CN101066674A - 混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，包括用于完成各种控制动作的功能层，对功能层信号的极值进行限制的限制层，对功能层信号进行检验的冗余监控层，以及检查各存储区及程序流是否正常工作的物理检查层。本发明通过采用上述四层结构，在对混合动力汽车扭矩输出进行控制的同时，还对各动力部件的工作状态进行监控，大大提高了混合动力汽车工作的安全性和可靠性。本发明还公开了一种混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统，包括发动机控制器模块、多能源控制器模块和电机控制器模块等，其保留了发动机控制器模块中已经很成熟的扭矩监控和故障处理模块，当电机控制系统发生故障时，可以将混合动力汽车切换为传统汽车运行，从而提高了混合动力汽车的运行可靠性。

Description

混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构及系统

技术领域

本发明涉及一种混合动力汽车的扭矩控制系统架构，尤其是一种混合动力汽车具有安全监控功能的扭矩控制系统架构；本发明还涉及一种混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统。

背景技术

能源危机和环境恶化是当今影响全球发展的两个重大问题，研发节能、低排放的汽车能够有效缓解能源压力和改善环境质量。混合动力汽车具有低油耗、低排放、长行驶里程、技术成熟等优点，是目前最切实可行、可批量生产的节能汽车。

混合动力汽车将发动机、电机、能量储存装置(蓄电池)组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制，可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，避免各自的不足。

混合动力汽车主要通过以下功能达到提高燃油经济性和降低排放的目标：

发动机运行于高效和低排放区：在发动机工作时，可以通过功率辅助或主动充电方式调节发动机的工作点，使得发动机工作于高效区附近。

通过电机功率辅助，可以选择小功率的发动机，从而提高发动机的工作效率、降低质量。

减速或制动时的能量回收，将汽车的动能转换为电能存入蓄电池。这些电能可以用来驱动车辆运行。

以上功能由混合动力汽车动力总成控制系统完成。该控制系统采集驾驶员的踏板请求信号、电池SOC、车辆行驶路况和其它与车辆运行相关的参数，将驾驶员的踏板需求转换为对离合器端和车轮端的扭矩需求，并根据多能源控制策略将这些扭矩需求在发动机、电动机、发电机、自动变速系统和刹车系统之间分配，使得在离合器端和车轮端输出的实际扭矩输出符合驾驶员的需求，优化混合动力汽车的油耗和排放，提高驾驶舒适性。

目前，关于混合动力汽车动力总成控制系统设计的研究很多。但是，这些设计研究要么开发成本较高，要么不能对混合动力汽车进行安全可靠的扭矩控制，存在以下缺点：

一些混合动力汽车动力总成控制系统设计的研究单位由于缺乏相关的发动机控制系统的知识和设计经验，不能对发动机进行较准确的扭矩控制，也就很难对整个混合动力汽车动力总成进行较准确的扭矩控制，更不能设计基于扭矩控制结构的安全监控和故障处理系统；

一些混合动力汽车动力总成控制系统设计的研究单位具有发动机控制器模块的设计经验，但是它们采用的方法是将发动机作为混合动力汽车多能源控制器的从属控制器，不再使用一些发动机控制器模块中已有的关于动力总成控制的模块，而在多能源控制器中重新设计类似模块，同时对发动机控制器模块进行了较大改动。这种开发方式的周期较长，成本很高，而且不便于混合动力汽车的变型设计。

大部分混合动力汽车动力总成控制系统设计的研究主要集中于控制系统的功能开发，还没有涉及到安全监控和故障处理系统设计领域。而混合动力汽车扭矩安全监控和故障处理系统是保证混合动力汽车安全运行，满足各项法规，达到批量生产要求的必要组件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构及系统，能够在对混合动力汽车进行扭矩控制的同时，还对所述扭矩控制进行安全监控，使混合动力汽车能够安全运行。

