刘嘉

（同济大学 200092）

1 概述

2011年，德国五大汽车制造集团奥迪宝马、戴姆勒、保时捷和大众联合宣布开发48 V系统。48 V电气系统架构在满足整车用电需求的同时，兼顾节能减排，是满足日益严苛的排放法规的最优动力总成方案之一。兼顾安全、环保，增加燃油经济性的同时提示汽车动力性，同时相比其他新能源动力总成方案，48 V弱混系统有着巨大的成本优势，更容易被消费者接受[1]。

2 加速助力模式分析及管理

根据发动机与BSG电机不同工种状态，可将车辆分为：纯发动机模式、加速助力模式、制动能量回收模式、行车发电模式等四种工作模式。加速助力模式是指在满足一定的加速踏板开度和动力电池SOC状况下，当车辆加速时，BSG电机通过皮带向发动机输出一定的扭矩助力。在加速助力模式下，BSG电机的快速响应及短时间内可输出最大扭矩的特性，可以帮助发动机度过瞬态的扭矩不足，不需进行燃油加浓处理，缩短瞬态过渡时间，在保证输出扭矩的同时，发动机始终处于最优工作区间。

3 助力模式扭矩协调优化控制

48 V系统在加速助力模式下，其表现效果受多方面因素影响，其中动力电池SOC状态作为条件限制，直接决定BSG电机是否可以参与进行辅助力矩输出。另一方面， BSG电机本身的转速、扭矩和功率都直接影响加速助力的表现。

在加速助力模式下，通过对发动机和BSG电机输出扭矩的合理分配。在满足车辆的加速需求的同时，保证发动机处于最佳工作区间，保证燃油消耗的最小和排放的最优是助力模式控制策略的根本目标。

图1 助力模式的转矩协调优化控制策略框图

发动机的输出扭矩Men可表示发动机总扭矩Mcom与其他扭矩之差：

Men=Mcom-Mfriction+Macc+Madaption+Mres

其中，其他扭矩包括：摩擦扭矩Mfriction；发动机附件扭矩Macc；发动机自适应补偿扭矩Madaption；发动机预留扭矩Mres。

而车辆在加速过程中所需要的总扭矩M，在48 V系统的助力模式中可表示为发动机输出准据Men与BSG电机提供的辅助扭矩之和：

M=Men+MBSG

在实际过程中，车辆在加速过程需求的总扭矩M ，与车辆当时的形式速度、加速需求、油门踏板的变化度有关，根据车辆的动力学经验模型可以获得。

在加速助力模式中，应尽可能的减小发动机扭矩的增幅，同时利用BSG电机响应快的特性，使BSG电机尽快达到最大扭矩弥补扭矩不足，满足车辆加速的总扭矩需求。同时由于电机和动力电池的特性，48 V系统BSG电机不能长时间工作于助力模式，这又对BSG电机输出辅助扭矩的时间和扭矩值提出了要求。在加速助力模式初期，应尽量减少发动就扭矩增幅幅值，以BSG电机的辅助扭矩进行快速补充；在加速助力中期，结合48 V系统BSG电机和动力电池的性能和寿命，可适当增加发动机扭矩增幅。在综合以上因素，制定扭矩协调优化控制策略。

借鉴同济大学新能源控制中心赵治国教授等人提出的48 V系统加速助力模式下发动机扭矩决策的实时性能指标函数[2]：

式中，Q为描述加速助力模式中发动机扭矩相应能力的权重系数，R为描述加速助力模式中48 V BSG电机提供辅助扭矩持续时间的权重系数,这两个系数可由模糊控制器进行修正。T_lag(j)为发动机扭矩的滞后量，T_lag_max为反应发动机扭矩滞后量的最大值；T_err(j)是单步发动机扭矩与目标驾驶员扭矩误差。T_err_max为该误差的单步最大值[3]。

4 加速助力过程中的试验研究数据分析

4.1 加速助力过程排放分析

在加速测试的工况循环中，CO2排放量累计减少78.9 g，折算后油耗减少了3.58%。传统12 V系统车辆在加速过程中，一般来说，在控制策略上都进行喷油加浓，造成燃料浪费和排放问题。48 V弱混系统车辆在加速过程中，由48 V BSG电机提供一定的扭矩助力，控制节气开度，不需要进行喷油加浓处理，进而降低了油耗[5]。在NEDC工况循环下，车辆从0加速到70 km/h,由于BSG电机提供的扭住助力，48 V弱混系统车辆的瞬时油耗相比传统12 V系统车辆降低8%～12%。

4.2 加速性能测试及分析

图2 原车型从0～70 km/h的加速过程

图3 48 V型从0～70 km/h的加速过程

48 V弱混系统在加速过程中，由于48 V BSG电机增矩相应更迅速，更容易控制，可在短时间内达到最大输出功率，提供最大辅助扭矩，改善排放的同时增加了车辆的驾驶性，提高了车辆的加速性能[6]。

由图2与图3所示，传统12 V系统车型从0～70 km/h的加速时间为8.8 s，48 V弱混系统车型从0～70 km/h的加速时间为7.7 s，缩短1.1 s，时间减少12.5%。

传统12 V系统车型从0～70 km/h的加速时间为5.0 s，48 V弱混系统车型从0～70 km/h的加速时间为3.8 s，缩短1.2 s，时间减少24%。在电子油门踏板完全采下状态，传统12 V系统车型从60～90 km/h的加速时间为13.2 s，48 V弱混系统车型从60～90 km/h的加速时间为11.2 s，缩短了2 s，用时减少率为15.15%。

5 结束语

本章通过对48 V系统加速过程中，BSG电机扭矩助力模式关及分析，制定加速助力过程中扭矩协调优化策略。通过实车测试表明，相对于传统12 V系统，48 V系统由于BSG电机的介入，在加速阶段提供扭矩助力，弥补发动机由于不进行喷油加浓带来的不足，满足车辆车辆的加速需求，在加速过程中瞬时油耗更低，节油3.7%，减少CO2累计减少78.9 g,提升车辆在加速阶段的动力性能。