混动｜混合动力系统发动机工况点优化的标定实现

来源：马明霞， 桂经良， 孙立鹏， 宁廷会/潍柴动力股份有限公司

混合动力系统较传统动力总成系统增加了电机、电池。使发动机工况点可以在发动机、 电机、电池限制范围内实现扭矩解耦，优化整车经济性。下面给出一种以燃油消耗 最低为目的的混合动力系统发动机工况点调整方法。本文以单轴并联系统的应用为例介绍，方法可以扩展到满足电机调节发动机工况点的相应系统中。

1. 发动机工况点调整情况分类

图1

单轴并联系统结构如图1所示，在此不介绍变速器换挡的优化方法，只介绍利用电机、动力电池对发动机工况点的调整方法的标定实现。发动机热效率在全工作区间—般是 平顺变化的，在定转速、扭矩变化大于某—定值的情况下，存在单位时间油耗量随功率升高而升高，随功率降低而降低 的趋势。计算可忧化范围内所有离散工况点的等效燃油消耗 率，根据等效燃油消耗率结合零部件动态路径，合理优化发动机工况点。

对于单轴并联系统，发动机工况点只具有扭矩优化度，扭矩优化又分两种情况：发电——通过电机发电提高发动机负荷；助力——通过电机助力降低发动机负荷。助力又分为两种情况：变速器输入轴需求超过发动机外特性，电机已经助力，为改善发动机工况点继续助力；变速器输入轴 需求没有超过发动机外特性，为改善发动机工况点电机助力。下面对上述情况详细说明， 发动机初始工况点及改变后工况点相对位置如图2所示。

图2

2. 发动机工况点调整-发电

不经过扭矩优化， 发动机工况点处于中低负荷时， 发动机热效率偏低， 使电机处于发电状态， 提高发动机负荷， 从而提高发动机热效率。基干发电等效燃油消耗率合理调整发 动机发电工况。发电等效燃油消耗率计算原理如下。

3. 发动机工况点调整-助力

3.1 初始工况点未超过发动机外特性

如何合理分配混合动力系统中能量回收及发电电量，即如何通过电机助力来调整发动机工况点。在单轴并联系统中，模式切换（纯电动模式到混动模式的切换）是电机助力的一种特殊情况——电机完全助力。当初始工况点未超过发动机外特性时，电机助力等效燃油消耗率计算原理如下。

4. 标定实现

基于电机发电等效燃油消耗率MPP、初始工况点未超过发动机外特性时电机助力等效燃油消耗率MPP、初始工况点超过发动机外特性时电机持续助力等效燃油消耗率MPP，混合动力系统运行特定要求工况下， 要求电池电量保持平衡， 则：

5. 应用实例

本文以16.5t单轴并联公交车系统为例，对比发动机工况点按照等效燃油消耗率调整前后的实车道路气耗。单轴并联公交车动力总成配置参数见表1。

表1

国标GB/T 197S6-201S规定了该车型的试验工况CCBC及试验方法。

CCBC运行工况如图3所示。

图3

标定前后实车道路测试发动机工况点如图4、图5所示。

图4

图5

根据气耗结果， 基于等效燃油消耗率调整发动机工况点，使气耗降低2.1m³/100km， 有效提高整车经济性。