项目编号：???? 1627???
基于混合动力车辆的发动机扭矩及排放控制策略研究
Research on engine torque and emission control strategy based on hybrid electric vehicle
项目研制单位：上海交通大学? ?泛亚汽车技术中心有限公司
主要研制人员： 石磊?? 朱晓峰? ?邓康耀?? 牛仁旭?? 娄林?? 彭祯国?? 陈京瑞?? ?张志谋?? 肖威
主题词：混合动力、扭矩、排放、控制策略
- 研究内容介绍
2020年7月1日实施的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》针对燃油蒸发系统的排放限值极为严苛，此外还要求针对油箱系统进行密闭性监控和诊断。混动车型由于发动机并非时刻运行，纯电动行驶工况下发动机不工作，此时炭罐无法及时脱附清洗，一旦发动机进入运行状态，发动机会直接进入大负荷状态，发动机歧管真空度不足，以上两个因素导致混动系统的燃油蒸发排放更具挑战，为消除此问题混合动力车需设计一种新的燃油蒸发控制系统。同时国六法规中针对发动机颗粒排放限值极为严苛，将于2023实施的RDE实际道路驾驶排放更是对颗粒排放有了明确的要求。混动车型冷机运行大负荷累碳过快，需要针对冷机启动后运行策略优化。发动机主动断油（DFCO）机会少，GPF被动再生机会变少。并且混动发动机运行受到HCU控制，GPF再生容易受HCU要求被迫中断，在服务站设备进行再生期间，需要HCU配合完成。
本项目将通过产学研合作，开展各种混动架构系统下的ECM控制关键技术的研究。基于企业现有的发动机产品，通过控制策略研究与制定，以及基于模型软件的开发设计，最终集成到现有ECU平台，完成原理样车的试验，以及控制器台架的自动化测试等验证工作。主要的研究内容及其技术方案分为以下三个部分：
（1）混合动力系统的平台化扭矩架构的研究
在混合动力系统的平台化扭矩架构的研究方面。主要有整车混动系统动力扭矩管理架构、ECM控制器混动扭矩架构、混合动力系统的ECM扭矩策略开发。
整车动力扭矩架构
ECM控制器混动扭矩架构
在ECU内实现相应的控制逻辑，并完成了整车功能测试与验证。
实车测试发动机
传统车与混合动力车在NEDC循环中的发动机转速/运行对比
结果显示；原车的NEDC循环油耗由6.8L/100kM降低至5.16L/100kM。
（2）混合动力系统发动机尾气颗粒捕集器系统的研究与设计
将炭罐控制软件与现有的发动机软件进行集成，生成了可执行文件下载到ECU控制器并在实车上对炭罐冲洗阀的使能、开闭环控制以及炭罐负荷自学习的功能进行验证。
炭罐冲洗控制功能验证
| 编号 | 试验目标/测试工况 | 怠速工况 | 中高速匀速工况 | GO-STOP工况 |
| 11 | 炭罐冲洗是否使能VeFPGR_B_CanPrgActv | 炭罐冲洗与燃油自学习为互斥的功能。关闭开启炭罐阀时，关注车辆VeOXYR_cf_LamdaCtlFac是否出现冲击，车辆是否抖动。 | ||
| 22 | 冲洗阀开度是否正常VeFPGR_r_PWMCtlPrgVlv | 冲洗阀开度受到限制 | VeFPGR_B_CanPrgActv使能后，炭罐阀在短时间内开度很快打开到最大 | \ |
| 33 | 炭罐自学习是否正常进行VeFPGT_Cf_PrgCtrlAdap | 开启冲洗后，变化趋势应为上升到一定的高值（约15）后回到较低值 | 炭罐负荷VeFPGT_Cf_PrgCtrlAdap很快增大（如15以上），然后迅速减小到最低值（如3min内降低到5以下） | 开启冲洗后，变化趋势应为上升到一定的高值（约15）后回到较低值 |
| 44 | 燃油闭环控制是否正常VeOXYR_cf_LamdaCtlFac | 先降低，然后逐渐回到1。炭罐阀打开和关闭过程中，VeOXYR_cf_LamdaCtlFac没有冲击 | 开启关闭冲洗时不应该出现较大的冲击。 | 先降低，然后逐渐回到1。炭罐阀打开和关闭过程中，VeOXYR_cf_LamdaCtlFac没有冲击 |
