双擎卡罗拉THS技术解析——控制篇(三)

2024年3月3日发(作者：起亚所有车型)

New Car Tech栏目编辑：刘玺 *****************

高惠民 (本刊编委会委员)现任江苏省常州外汽丰田汽车销售服务有限公司技术总监，江苏技术师范学院、常州机电职业技术学院汽车工程运用系专家委员，高级技师。双擎卡罗拉THS技术解析—控制篇(三)◆文/江苏 高惠民(接上期)

⑴驾驶员请求扭矩计算根据加速踏板位置和车速计算目标轴驱动扭矩。⑵驾驶员请求输出功率计算根据驾驶员请求扭矩和车速计算目标功率输出，与⑴的计算方法类似。⑶所需发动机输出功率计算所需HV蓄电池充电功率与⑵计算所得的驾驶员请求输出功率相加即可确定所需发动机输出功率。⑷发动机启动判断根据工作状况和所需发动机输出功率⑶，判断是否需要启动发动机。⑸目标发动机转速计算THS-II发动机以高效发动机工作线工作。发动机工作线与发动机输出功率(所需发动机输出功率)的交点为目标发动机转速。⑹发动机控制根据所需发动机输出功率⑶和目标发动机转速⑸的计算结果执行发动机喷油、点火、ETCS-i和VVT-i控制等。⑺目标MG1转速计算根据MG2转速和目标发动机转速⑸计算目标MG1转速。⑻MG1扭矩控制根据MG1转速传感器(解析器)信号，控制MG1扭矩以达到MG1目标转速。⑼直接发动机转矩计算根据⑻计算所得的MG1扭矩计算发动机输出的驱动扭矩(根据列线表，基于MG1扭矩可得知车桥处的直接发动机输出转矩)。⑽MG2扭矩指令值计算根据驾驶员请求扭矩⑴和直接发动机输出转矩⑼计算MG2扭矩指令值。如果电动机的转矩大于车辆需要的驱动扭矩，发动机就会停止工作，车辆仅靠HV蓄电池的能量输出完成行驶(EV行驶模式)，如果电动机转矩小于车辆需要的驱动扭矩，发动机就会启动运转，独立驱动，或者在车辆需要更大扭矩时，发动机与电动机并行运转驱动。2.发动机启停控制混合动力系统对发动机进行启动/停止的切换控制，使发动机工作在最佳效率工况范围内，目的是改善燃油消耗，发动机启动运转条件如表2所示。表2 发动机运转条件(车辆停止时)条件发动机暖机请求为OTWC加热请求为O加热器请求为O空调压缩机操作请求为OSOC下降HV蓄电池温度低ISC学习未完成描述发动机需要暖机时催化剂需要加热时为保持加热性能为操作空调压缩机为操作MG1以对HV蓄电池充电HV蓄电池输出不足以启动发动机时，发动机继续工作ISC学习(节气门开度学习)未完成备注：断开辅助蓄电池时，清除学习值但曲轴回转时，在特定的发动机转速区域内，发动机扭矩脉冲与传动桥产生共振，导致车辆振动。通过下列控制措施可以减小发动机启停的振动问题。(1)通过缩短动力重心与转动弹性轴之间的距离，增加扭振减振阻尼器等方法，改进发动机的悬置问题。(2)采用电子控制技术，推迟点火提前角，延迟进气门关闭时间，控制燃油喷射量等措施来改善发动机的燃烧，从而降低振动和噪声。(3)发动机扭矩脉冲补偿控制。根据发动机的扭矩脉冲，设计MG1电机和HV电池有足够的输出功率，短时间迅速拖动发动机启动(发动机转速被拖到1 000～1 200r/min时开始喷油启动)。发动机在低速转动时的扭矩脉冲中，与惯性力脉冲相比，压缩/膨胀空气过程的脉冲起主要作用。因此只要在发动机熄火时，通过控制电机MG1的旋转角度，把活塞停止位置控制在进气门关闭的上止点曲轴转角位置，能较好地控制发动机启动时的振动。72-CHINA·JuneCopyright?博看网. All Rights Reserved.