为解决上述技术问题，本发明混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构的技术方案是，包括，

功能层，产生混合动力汽车动力总成的各种控制信号，包括驾驶员需求模块、扭矩分配模块、发动机扭矩控制模块和电机扭矩控制模块，所述驾驶员需求模块接收驾驶员动力需求信号，将所述驾驶员动力需求信号转化为驾驶员扭矩需求信号，然后将所述驾驶员扭矩需求信号传送至所述扭矩分配模块，所述扭矩分配模块将所述驾驶员扭矩需求信号转化为发动机扭矩需求信号和电机扭矩需求信号，并分别传送给发动机扭矩控制模块和电机扭矩控制模块，所述发动机扭矩控制模块根据所述发动机扭矩需求信号，控制发动机工作，提供与所述发动机扭矩需求信号相符合的扭矩输出，所述电机扭矩控制模块根据所述电机扭矩需求信号，控制电机工作，提供与所述电机扭矩需求信号相符合的扭矩输出；

限制层，根据功能层各模块的输入信号，计算各模块的最大允许输出，限制功能层的各模块的输出信号的最大输出值，保证混合动力汽车控制系统安全运行；

冗余监控层，采用与功能层和限制层不同的控制算法，根据功能层各模块所控制部件的工作信息计算该模块的冗余输出值，并将该冗余输出值和功能层该模块所控制部件的实际输出进行比较，如果所述冗余输出值与所述输出的差值超过一定阈值，就表明在混合动力汽车控制系统中出现了故障，将调用相应的故障处理模块，并通过硬件方式关断相关控制器的驱动级；

物理检查层，检查各模块存储区是否工作正常，以及检查各模块的程序流是否工作正常。

本发明混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的技术方案是，包括发动机控制器模块，多能源控制器模块，电池控制器模块，电机控制器模块和刹车控制器模块，加速踏板信号输入至所述发动机控制器模块，所述发动机控制器模块根据所述加速踏板信号换算出加速需求信号，并将所述加速需求信号和最大允许发动机扭矩信号传送给所述多能源控制器模块，刹车踏板信号同时输入至所述多能源控制器模块，所述多能源控制器模块根据所述加速需求信号、最大发动机扭矩信号、刹车踏板信号以及电机最大驱动扭矩和电机最大发电扭矩进行换算，得到驾驶员扭矩需求信号，之后将所述驾驶员扭矩需求信号传送到所述多能源控制器模块中的扭矩分配模块，所述电池控制器模块将电池的荷电状态信号同时传送至扭矩分配模块，所述扭矩分配模块根据发动机工作效率图、电机工作效率图、当前车辆运行状态和所述电池荷电状态信号，将所述滤波后的驾驶员扭矩需求信号转化成发动机扭矩需求信号、电机扭矩需求信号和刹车扭矩需求信号，所述多能源控制器模块将所述发动机扭矩需求信号传递给所述发动机控制器模块，将所述电机扭矩需求信号传递给所述电机控制器模块，将所述刹车扭矩需求信号传递给所述刹车控制器模块。

本发明通过采用功能层、限制层、冗余监控层和物理检查层的四层结构，在对混合动力汽车扭矩输出进行控制的同时，还对各动力部件的工作状态进行监控，大大提高了混合动力汽车工作的安全性和可靠性。同时，本发明尽量保留发动机管理系统中已有很成熟的关于动力总成扭矩控制安全监控模块，降低了成本，提高了系统的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构的示意图；

图2为本发明混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的示意图。

具体实施方式

本发明混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构可参见图1所示，包括，

功能层，产生混合动力汽车动力总成的各种控制信号，包括驾驶员需求模块、扭矩分配模块、发动机扭矩控制模块和电机扭矩控制模块，所述驾驶员需求模块接收驾驶员动力需求信号，将所述驾驶员动力需求信号转化为驾驶员扭矩需求信号，然后将所述驾驶员扭矩需求信号传送至所述扭矩分配模块，所述扭矩分配模块将所述驾驶员扭矩需求信号转化为发动机扭矩需求信号和电机扭矩需求信号，并分别传送给发动机扭矩控制模块和电机扭矩控制模块，所述发动机扭矩控制模块根据所述发动机扭矩需求信号，控制发动机工作，提供与所述发动机扭矩需求信号相符合的扭矩输出，所述电机扭矩控制模块根据所述电机扭矩需求信号，控制电机工作，提供与所述电机扭矩需求信号相符合的扭矩输出；

