48V混合动力系统的介绍

48V混合动力系统以其出色的性价比，得到众多整车厂的青睐，纷纷立项开发。作为入门级的混合动力，48V系统可谓“麻雀虽小，五脏俱全”，在系统集成工作上的复杂程度与混动界的“大哥”们——深度混合动力（sHEV）以及插电式混合动力（PHEV）相比，一点儿都不逊色。各位看官可能要问，那48V系统集成都干点啥呢？

图1 第一代48V混合动力系统架构

各位稍安勿躁，在详述系统集成工作之前，我们要先了解下48V系统本身，请大家出门左转，公众号上之前发过一篇 ——《48V系统的前世今生》，从这篇介绍大家可以知道，作为混合动力系统中的一员，48V系统的功能十分丰富。“一个好汉十个帮”，每个功能的实现都离不开江湖上的兄弟们 —— 整车上其他子系统或部件的配合。这些“兄弟们”大体包括：

48V系统核心零部件—— 整车控制器，电机，电池和DC/DC等；

动力传动系统上其他相关子部件—— 发动机控制系统，变速箱控制系统，底盘和转向系统等；

车辆其他相关子系统—— 仪表显示，人机操作等。

我们要做48V系统集成，就是要让这些“兄弟们”在车上形成默契，密切配合，从而确保整车实现节油，减排以及给驾驶员带来新的驾驶体验等目标。

“默契”的第一步，是兄弟们都得上车，在车上有一席之地——即机械集成。像发动机，变速箱等这些混迹于车上多年的老兵油子自然不用管他们，但48V电机，48V电池和DC/DC等新兵蛋子，就要仔细考虑了。

48V电机要和发动机呆在一起，还得忍受其粗暴的脾气——恶劣的振动和热环境，因此电机安装位置，安装臂等都要细细考量。电机通过带轮和皮带帮助车辆加速或制动，挂在发动机的前端轮系上的各位兄弟们都与之瓜葛，因此前端轮系上每个部件的轴荷、寿命等需要重新计算和校核。皮带本身也要加强，皮带的小跟班——张紧轮，也要鸟枪换炮，升级为双向张紧轮。

图2 电机机械集成和发动机前端轮系

48V电池和DC/DC的机械集成相对简单，只要能够找到个合适的地方安身就可以了。当然，电池宝宝比较“娇气”，既怕冷又怕热，安身的地方环境不能太过恶劣。好在与HEV或PHEV上面的体积较大的高压电池兄弟相比，48V电池体积娇小，后备箱侧面、座椅下方等处都可以放得下。有些电池宝宝脾气不大好，爱放臭气（有排气措施的电池），最好还是不要将其放到驾驶舱，或者放驾驶舱但增加特别措施，否则一不小心“薰”到驾驶员和乘客大人们就不好了。

图3 48V电池和DCDC大小示意（在普通轿车后备箱中）

“默契”的第二步是兄弟们都得有吃有喝——即电气集成。作为电子电气部件，新兵蛋子们都需要从原车的12V供电系统中获得电能，即“吃好”。除此之外，要想48V电机和DC/DC好好干活，还得“喝好”，即从48V电池中获得48V电能。大家都要吃好喝好，但不能吃得浪费，也不能干扰别人吃不好，因此线束长度粗细，连接方式，分线盒，接地，电磁干扰等都是电气集成需要考虑的问题。

“默契”的第三步是兄弟们一起干活，总要有说有笑，心情方才愉悦——即通讯集成。车上混迹多年的老兵油子们，早已聚成几个小圈子，例如动力系统圈子（动力CAN网段），车身系统圈子（车身CAN网段）等，相互间交流也早已默契，新人来了不免尴尬。因此，一般的方案是新兵蛋子们组成独立的小圈子，既不干扰老东西们（考虑通信负载率），又没代沟（考虑功能相关性），说起话儿来满心欢喜。当然，圈子之间不能完全相互隔绝，48V子部件在自己小圈子内单独玩耍将一事无成。如何让“圈子”间有必要的交流，保障48V系统功能顺利实现，也是通信集成重点要考虑的问题。

图4 通讯集成方案

“默契”的第四步，也是最重要的一步，是兄弟们要在“大哥”的协调下分工合作， 48V系统才能顺利运转——即功能集成。

首先要选“大哥”，选大哥是件大事儿，草率不得。目前有几种可行的方案：一是请个外来的大哥，把新兵蛋子们和老兵油子们都管理起来，即独立HCU方案；二是在老兵油子中选个合适的当“大哥”，目前绝大多数的选择是发动机控制器ECU。方案二的好处不言而喻：省钱，因此该方案既是我们目前主推的方案，亦为市场上主流的方案；三是力捧新人，在新兵蛋子中选一个姿色、气质和实力俱佳的小兄弟，重点培养，成为大哥。所谓姿色，看其功能扩展潜力；所谓气质，看其在系统中位置和担当；所谓实力，看其混合动力核心控制策略成熟度。方案三符合未来整车电子电器架构向“域”整合和域内控制发展的大趋势，到底哪个小鲜肉能担此大任，尚需时日才见分晓。