栏目编辑：刘玺 *****************New Car Tech(4)驱动系统扭转振动补偿。用速度传感器测得车轮转速，通(2)利用驱动电机当作发电机运行时产生的电磁阻力用来制动减速，起到减少制动摩擦片的磨损和节能的效果，双擎卡罗拉可以回收大约30%的再生制动能量。图23为再生制动系统控制。

过与传动桥的输出轴转速比较作差，反馈进行电动机MG2扭矩控制从而抑制驱动系统的扭矩振动。图21为混合动力车辆减振控制系统的整体构成。与普通控制器结合使用实现减振控制。从图22看得出混合动力车辆在纯电动行驶中，快速踩下加速踏板，发动机启动时，减振控制能很大程度地改善驱动系统振动的效果。图23 车辆再生制动系统图当驾驶员踩制动踏板，希望减速时，制动防滑控制ECU，根据制动踏板位置和踏板力的大小(制动主缸油压的大小)指令液压制动执行器实时对前后车轮进行制动力的分配，使车辆减速。紧接着再生制动系统进入工作状态，输出大部分再生制动力矩，当车辆减速到要停止时，再生制动矩下降到接近零，此时，液压制动力又起主要作用，使车辆停止行驶。图24所示为液压制动和再生制动之间的制动力分配。图21 混合动力车辆减振控制系统的整体构成再生制动系统协调控制还必须满足如下要求：(1)发动机停止工作不影响制动力；(2)车辆制动时需要实时调整液压缸的油压，液压制动时要尽量避免振动和噪声的产生；(3)液压制动时，对制动踏板行程感觉没有影响；(4)由于要实时进行电子制动力控制，要求系统具有故障警告功能和系统失效保护功能。图22 快速踩下加速踏板时驱动系统振动抑制效果图24 车辆液压制动和再生制动之间的制动力分配三、再生制动与液压制动协调控制再生制动是混合动力汽车的重要工作模式，它能在汽车减速或下坡时，根据油门踏板与制动踏板信号，保证车辆制动能性不变前提下，通过驱动电机当作发电机运行。再生制动的作用是：(1)将汽车的动能和位能变成电能回收到混合动力系统的储能装置中。四、HVECU控制功能双擎卡罗拉混合动力系统的电子控制单元(ECU)构成(图25)。HV ECU的功能包括驱动力指令、诊断、安全警示等。混合动力控制系统是一套线控(ByWire)系统。当构成的零部件发生故障时，为了防止驾驶员的意愿与车辆发生冲突，需要及时、准确的安Copyright?博看网. All Rights Reserved.

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New Car Tech①SOC低时栏目编辑：刘玺 *****************全警示，具体要求如下：