限制层，根据功能层各模块的输入信号，计算各模块的最大允许输出，限制功能层的各模块的输出信号的最大输出值，保证混合动力汽车控制系统安全运行；

冗余监控层，采用与功能层和限制层不同的控制算法，根据功能层各模块所控制部件的工作信息计算该模块的冗余输出值，并将该冗余输出值和功能层该模块所控制部件的实际输出进行比较，如果所述冗余输出值与所述输出的差值超过一定阈值，就表明在混合动力汽车控制系统中出现了故障，将调用相应的故障处理模块，并通过硬件方式关断相关控制器的驱动级；

物理检查层，检查各模块存储区是否工作正常，以及检查各模块的程序流是否工作正常。

所述功能层的驾驶员动力需求信号包括加速踏板传感器和刹车踏板传感器发出的信号。

所述功能层的驾驶员动力需求信号还包括巡航控制器模块发出的信号。

所述功能层的驾驶员动力需求信号还包括驾驶模式选择器模块发出的信号。驾驶模式选择器的模式可分为市区模式、市郊模式、赛车型模式及舒适性模式等。当处于市区模式时，混合动力汽车的车速波动很大，怠速停车较多，在怠速时为了节约油耗，需要关闭发动机，因此混合动力汽车的扭矩分配需要重点保持一定电池电量，保证发动机能够被起动，当处于市郊模式时，混合动力汽车车速处于稳定高速，发动机运行于高效率区，可以单独驱动车辆运行，当处于赛车型模式，混合动力汽车在驾驶性滤波时重点考虑车辆运行的动力性，当处于舒适性模式，混合动力汽车在驾驶性滤波时重点考虑车辆运行的舒适性。

所述功能层还包括驾驶性滤波模块，所述驾驶员扭矩需求信号从所述驾驶员需求模块输出后，经过所述驾驶性滤波模块滤波，然后被输入至所述扭矩分配模块。

所述限制层包括驾驶员需求限制模块，扭矩分配限制模块，发动机扭矩限制模块和电机扭矩限制模块。这些限制模块都与所述功能层的各模块相对应，并且限制功能层的各模块信号的输出。

所述冗余监控层包括驾驶员需求监控模块，扭矩分配监控模块，发动机扭矩控制监控模块和电机扭矩控制监控模块。

所述电机扭矩控制监控模块可以被替换为混合动力扭矩控制监控模块。混合动力汽车扭矩的输出实际是发动机扭矩输出与电机扭矩输出的总和，因此在驾驶员需求模块、扭矩分配模块和发动机扭矩控制模块被监控的情况之下，无论是监控电机扭矩控制模块，还是监控发动机与电机的总扭矩控制模块，都可以保证混合动力汽车的动力总成扭矩控制得到有效监控。

所述冗余监控层还可以是包括驾驶员需求监控模块，扭矩分配监控模块和发动机扭矩控制监控模块，并且同时包含有电机扭矩控制监控模块和混合动力扭矩控制监控模块，对混合动力汽车的扭矩输出进行全面的监控。

所述冗余监控层只监控所述限制层的最大允许输出值，从而使得整个安全监控系统更加可靠。

对于所述驾驶员需求监控模块和扭矩分配监控模块，它们都是采集功能层或者限制层相应模块输入信号，然后监控其输出信号；而所述发动机扭矩控制监控模块，其采集发动机实际运行的空气量，点火角和燃油消耗量，并根据这些参数计算出发动机实际输出扭矩，再将所述发动机扭矩控制值与发动机实际输出扭矩进行比较，如果差值大于系统设定的阈值时，所述发动机扭矩控制监控模块向相应的故障处理模块报错。所述电机扭矩控制监控模块采集电机的电压，电流，温度和转速信号，并根据这些参数计算电机当前实际输出扭矩，再将所述电机扭矩控制值与所述电机实际输出扭矩进行比较，如果差值大于系统设定的阈值时，所述电机扭矩控制监控模块向相应的故障处理模块报错。对于混合动力扭矩控制监控模块，可以根据上述发动机和电机的各种工作信息对混合动力汽车输出的总扭矩进行监控。

