0 前言

混合动力汽车的整车驾驶扭矩控制是指整车控制器（VCU）通过控制发动机、前电机和后电机输出扭矩来满足驾驶员扭矩需求，保证车辆稳定运行的逻辑。这一逻辑涉及到多个系统的协调工作，包括整车控制器（VCU）、发动机管理系统（EMS）、前驱动电机（FMCU）、后驱动电机（RMCU）、变速器控制系统（TCU）和车辆稳定控制系统（ESP）等，图1所示为Hi4扭矩控制架构。

图1 Hi4扭矩控制架构

混合动力车型的架构也较多，有增程式、非增程式，有两驱、有四驱，前桥有双电机（GM与TM）、有单电机如图2所示，Hi4动力架构属于非增程式四驱架构，前桥一个发动机与一个前电机，前电机在电池亏电的时候，进入串联，起到发电机的作用，在电池不亏电的时候起到驱动电机的作用；后桥一个后电机，为驱动电机。

图2 Hi4动力架构

1 整车扭矩控制逻辑

整车控制器扭矩控制逻辑主要涉及：整车扭矩需求（VTD）、整车扭矩分配（VMM）、扭矩滤波（ASD)与扭矩动态协调（CorPt），如图3所示。

图3 DHT—2扭矩框架

1.1 整车扭矩需求

整车扭矩需求（VTD）部分主要是根据驾驶员加速踏板扭矩、制动踏板扭矩、蠕行扭矩、是否开启定速巡航、自适应巡航及自动泊车等功能，综合协调各部分的扭矩需求，最终输出整车轮端扭矩请求，给扭矩路径使用。如果有限制整车车速工况，整车扭矩不能超过限制车速的的最大扭矩，见表1。

VTD整车扭矩需求部分，各个架构策略一致，可平台化开发。

1.2 整车扭矩分配

整车扭矩分配部分包括TTDAR、TTDA、VMCo与VMEE，主要根据VTD输出的整车扭矩需求，通过考虑驾驶模式、ESP前后桥干预等情况进行前后桥扭矩分配，见表2。

VMM整车扭矩分配部分，TTDAR、TTDA与VMCo各个架构策略一致，可平台化开发；VMEE各架构策略不同，需根据整车操作模式，进行前桥扭矩分配。Hi4架构前桥为一个发动机与一个电机，分配原则如下：EV，前桥扭矩全给前电机；串联，前桥驱动扭矩为0，发动机与电机为发动扭矩（发动机正，电机负）；直驱，根据负载点转移模块发的发动机请求扭矩，将前桥慢路扭矩请求分配为发动机扭矩和电机扭矩。

1.3 扭矩滤波与扭矩动态协调

扭矩滤波与扭矩动态协调（部分主要根据EV、EVIdle、串联、直驱和低速直驱五种驱动模式，计算对应模式下的整车动态的扭矩滤波与协调。

其中SDFA、SDB与SDMRA分别为前桥、前电机与后电机的扭矩滤波模块，均采用六段式扭矩滤波方式，该方法通过将输入扭矩根据扭矩方向和阶段划分为六段，分别为正向的Lo—Pos、Mid—Pos及Hi—Pos和负向的Lo—Neg、Mid—Neg和Hi—Neg，通过分段的方式对扭矩信号进行处理，具有不同的响应速度，来平衡整车的“动力性”与“平顺性”，以达到更好的滤波效果，如图4所示。

