬件介绍

并联架构的混动系统根据电机在系统中的位置不同，可分为P0-P4 共计5 种架构（如图1 所示），其中以P2 和P3最为常见。



P0：电机位于发动机副机组位置，通过皮带或链轮与曲轴相连；P1：电机位于曲轴末端，与曲轴刚性连接；P2：电机位于离合器和齿轮箱之间；P3：电机与变速箱从动轴相连；P4：电机位于轮边，或者单独驱动后桥（或前桥）。
图2 是某典型P2 架构的变速箱结构图。



该变速箱采用了机电一体化设计，变速箱控制器、传感器和液压控制系统（包括电磁阀、油泵和蓄能器等）集成为一体，大大精简了变速箱的结构复杂度，也方便进行售后维修。电机采用同轴电机，通过合理的设计，在保证电机性能的同时，减小轴向尺寸，改善发动机舱零部件的横向布置。电机和发动机的结合或分离通过K0 离合器进行，实现整车不同的驱动模式。

3功能逻辑介绍

3.1整车运行模式

PHEV 由于能外接充电，整车运行模式以高压电池核电状态（下称SOC）为重要影响因素，参考外界环境和零部件的温度条件，整车控制器（下称VCU）决策整车运行模式。如图3 某P2架构PHEV 运行模式切换示意图：



1）在高压电池电量充足和温度条件适宜的情况下，总是默认使用纯电模式；

2）当电量不足或者温度较低时，默认使用混合动力模式。考虑温度因素主要是出于相关部件的保护需要，避免对部件造成损害。

此外，该车型还具备其他的混动模式可供驾驶员选择。据试验测算，合理的采用不同的模式组合，可以使油耗下降15%甚至更高。通过导航的实时路况信息，VCU 自行合理分配混动模式以期用户真实驾驶循环中，能实现油耗和能耗最低值是未来的发展趋势。

3.2发动机启停需求控制和动力分配

由于PHEV上存在两套能独立工作或者同时工作的动力源，何时启动发动机进行动力分配是混动策略的核心控制内容。

决定发动机启停的因素有很多，根据电机和发动机的性能和效率特征，一般低速工况使用电机驱动，高速工况发动机驱动车辆。

决定发动机启停，以下两个为重要影响因素和基本策略：

（1）当前车辆能提供的最大电驱功率是否能满足驾驶员需求功率。最大电功率受高压电池SOC，电驱系统温度等相关因素的影响；驾驶员需求功率由车辆速度，电机/发动机转速和油门踏板开度决定。系统判定当前的最大电驱功率不能满足驾驶员的驾驶需求时，系统提出发动机启动需求并经过许可判定后，启动发动机。如图4 所示。



（2）高压电池SOC 阈值：该阈值根据车速等因素进行标定，总体原则是低速工况尽量使用电机进行驱动。

上述发动机启动需求优先级高于停机需求，当两者矛盾时，系统判定须满足启动需求。

当发动机启动正常运行后，稳态工况的驱动由发动机完成，动态响应由电机先进行补偿或者进行能量回收。如果稳态工况下，发动机不处于经济油耗区域，则根据情况，电机充电（提供负扭矩）或者驱动（提供正扭矩）。P2 架构的PHEV动力分配的基本原则就是一旦决定发动机启动工作，就让发动机工作在相对高效区域。标定时，通过仿真计算整个动力系统的效率，标定出整车油耗/能耗最低的动力分配策略。当然，在整车层面还需要考虑声学的影响因素，进行合理的匹配标定。



3.3发动机启停方式和控制

VCU 决定发动机需要启动后，VCU 需要进一步决定采取何种启动方式。如果车上仍保留12V 启动马达，需要VCU判定是否需要用12V 启动马达启动发动机；若不再保留12V启动马达，则需要根据工况确定合适的启动方式。
发动机使用12V 启动马达启动的结果如图四所示。整个启动过程分为两个阶段（如图6 所示）：



A：保持K0 离合器断开，略微提高电机转速。起动电机与飞轮啮合，断开12V 电池的其他负载。起动电机带动发动机到一个较低的转速，随后发动机开始自主喷油点火，转速快速上升，并通过PI 调节使得发动机转速与电机相等。

D：发动机与电机转速相同后，闭合K0 离合器，系统实现稳定运行。高压电机拖动启动，根据喷油时刻的区别，可以分为默认启动，舒适启动等不同的类型。舒适启动在发动机被高压电机拖动到较高转速后，才进行喷油点火。高压电机拖动启动主要分下面四个过程：



A：略微提高电机转速，为拖动发动机做好储备。

B：K0 离合器逐渐接合，依靠电机把发动机拖动到一个较低的转速，随后发动机开始自主喷油点火，转速快速上升。

C：K0 离合器断开，发动机转速继续上升，并通过PI调节将转速控制到与电机相同。

D：发动机与电机转速相同后，闭合K0 离合器，系统实现稳定运行。保留12V 启动马达的好处在于下面两个方面：

（1）在高压电机出现轻微故障，发动机不能依靠高压电机进行拖动启动时，可以用12V 启动马达进行启动。

（2）在高压电机全功率输出驱动时，进行12V 启动马达启动，不会因为启动发动机而使驾驶员有动力暂时缺失的感觉，提高驾驶的舒适性。

但由于成本和其他因素的考虑，现在越来越多的PHEV车型不再保留12V 启动马达。

4结束语

虽然在新能源车型中，PHEV 车型数量只占20%左右，但其仍然是目前满足各方要求的最可靠的动力组成方式，极具竞争力。本文主要针对P2 架构的并联式PHEV，进行其硬件构成和主要功能逻辑的介绍，帮助读者对该构型的PHEV 车型能有较为详细的了解，对了解其他架构的PHEV 也有一定的参考意义