所述冗余监控层和物理检查层具有单独的物理控制线，当检测到有关故障发生时关断有关控制器的驱动级输出，并关断有关数据通信发送端口。

如图1所示，驾驶员动力需求信号，包括加速踏板传感器信号、刹车踏板传感器的信号、巡航控制器模块的信号以及驾驶模式选择器的信号输入到所述功能层的驾驶员需求模块，所述驾驶员需求模块将驾驶员动力需求信号转化为驾驶员扭矩需求信号，同时所述限制层的驾驶员需求限制模块根据所述驾驶员需求模块，计算出最大允许驾驶员扭矩需求，并对所述驾驶员需求模块输出的驾驶员扭矩需求信号进行限制，即当所述驾驶员需求模块输出的驾驶员扭矩需求信号超过所述限制层的驾驶员需求限制模块的最大允许驾驶员扭矩需求时，将所述限制层的驾驶员需求限制模块的最大允许驾驶员扭矩需求作为驾驶员扭矩需求信号输出，当所述驾驶员需求模块输出的驾驶员扭矩需求信号没有超过所述限制层的驾驶员需求限制模块的最大允许驾驶员扭矩需求时，驾驶员扭矩需求信号的输出值还是驾驶员需求转化模块的输出值。然后，所述驾驶员扭矩需求信号被所述冗余监控层的驾驶员需求监控模块所采集，所述驾驶员需求监控模块根据驾驶员动力需求信号采用与功能层不同的算法计算驾驶员扭矩需求值，并且以该值与所述驾驶员扭矩需求信号相比较，当所述驾驶员需求监控模块的驾驶员扭矩需求值与所述驾驶员扭矩需求信号的差值大于系统设定的阈值时，所述驾驶员需求监控模块向相应的故障处理模块报错。

所述发动机控制器模块已有的加速踏板诊断和监控模块可以作为所述加速踏板限制模块和监控模块。所述发动机控制器模块中已有的巡航控制诊断和监控模块也可以作为所述巡航控制的限制模块和诊断模块。

之后，所述驾驶员扭矩需求信号被传送至所述扭矩分配模块，所述扭矩分配模块根据电池的荷电状态、档位、发动机工作效率图、电机工作效率图以及当前车辆运行状态，将所述驾驶员扭矩需求信号在发动机和电机之间分配，向所述发动机扭矩控制模块发送发动机扭矩需求信号，向所述电机扭矩控制模块发送电机扭矩需求信号。同时，所述限制层的扭矩分配限制模块根据所述驾驶员扭矩需求信号，计算出最大允许扭矩分配值，然后对所述发动机扭矩需求信号和电机扭矩需求信号进行限制。所述发动机扭矩需求信号和电机扭矩需求信号被所述冗余监控层的扭矩分配监控模块采集，所述扭矩分配监控模块根据所述驾驶员扭矩需求信号计算出扭矩分配值，该扭矩分配值可以包含发动机扭矩分配值和电机扭矩分配值，然后将扭矩分配值分别与所述发动机扭矩需求信号和电机扭矩需求信号进行比较，当比较后的差值大于系统设定的阈值时，所述扭矩分配监控模块向相应的故障处理模块报错。

所述发动机扭矩控制模块收到所述发动机扭矩需求信号之后，向发动机发出发动机控制信号，所述限制层的发动机扭矩限制模块根据所述发动机扭矩需求信号，计算最大允许发动机扭矩的值，然后对所述发动机控制信号进行限制。所述冗余监控层的发动机扭矩控制监控模块采集发动机实际运行的空气量，点火角和燃油消耗量，并根据这些参数计算出发动机实际输出扭矩，再将所述发动机扭矩控制值与发动机实际输出扭矩进行比较，如果差值大于系统设定的阈值时，所述发动机扭矩控制监控模块向相应的故障处理模块报错。