图4 扭矩六段式滤波

六段式扭矩滤波方式：判断滤波前扭矩与滤波后扭矩的差值Trqd是否大于0，若T_rqd＞0（cali）表示扭矩呈上升趋势，扭矩方向为Positive，若T_rqd＜0（cali）表示扭矩呈下降趋势，扭矩方向为Negative。判断滤波后的扭矩值，当T_rqLimd＜-20（cali）说明扭矩处于Low阶段，当-20（cali）＜T_rqLimd＜20（cali）说明扭矩处于Medium阶段，当T_rqLimd＞20（cali）说明扭矩处于Hight阶段。不同的扭矩区间允许的扭矩变梯度不同，若扭矩在Medlium阶段，允许的扭矩变变化梯度小（cali，300Nm/s）,防止执行器电机过零变化快引起闯动问题，若扭矩在Low/High阶段，允许的扭矩变化梯度大（cali，1500Nm/s）。除区域的扭矩基础梯度值不同，还会基于驾驶模式、制动踏板、挡位和当扭矩方向为Positive时，滤波后扭矩=上一次滤波后扭矩+扭矩梯度（cali，基于Low/Medium/High区间可标），然后受区域上限+偏移量（cali，初始值0.5N·m）与滤波前扭矩的扭矩取小限制，防止扭矩跨阶段后扭矩变化与允许梯度不符，也防止滤波后扭矩超过原始扭矩值；当扭矩方向为Negative，滤波后扭矩=上一次滤波后扭矩—扭矩梯度（cali，基于Low/Medium/High区间可标），然后受区域下限—偏移量（cali，初始值0.5N·m）与滤波前扭矩的扭矩取大限制，防止扭矩跨阶段后扭矩变化与允许梯度不符，也防止滤波后扭矩超过原始扭矩值。通过大量实车测试，不同项目不同车型扭矩方向、阶段和梯度等标定量的标定值均不完全相同，但整体原则一致，因地制宜的细节差异化标定，更好地适配出车辆的最优动力方案。

SDCESP、DTRTI、CEIAR分别为发动机的慢路滤波模块、快路滤波快路干预模块、快路扭矩计算与发动机降扭请求（点火角释放、断缸和断油）模块。Hi4架构换模换挡时，TCU会干预发动机快路到0N・m，慢路到30N・m，换模换挡的完成后，扭矩恢复；低速直驱时会干预发动机扭矩不能超过离合器传递能力，其他稳定工况没有发动机干预，扭矩等于前边SWC正常分配的扭矩值，见表3。

BDTC与MDTC与分别为前电机扭矩需求与助力扭矩计算模块、后电机扭矩需求与助力扭矩计算模块。扭矩助力指由于发动机自身响应的滞后性或者有干预降扭的工况，导致发动机实际与原始扭矩请求有diff值，这个diff值需要由电机进行扭矩助力，否者整车扭矩与原始扭矩请求不符。Hi4架构扭矩助力原则：换模换挡时后电机助力，实际低速直驱时前电机助力，稳定普通直驱时前电机助力，见表3。前电机助力计算方法：普通直驱时，前电机助力=SDFA前桥扭矩–SDFA电机扭矩–CANR发动机实际扭矩；低速直驱时，前电机助力扭矩=SDFA前桥扭矩–SDFA电机扭矩–CANRTCU离合器实际传递扭矩。后电机助力计算方法：后电机助力扭矩=VMCo前桥扭矩–BDTC电机扭矩–CANR发动机实际扭矩，备注：N挡的时候，默认BDTC电机扭矩与CANR发动机实际扭矩使用0替代，即后电机助力扭矩=VMCo前桥扭矩，如图5所示。

图5 助力扭矩

最后DTRD模块输出最终发给各个零部件的扭矩需求，此模块主要考虑了轮端扭矩到轴端扭矩的扭矩速比转换，还有发动机怠速的逻辑判定。发动机怠速控不同于发动机扭矩控，发动机扭矩控是VCU给发动机发送快慢路扭矩请求（可能伴随点火角释放、断缸、断油请求）。发动机怠速控是VCU给发动机发送怠速请求与怠速的目标转速，发动机自己控制自身扭矩输出来达到维持目标转速的目的。

ASD与CorPt部分各个模块的策略与动力架构紧密相关，各不相同，各架构需独立开发。

2 应用

混合动力汽车的扭矩控制逻辑高度复杂，涉及多个子系统的协同工作，包括发动机管理、前电机控制、后电机控制、离合器挡位控制、电池管理系统（BMS）以及底盘车身稳定干预、智驾扭矩请求等。这些系统通过复杂的算法和控制策略，确保车辆在各种驾驶条件下都能高效、安全地运行。

Hi4架构虽然比以往混合动力架构（GM+TM+RMCU）缺少一个发电机，但是通过合理的利用前电机FMCU，实现了FMCU不工况不同作用的目的，在保证功能不降级的情下，降低了整车配重，有效提高整车动力性能；节约了整车成本，更直接的价格优惠于客户。

参考文献

[1] 李明,王伟.混合动力汽车技术[M].北京：机械工业出版社，2015.

[2] 张华,陈丽娟.新能源汽车技术与应用[M].北京：清华大学出版社，2018.

[3] 王强,赵志刚.混合动力汽车控制系统设计与优化[J].汽车工程，2019，41(5):789-795.

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