油箱密闭检测与燃油加注功能验证
| 编号 | 试验目标/测试工况 | 低温低油量工况 | 低温高油量工况 | 高温低油量工况 | 高温高油量工况 |
| 11 | 正常油箱诊断结果eonvnr_w_msg | 车辆行驶8.1公里后熄火进入诊断，诊断无故障 | 车辆行驶8.1公里后熄火进入诊断，诊断无故障 | 车辆行驶8.1公里后熄火进入诊断，诊断无故障 | 车辆行驶8.1公里后熄火进入诊断，诊断无故障 |
| 22 | 油箱盖0.5mm泄露孔诊断结果eonvnr_w_msg | 车辆行驶8.1公里后熄火进入诊断，诊断报故障 | 车辆行驶8.1公里后熄火进入诊断，诊断报故障 | 车辆行驶8.1公里后熄火进入诊断，诊断报故障 | 车辆行驶8.1公里后熄火进入诊断，诊断报故障 |
（3）混合动力系统发动机燃油蒸发控制系统的研究与设计
将炭罐控制软件与现有的发动机软件进行集成，生成了可执行文件下载到ECU控制器，在实车上对炭罐控制软件进行测试。
软件测试环境
模型运行结果
功能测试与验证
本项目围绕混动发动机扭矩架构、GPF、碳罐控制三方面，进行了以下工作：
（1）完成不同动力系统下扭矩传输特性和响应特性研究，并对多种混合动力方案进行对比，评估不同方案的经济性、排放性、驾驶性以及成本，确定混动策略，为混动动力控制系统平台化的研究提供依据；针对确定的混动策略，完成扭矩架构设计，在ECU内实现相应的控制逻辑，并完成了硬件在环测试及实车测试。
（2）确定GPF控制开发需求；完成了GPF相关控制模型开发（Matlab/Simulink）；开发出一套GPF模型测试工具箱（自动化&集成化）；确定了GPF硬件布置方案（紧耦合式）和传感器布置方案
（3）根据炭罐控制软件需求，在Simulink环境下完成了炭罐控制软件的建模，通过了模型静态检查、单元功能测试、集成测试以及实车功能验证，基本满足了软件设计需求。
2、技术创新点
（1）不同的动力系统，扭矩架构完全不同，开展不同动力系统下扭矩传输特性和响应特性研究，可以为混动动力控制系统平台化的研究提供依据。通过ECM的设计，实现不同动力系统共用相同的扭矩传输架构，实现扭矩架构系统的平台化。研究扭矩架构平台的可移植性，满足整车各类扭矩需求源的响应精确性的要求。梳理各类潜在新整车架构发展方向，拓展该扭矩架构的应用范围，使之在不同的动力系统中具备更强的兼容特性和持续开发优势。
（2）通过建立GPF积碳模型和发动机排气温度模型，以发动机不同工况下的颗粒排放特性和排气温度模型为基础，预估GPF捕集效率，制定不同工况下的GPF的再生控制策略。
（3）在传统车Purge无冲洗流量诊断和泄露诊断的诊断策略的基础上，结合混合动力车发动机的运行特性，研究和设计混动车的Purge无冲洗流量诊断和泄露诊断的诊断策略。同时对混动车燃油蒸发系统增加的部件进行电路诊断和性能诊断的开发。
3、专利/发表论文情况(注明专利名称、专利号)
（1）缸内直喷式汽油机颗粒物捕集器最新技术发展.小型内燃机与车辆技术, 已发表.
（2）汽油机爆震在线检测系统设计与试验.车用发动机，已发表。
（3）直接起动过程缸内直喷汽油蒸发的影响规律研究.内燃机工程，已发表。
（4）（废气再循环率主动跟随系统CN106979099A.已公布
4、成果应用及经济效益预测
基于此项目，完成了针对某新型混动驱动单元的系统需求分析和详细分解，开发控制策略应对方案。基于控制策略算法，对新功能进行软件策略开发与实现，完全自主完成了120多个功能模块的软件开发工作，并软件验证与标定优化等。混动ECM软件支持了某混动项目早期的系统方案选型与验证，支持完成了油耗、驾驶性等性能评估，支持完成了针对混动单元的早期耐久台架试验。为后续混动单元的立项以及整车立项提供有力的保证。