所述发动机控制器模块已有的发动机扭矩控制诊断和监控模块将作为所述发动机扭矩限制模块和监控模块。

所述电机扭矩控制模块收到所述电机扭矩需求信号之后，向电机发出电机控制信号，所述限制层的电机扭矩限制模块根据所述电机扭矩需求信号，计算最大允许电机扭矩的值，然后对所述电机控制信号进行限制。所述冗余监控层的电机扭矩控制监控模块采集电机的电压，电流，温度和转速信号，并根据这些参数计算电机当前实际输出扭矩，再将所述电机扭矩控制值与所述电机实际输出扭矩进行比较，如果差值大于系统设定的阈值时，所述电机扭矩控制监控模块向相应的故障处理模块报错。

所述物理检查层以问答的方式，实时监测存储区和程序流是否工作正常，如果发生异常，物理检查层的监控控制器或电路就向相应的故障处理模块报错。

所述故障处理模块在接到报错信息之后，可以通过硬件线路关断相关的发动机控制器驱动级或者电机控制器驱动级，从而防止危险事故的发生。

本发明混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，便于混合动力汽车的变型设计。该设计模式可以同时支持传统汽车、轻度混合动力汽车和强混合动力汽车的扭矩安全监控和故障处理系统设计，最终达到在一条生产线上既可以生产传统汽车，也可以生产混合动力汽车的目标，从而充分利用现有的生产设备，降低混合动力汽车生产和维护环节的成本。

本发明还提供了一种采用上述混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统架构的安全监控系统，如图2所示，包括发动机控制器模块，多能源控制器模块，电池控制器模块，电机控制器模块和刹车控制器模块，加速踏板信号输入至所述发动机控制器模块，所述发动机控制器模块根据所述加速踏板信号换算出加速需求信号，并将所述加速需求信号和最大允许发动机扭矩信号传送给所述多能源控制器模块，刹车踏板信号同时输入至所述多能源控制器模块，所述多能源控制器模块根据所述加速需求信号、最大发动机扭矩信号、刹车踏板信号以及电机最大驱动扭矩和电机最大发电扭矩进行换算，得到驾驶员扭矩需求信号，之后将所述驾驶员扭矩需求信号传送到所述多能源控制器模块中的扭矩分配模块，所述电池控制器模块将电池的荷电状态信号同时传送至扭矩分配模块，所述扭矩分配模块根据发动机工作效率图、电机工作效率图、当前车辆运行状态和所述电池荷电状态信号，将所述滤波后的驾驶员扭矩需求信号转化成发动机扭矩需求信号、电机扭矩需求信号和刹车扭矩需求信号，所述多能源控制器模块将所述发动机扭矩需求信号传递给所述发动机控制器模块，将所述电机扭矩需求信号传递给所述电机控制器模块，将所述刹车扭矩需求信号传递给所述刹车控制器模块。

所述发动机控制器模块还接收巡航控制信号，所述发动机控制器模块根据所述加速踏板信号和巡航控制信号换算出加速需求信号。

所述多能源控制器模块还接收驾驶模式选择信号，所述多能源控制器模块根据所述加速需求信号、最大发动机扭矩信号、刹车踏板信号、电机最大驱动扭矩、电机最大发电扭矩和所述驾驶模式选择信号进行换算，得到驾驶员扭矩需求信号。

本发明混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统还包括换档控制器模块，所述换档控制器模块将档位信号传送至所述扭矩分配模块，所述扭矩分配模块根据所述电池荷电状态信号、发动机工作效率图、电机工作效率图、当前车辆运行状态和所述档位信号，将驾驶员的扭矩需求信号转化成发动机扭矩需求信号、电机扭矩需求信号和刹车扭矩需求信号。

