现代社会对于汽车的需求日益增加。随之而来的废气排放、环境污染等问题也困扰着人们。石油属于不可再生资源，因此研发新能源汽车已经成为必经之路。新能源汽车中，纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等车型已经越来越受瞩目。我国市场上纯电动、混合动力车型已有百余款。各大整车厂对于燃料电池汽车的研发也已列入计划。混合动力汽车相较于纯电动汽车，有着更为现实的意义。混合动力汽车既可以避免纯电动汽车寻找充电桩并占用时间进行充电的困扰，也无须时刻担忧续驶里程，同时内燃机和电机的交互配合，可以提高其效率，优化发动机工作区间。因此混合动力车型也受到了消费者的广泛认可。混合动力车型种类繁多，各种车型的系统方案也不尽相同。不同的混动结构对应的系统控制策略也不相同。本文主要针对通用性的混合动力汽车方案，浅析一下混合动力汽车的控制策略开发的流程和方法。

混合动力汽车控制策略的开发流程

混合动力汽车控制策略的设计，也是需要根据车型的整体定义和目标进行的，因此在进行控制策略的定义前，车型的定义需要明确。开发流程的概况如图1所示。

1）车型定义：车型的整体定义，包括车型、车身的尺寸、驱动形式、国标等要求。

2）车型目标定义：车型的目标会成为控制策略制定的取舍准则，因此定义车型在经济性、动力性等方面的目标，对于控制策略的定义是必需的。

3）整车功能定义：整车的功能定义，是将车型的配置拆解为详细的各系统的功能。混合动力系统的控制策略需实现与之相关的所有功能定义。

4）整车架构定义：整车架构是混合动力系统设计的基础，需要明确混合动力的结构，比如串联、并联、混联，或者采用的电机位置是P1、P2、P3、P4等，以及选用的发动机、电机、电池的参数等。控制策略的设计与这些信息息息相关。

5）电气架构定义：电气拓扑及通信的定义，是控制策略实现的一个脉络。因此前期需要有架构拓扑作为基础，后续根据控制策略的完善，同步完成详细的通信矩阵的定义。

6）控制策略设计：控制策略的制定，需要根据上面的各种需求，进行整体的策略定义。需要定义各系统实现的过程、各模式的切换、判断的条件以及执行的结果。控制策略的设计中也需考虑功能安全的相关因素。

7）仿真分析修正策略：根据仿真的结果模拟实际的运行情况，并根据前期定义的车型目标对控制策略进行修正，使之更迅速、更平稳地实现各系统的控制。

8）测试修正策略：当控制策略仿真测试通过以后，需要搭载台架以及实车进行验证。根据实际测试的结果，对控制策略进行进一步的完善，对各项参数进行更详实的标定。

混合动力汽车的整车架构设计

混合动力汽车是指将传统发动机的热动力和电动力混合在一起，实现车辆更优化的驱动方式。按照热动力和电动力的耦合方式不同，可以分为串联结构、并联结构和混联结构，如图2所示。

按电机的位置，也可以分为不同的混合动力结构，如图3所示。P0结构代表电机位于发动机传动带上的一种BSG电机。P1结构位于发动机曲轴上，在变速器前。P2结构的电机位于发动机与变速器之间，离合器之后。P2.5结构的电机位于变速器内部。P3结构的电机位于变速器输出端，与发动机同轴输出。P4结构的电机位于车辆后驱动桥，或后轮毂电机。

具体混合动力汽车的整车架构的选型，需要根据车型的实际情况、布置、目标、仿真结果等来选定。不同的结构对于控制策略的影响非常大。由于本文概述控制策略的整体开发流程，因此未指定具体某一结构。

混合动力汽车的电气拓扑设计

混合动力车型比较复杂，因此设计电气拓扑结构时需要分为多个域，以避免总线负载过高。图4为电气拓扑设计的示意图，分为新能源域、动力域、车身域、多媒体域，可以更优化的实现混合动力的控制。

控制策略中各信号的传递需要基于电气拓扑的定义来决定其路径。不同的信号输入方式对控制策略也有一定影响，同时也需考虑功能安全的响应设计。另外，网关也要考虑信号传递的实时性对数据采集的实时性及控制策略的响应时间造成的影响。

混合动力控制策略的接口定义

混合动力汽车的功能复杂，与整车控制器交互的系统繁多。因此制定控制策略时，其相关的信号或功能接口也很繁杂。

混合动力车型的控制中，整车控制器需要对模式、转矩、功率、转速、能量和热量等很多方面进行综合计算并控制，确保各系统的工作状态。与混合动力汽车控制策略相关的接口如图5所示。

混合动力控制策略定义

设计混合动力汽车的控制策略时，应该考虑以下几个方面：

1）满足车型目标所要求的燃油经济性。混合动力汽车的最大亮点就是其良好的节油性。当然为了有更好的燃油经济性，需要优化发动机的工作点。包括制动回馈的控制也可以将回收的电能储存起来，进一步优化油耗。

2）满足车型目标所要求的动力性。电机的转矩可以与发动机的转矩进行耦合，从而提升加速性能。由于电机的助力，可以进一步优化发动机的工作区间。

3）满足车型目标所要求的排放标准。由于电机的增转或减转，可以优化发动机的工作区间，因此排放性能也可以通过对电机的控制，最终通过标定进行优化。

4）合理的工作模式控制。混合动力比纯电动车型更实用的一点在于可以控制车辆在纯电动模式、发动机模式、充电模式和混合驱动模式间相互转换，既能合理储能，又能在需要时提供电动助力。模式切换是否合理，将会直接影响各项车型目标的实现情况。

5）满足车辆操控的平顺性。由于两套动力系统需相互耦合，且电机的响应时间比发动机快，因此需要综合考虑转矩控制的配合，以及模式切换的驾驶感受，确保车辆具有良好的平顺性。

综上，设计的初版控制策略仍需经过仿真分析的调整、实车验证和标定等，不断地修正各方面参数，最终达到一个各方面综合性能良好的均衡结果。

结论

混合动力汽车是比纯电动汽车更优化、更实用的一种解决方案。混合动力汽车结合了传统汽车和纯电动汽车的优点，利用电机优化发动机的工作区间和效率。由于两套动力系统耦合，控制上也复杂很多。因此混合动力汽车的控制策略开发是非常艰难的一项工作。本文从整体上论述了控制策略开发流程、相关的设计输入、接口以及考虑因素。按照正规的开发流程，控制策略的开发应该可以满足车型目标的需求，并受到市场的认可。