(1)系统的构成要充分考虑安全警示的功能；(2)检测异常情况的功能；(3)发生异常情况时系统限制输出或停止运行。SOC低时，WOUT(放电功率最大值)将会降低以限制HV蓄电池输出。WIN(功率输入)：充电功率最大值。WOUT(功率输出)：放电功率最大值(图27)。图27 HV蓄电池SOC低值时限制驱动力输出示意图图25 双擎卡罗拉混合动力ECU构成图②HV蓄电池温度高或低HV蓄电池温度低或高时，HV蓄电池输出受到限制。高负载行驶可能会导致HV蓄电池温度升高，但这并不表示故障。发动机冷机时，将车辆电源开关刚置于READY-ON状态后，HV蓄电池温度变低，其输出将降低。HV蓄电池温度过高可能是由于冷却风扇故障或冷气进气口阻塞所致(图28)。1.输出限制控制HV ECU限制输出项目如表3所示。表3 HV ECU限制输出项目项目SOC低HV蓄电池温度低温度高带转换器的逆变器总成增压转换器温度高MG1和MG2温度高逆变器温度高描述SOC低于规定值时(逐步降低WOUT(wattage-out(功率输出)=放电功率最大值))由于温度而使蓄电池的活性低时，蓄电池输出至MG1或MG2的功率受到限制。由于反复以大电流充电和放电而导致蓄电池产生大热量时由于高负载行驶而导致逆变器的温度超过规定值时由于高负载行驶而导致增压转换器温度超过规定值时由于高负载行驶而导致MG1或MG2的温度超过规定值时(1)HV蓄电池输出受限时的行驶性能如果HV蓄电池输出受限，则行驶性能明显低于正常水平。特别是在驾驶过程中完全踩下加速踏板时会感到行驶性能下降(图26)。图28 HV蓄电池温度过高或低限制驱动力输出示意图(2)逆变器、增压转换器、MG1或MG2温度高逆变器、增压转换器、MG1或MG2的温度超过规定值时，HV蓄电池输出或电机输出扭矩受到限制。增压转换器温度高时，HV蓄电池输出受到限制。逆变器、MG1或MG2温度高时，电机输出扭矩受到限制(图29)。输出受限期间，多信息显示屏上显示“HYBRID SYSTEM OVERHEAT”(混合动力系统过热)以告知驾驶员由于高温而使输出受到限制。导致高温的可能原因：低速爬坡或操作加速踏板以使车辆在斜坡上停止；极陡峭的上坡路或车速骤变；冷却系统故障(带电动图26 限制驱动力输出示意图机的HV水泵故障、冷却液泄漏、堵塞等)。Copyright?博看网. All Rights Reserved.

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栏目编辑：刘玺 *****************New Car Tech2.失效保护控制五、驱动功率实例计算下列是双擎卡罗拉的瞬时加速工况数据(参考图10车辆加速工况数据流)：发动机转速：2 944r/min发动机执行功率：31.2kWMG1转速：6 116r/minMG1扭矩：-27.38N·mMG2转速：4 615r/minMG2扭矩33.5N·m车辆主减速器传动比3.267轮胎半径0.316m(规格205/55R16)求：1.发动机扭矩；2.输出转速；3.输出扭矩；4.车辆瞬时速度。解：1.发动机扭矩=19550×发动机功率19550×31.2==101.2N·m发动机转速 2944

HV ECU根据混合动力系统发生的故障，执行以下失效保护驱动模式(图29)。⑴MG1故障，依靠MG2驱动如果MG1不能工作，则发动机无法启动。在这种情况下，可通过MG2驱动车辆。如果发动机启动后，MG1发生故障，则无法将来自发动机的动力传输至车轮(因为要将发动机的动力传输至轮胎，需要向MG1施加负扭矩)，导致发动机不能驱动车辆(图30)。⑵MG2故障，依靠发动机驱动MG2无法工作时，可使用发动机驱动车辆，MG1发电运行(施加负扭矩)，将来自发动机的动力传输至车轮。但是，由于MG2不消耗电能，因此MG1持续对HV蓄电池充电。但HV蓄电池SOC达到上限值后，MG1进入零扭矩控制，发动机动力不可能再驱动车辆(图31)。2.输出转速：用列线图求得(如图32所示复合齿圈转速)Nout=1 724r/min1.输出扭矩：Tout-TeK1 2.6

+TMG2K2-101.2××33.5×2.64＝161.5N·m1+k11+2.6

公式中Tout：复合齿圈处输出扭矩；Te：发动机扭矩。前排齿圈齿数 78

TMG2：MG2扭矩，K1= ==2.6， 前排太阳轮齿数30后排齿圈齿数 58

K2= ==2.64 后排太阳轮齿数22

rNe0.316×17242.车辆瞬时速度：V≈0.377≈0.377×≈62.9kmi3.267公式中V：车辆瞬时速度(km)；r:轮胎半径(m)；Ne：发动机转速r/min；i：车辆主减速器传动比。图29 逆变器、增压转换器、MG1或MG2温度过高限制驱动力输出示意图图31 MG2故障失效保护图30 MG1故障失效保护图32 复合齿圈转速计算列线图(全文完)

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