弱混（或稱之為輕度混動）技術(shù)（Mild Hybrid），核心包括Start-Stop（啟停）技術(shù)、BSG（Belt-drivenStarter/Generator皮帶傳動啟動/發(fā)電一體化電機）技術(shù)，BSG技術(shù)就是利用皮帶傳動電動機，該電動機經(jīng)由皮帶傳動在短時期內(nèi)將發(fā)動機轉(zhuǎn)速由零上升至怠速以上，從而實現(xiàn)汽車的快速起停。

博世BRS系統(tǒng)，是一種成熟的輕度混合車輛能量回收系統(tǒng)，兩個電氣網(wǎng)（48V和14V）共存并且通過PCU轉(zhuǎn)化器相互連接（也稱為DC/DC）。通過PCU的正向及逆向工作模式，可以使得電能在48V系統(tǒng)及14V系統(tǒng)之間相互轉(zhuǎn)化。在日常行駛中，BRM回收大量制動能量并儲存于48V鋰離子電池中，這些電能均可用于14V負載中。同時BRM也可以當做電動機輔助發(fā)動機產(chǎn)生額外的轉(zhuǎn)矩，可以再節(jié)省燃油的同時改善駕駛性。

1 P0結(jié)構(gòu)48V-iBSG系統(tǒng)混動車型

1.1 P0結(jié)構(gòu)

目前主流混動技術(shù)方案中根據(jù)電機位置的不同，分為P0、P1、P2、P3、P4，不同方案在成本、布置、性能方面各具優(yōu)缺點。P0結(jié)構(gòu)即是將電機布置在發(fā)動機前端，P0結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是，擁有皮帶傳動起動和發(fā)電一體的電機，利用高性能蓄電池，完成紅綠燈發(fā)動機起停，并允許帶動空調(diào)機械壓縮機，主要用于12-25V微混合或48V弱混，但因為是皮帶結(jié)構(gòu)，屬于軟性連接，發(fā)動機驅(qū)動和動能能量回收效率受到一定限制。

1.2 48V-iBSG系統(tǒng)架構(gòu)

48V-iBSG輕度混動系統(tǒng)主要可以實現(xiàn)以下幾大功能，分別是啟停、制動能量回收、轉(zhuǎn)矩助力、滑行、換擋策略優(yōu)化。細化為即采用BSG的舒適啟動/啟停、給12V電路供電、給48V部件供電、發(fā)動機熄火滑行、制動/滑行能量回收、發(fā)動機工作點轉(zhuǎn)移、助力、電動爬行/駕駛、用傳統(tǒng)起動機作為備用啟動（48V電源支持）等，節(jié)油率約8%-16%。

1.3 48V-iBSG混動汽車主要四種工況

1.3.1 起動工況

起動時，48V-iBSG電機在幾百毫秒時間內(nèi)將發(fā)動機加速至怠速轉(zhuǎn)速以上，然后汽油機才開始工作。

1.3.2 停車工況

當汽車在等紅燈或者短暫/長時間停車時，只要滿足一定條件，控制系統(tǒng)切斷汽油機供油，自動使發(fā)動機和48V-iBSG電機停止工作，節(jié)省燃油的同時減少廢氣排放。需要起步時，則進入起動工況，由48V-iBSG電機起動發(fā)動機。

1.3.3 減速工況

駕駛員在汽車行駛過程中松開加速踏板/踩下制動踏板，滿足一定條件時，48V-iBSG電機處于發(fā)電狀態(tài)，回收部分制動能量儲存在蓄電池中。

1.3.4 正常行駛工況

如果電池電量足夠，全油門加速時，則發(fā)動機全油門工作的同時48V-iBSG給發(fā)動機一定助力。一般油門行駛時，整車控制器按照實際扭矩需求情況可能會向電機傳送信號給于發(fā)動機一定助力，優(yōu)化調(diào)節(jié)發(fā)動機工作點，節(jié)省油耗。若果電池電量不足，則由發(fā)動機單獨工作，如果電池電量過低時，則由發(fā)動機提供動力，由48V-iBSG電機發(fā)電為電池充電。

2 整車參數(shù)及模型建立

2.1 整車參數(shù)

本文對某FF 5MT配4A91S（1.5L）發(fā)動機車型整車建模，車輛基本參數(shù)、變速器及傳動比、電池參數(shù)如表1所示。

表1 整車參數(shù)

2.2 模型建立

圖1 48V混動車Cruise數(shù)據(jù)模型

圖2 電池參數(shù)設(shè)置

搭建Cruise整車數(shù)據(jù)模型和48V混動車的Cruise數(shù)據(jù)模型，用于模型之間的對標分析，5MT_48V輕混模型如圖1所示，電池參數(shù)設(shè)置如圖2，電機參數(shù)設(shè)置如圖3所示。因為在Cruise無法模擬皮帶，以減速器模型代替皮帶模型，電機與發(fā)動機連接皮帶參數(shù)設(shè)置為，傳動比2.7，皮帶效率取0.9。