图5 几种48V混合动力整车控制器方案

当然，无论哪个当了大哥，都要提升自我，超越以前工作范围，要用“硬实力”服众。所谓大哥的“硬实力”包括：

混合动力系统子部件集成和协调能力 —— 无论新兵蛋子还是老兵油子，每个兄弟都有其自己的“个性”和棱角，把他们召集到一起就不是件容易的事情。不管是开始干活或干完活休息（系统唤醒、休眠及上下电），还是干活过程中可能产生的摩擦（电能管理和扭矩协调），“大哥”都得八面玲珑，把各个环节管得井井有条。必要时，还得顺着兄弟们的脾气改变自己。

整车油耗优化的能力 —— 常言道巧妇难为无米之炊，对于48V系统，此话应改为巧妇难为“少米”之炊。所谓“少米”，是因为48V混动系统中的小兄弟们，与sHEV以及PHEV上那几个新人相比，“块头”小了许多（主要指电机的功率扭矩能力，详见《48V系统的前世今生》和《48V电机，你值得拥有》）。sHEV和PEHV上的“大哥”因为小弟们的能力出众，在节油策略方面自可大开大阖，做得粗放些。48V系统的“大哥”则需精打细算，有效利用好每一个小兄弟，将其能力用在“刀刃”上，才能将整车的节油做到令人满意。

整车排放优化的能力 —— 排放不同于油耗，后者是随时间累积的结果，前者则往往是一着不慎，满盘皆输。在发动机启动，催化器加热，高速大负荷 ，瞬态负荷变化等工况下，发动机一不小心就会大量释放出CO，NOX，PN等国家排放法规严令禁止的“不法分子”，令发动机兄弟头疼不已。作为“大哥”，在混合动力控制策略中，必须好好“照顾”这些不法分子，让他们遁于无形。

整车驾驶性提升的能力 —— 作为混合动力系统成员之一，48V系统自然不能仅仅在油耗、排放上显身手，在整车加速、制动等方面的驾驶感受上，也要带来一股清新之风。但驾驶性和油耗、排放等往往是鱼和熊掌，难以兼得。对于48V系统，如能利用有限的“米”煮出一锅好饭，色——油耗、香——排放、味——驾驶性，三者俱全，方显大哥实力。

在线诊断和故障响应能力 —— 兄弟们常年辛苦干活，难免有个头疼脑热（出故障）。轻则降额，出工不出力；重则失效，彻底趴窝。作为“大哥”，此时须指挥若定，或让兄弟们咬牙再坚持一会儿（Limphome），或让其他兄弟设法代替（单动力源工作），或干脆全体休息（Shut down）。各种响应方案要一应俱全，既保护兄弟们不要受到伤害，又要把对驾驶员和乘客大人们的影响降到最低。同时“大哥”还要具备一双慧眼，敏锐地观察兄弟们干活过程中的一举一动（系统合理性诊断），预判问题或将问题消灭在萌芽中。另外，国家新的排放法规对混合动力的系统和复杂零部件也提出了严苛要求（主要在OBD方面），作为“大哥”，自然要以身作则，高质量地实现OBD的各项要求。

实现系统功能安全目标 —— 48V系统麻雀虽小，出了意外仍会对驾驶员和乘客大人们造成严重伤害，因此安全问题不容小觑。完整的系统安全分析、对零部件深刻的理解、灵活系统安全方案、成熟的三层扭矩安全架构以及丰富的系统应用和验证经验，缺一不可，只有全面，才能让“大哥”在功能安全领域独领风骚。

“大哥”的硬实力要求如此之高，以至于在48V混动系统的江湖上，多少在sHEV或PHEV领域摸爬滚打多年的高手也不敢轻易挑战“大哥”之位，只愿甘做其中一名小弟，即电机、电池、DC/DC…..跟着“大哥”开疆拓土，也只有少数功力深厚的大师才有实力染指并坐稳此位。

其次，一个好汉三个帮，一个全能的“大哥”，也需要给力的“小弟”鼎力相助才能成就48V系统的宏图大业。功能集成的第二部分就是寻找或培养给力的“小弟”。对于新兵蛋子——电机、电池和DCDC等，一方面“大哥”需要寻找与之脾气相投，八字相合的“小弟”（功能配合成熟）；另一方面，对于尚不争气“小弟”，“大哥”也要适当提出要求，促其进步（系统集成相关的功能需求）。对于老兵油子——发动机，变速箱，底盘和转向等，“大哥”则需针对其脾气秉性，制定方案，适当调整。根据车辆系统配置而采取灵活多变的系统方案是功能集成最终获得成功的最重要因素。

图6 系统集成需要考虑的问题

总结48V混合动力的系统集成，就是大哥带着兄弟们，上车坐好，吃好喝好，说好聊好，合伙干好——即从机械集成，到电气集成，到通讯集成，最后实现系统功能。每一步不得逾越，不得马虎，更不得呆板应付。车辆配置变化万千，48V系统集成既要能做到以不变应万变（如核心控制算法的普遍适应性），又要能见招拆招，因车而异（如功能实现的多种方案和灵活的接口），才能最终保障节油，减排，提高驾驶性能等整车目标的顺利实现，才能够最终使得48V系统在混合动力技术中占有重要的一席之地。