圖3 電機參數(shù)設(shè)置

3 Matlab控制模型建立

3.1 控制策略介紹

3.1.1 能量回收

在制動工況中電動機變換為發(fā)電機，把部分動能轉(zhuǎn)化為可利用的電能進行存儲。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速在750-6000rpm范圍內(nèi)，進行制動能量回收。當電池SOC值大于85%時，制動能量不予回收。制動踏板開度大于5%時候，制動能量回收，小于2%時候制動能量回收。

3.1.2 扭矩分配

電機作為電動機工作，駕駛員扭矩需求將由電機分擔一部分，降低發(fā)動機負載。油門踏板開度大于25%時電動機允許輸出扭矩。電池SOC超過60.5%時允許扭矩分配低于59.5%時不允許扭矩分配。當車速超過51.5km/h時，扭矩分配，車速低于49km/h時不進行扭矩分配。當車輛加速度超過0.25m/s2允許扭矩分配，低于0.15m/s2不允許扭矩分配。

3.1.3 助力

當驅(qū)動需求扭矩大于此時發(fā)動機的外特性，不足扭矩由電機提供。發(fā)動機轉(zhuǎn)速在600-3400rpm范圍內(nèi)允許助力。電池SOC大于36%允許助力。

3.1.4 電爬行

在限定車速內(nèi)，車輛由電機驅(qū)動，發(fā)動機將不會輸出扭矩。當SOC小于40%時，電爬行被禁用。發(fā)動機水溫大于40℃，電爬行被禁用。

3.1.5 發(fā)動機高級啟停

發(fā)動機在車速不為零時暫停工作。電機以更短的時間和更小的噪音震動起動發(fā)動機。車速門限值為12km/h。發(fā)動機水溫小于20℃時，啟停功能被禁用。SOC在30%-80%允許啟停功能使用。發(fā)動機轉(zhuǎn)速大于500rpm，準許啟停功能工作。

3.1.6 發(fā)電機模式

電機在發(fā)電機模式下，對48V蓄電池進行充電。當系統(tǒng)執(zhí)行制動能量回收，電機轉(zhuǎn)換為發(fā)電機工作，執(zhí)行充電行為。當電池SOC值小于控制系統(tǒng)限定參數(shù)時，發(fā)動機輸出部分扭矩驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，執(zhí)行充電行為。

3.2 控制策略模型建立

Simulink信號輸入模塊建立的參數(shù)需要與Cruise模型中API建立的Inport數(shù)據(jù)一致，為一一對應(yīng)關(guān)系。功能控制模塊根據(jù)實際車輛獲取的狀態(tài)信息判定車輛所處的工況，判定后傳遞相應(yīng)信號至功能模塊。各個功能模塊由兩部分組成，為控制部分和輸出部分，控制部分主要是判定當前實車工作目標信號，輸出部分主要是傳遞目標信號至仿真軟件。信號輸出模塊是將各個功能模塊的計算結(jié)果數(shù)據(jù)通過信號輸出模塊傳遞至Cruise中去控制Cruise各個部件工作。Simulink建立控制策略模型在總體上是根據(jù)博世的BRS策略來建立，其中電動模式，發(fā)動機模式，扭矩分配模式選擇模型設(shè)計如圖所示4。

圖5 模式選擇控制策略

4 聯(lián)合仿真分析

本方案基于Cruise整車數(shù)據(jù)模型和48V混動車的Cruise數(shù)據(jù)模型，建立Simulink控制策略，然后進行聯(lián)合仿真和結(jié)果對比。根據(jù)主機廠提供的數(shù)據(jù)，參照OEM換擋策略，重新設(shè)計新的MT車型換擋點，新舊換擋策略分析結(jié)果如圖6所示。

圖6 新?lián)Q擋策略分析結(jié)果

針對5MT和5MT_48V輕混方案車型的動力性進行計算任務(wù)設(shè)置，仿真結(jié)果如表2所示，針對5MT和5MT_48V輕混方案車型的燃油經(jīng)濟性進行NEDC循環(huán)工況計算任務(wù)設(shè)置，仿真結(jié)果如表3所示。

表2 動力性及電池SOC值分析結(jié)果

表3 燃油經(jīng)濟性分析結(jié)果

5 結(jié)論

根據(jù)實車油耗測試，不帶BRS策略的原車NEDC工況試驗油耗為6.16L/100km和6.20L/100km，帶BRS控制策略的NEDC工況試驗油耗結(jié)果為5.54L/100km和5.56/100km，BRS控制策略節(jié)約10.2%。

由仿真分析結(jié)果得出，5MT_48V輕度混動車型動力性優(yōu)于5MT傳統(tǒng)車型；經(jīng)濟性方面，根據(jù)NEDC工況原換擋策略，得出5MT_48V輕度混動車型油耗相對于傳統(tǒng)車型節(jié)油約9.8%。根據(jù)NEDC工況優(yōu)化的新?lián)Q擋策略，得出5MT_48V輕度混動車型油耗相對于傳統(tǒng)車型節(jié)油約14.9%。

由以上的結(jié)果對比可知，Cruise仿真分析結(jié)果與實車測試結(jié)果非常接近，并且節(jié)油率均超過10%，證明本設(shè)計方案達到了優(yōu)化目標。

審核編輯：湯梓紅