所述换档控制器模块为自动变速换档控制器模块，所述多能源控制器模块进行换算还得到档位需求信号，并将所述档位需求信号传送至所述换档控制器模块。

对于手动档的汽车，换档控制器仅将当前的档位信号传送至所述多能源控制器模块，所述多能源控制器模块只根据当前的档位进行扭矩分配。

对于部分手动档的汽车，也可以没有所述换档控制器，所述档位信号根据车速和发动机转速换算得到。

所述发动机控制器模块和多能源控制器模块通过串联数据通讯线交互控制信号。

所述发动机控制器模块，电池控制器模块，电机控制器模块和刹车控制器模块并联至故障握手线，所述故障握手线另一端连接至所述多能源控制器模块。当故障发生时，所述多能源控制器模块通过所述故障握手线关断有关控制器的驱动级和通讯发送端口。所述故障握手线是一种硬件连接线，直接接入控制器的端口。

所述换档控制器模块也通过故障握手线和多能源控制器模块相连，报告故障状态，并接收从所述多能源控制器模块发送的故障处理命令。

所述发动机控制器模块中包括扭矩选择模块，所述扭矩选择模块既接收来自于所述发动机控制器的所述加速需求信号，同时也接收来自于所述多能源控制器模块的发动机扭矩需求信号，当电机系统工作正常时，所述扭矩选择模块根据来自于所述多能源控制器模块的发动机扭矩需求信号控制发动机输出扭矩；当电机系统发生故障不能正常工作时，所述扭矩选择模块根据来自于所述发动机控制器的所述加速需求信号，控制发动机输出扭矩。

所述多能源控制器模块中包括驾驶性滤波模块。所述驾驶性滤波模块对所述驾驶员扭矩需求信号进行滤波处理，得到满足驾驶舒适性要求的驾驶员扭矩需求信号。

在本发明混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统中，发动机控制器模块、多能源控制器模块以及电机控制器模块采用了包含功能层、限制层、冗余监控层和物理检查层的四层架构，发动机控制器模块所接收的加速踏板信号就是驾驶员动力需求信号，经过发动机控制器模块处理，产生加速需求信号，而最大发动机扭矩信号由限制层的驾驶员扭矩限制模块产生。所述加速需求信号是根据加速踏板的角度换算得到的加速踏板行程百分比信号。刹车踏板信号直接接入所述多能源控制器模块，反映驾驶员刹车需求。所述多能源控制器模块在收到所述加速需求信号和所述刹车需求信号后，根据发动机最大输出扭矩，电机最大驱动扭矩和电机最大发电扭矩，将所述加速需求信号和所述刹车需求信号转化成驾驶员扭矩需求信号，所述发动机控制器模块的限制层和冗余监控层对加速需求信号进行限制和监控，所述多能源控制模块的限制层和冗余监控层对刹车需求信号进行限制和监控。然后，驾驶员扭矩需求信号由多能源控制器模块进行扭矩分配，生成的发动机扭矩需求信号与电机扭矩需求信号同样经过多能源控制器模块的限制层扭矩分配限制模块和冗余监控层扭矩分配监控模块进行限制和检测。之后，发动机扭矩需求信号被传送至所述发动机控制器模块，所述发动机控制器模块对发动机发出发动机控制信号，所述发动机控制器模块的限制层发动机扭矩限制模块和冗余监控层的发动机扭矩监控模块对发动机控制信号进行限制和检测；同时，电机扭矩需求信号被传送至所述电机控制器模块，所述电机控制器模块对电机发出电机控制信号，所述电机控制器模块的限制层电机扭矩限制模块和冗余监控层电机扭矩监控模块对电机控制信号进行限制和检测。当发生故障时，故障握手线将通知故障处理模块，并且进行相应的故障处理动作。

如图2所示，混合动力汽车的动力总成包括发动机、电机、变速箱、离合器和驱动轴等，发动机通过离合器1与电机相连，电机再通过离合器2与变速箱相连，变速箱通过驱动轴将动力输出到车轮，从而带动汽车运行。发动机需要消耗汽油，因此需要油箱对发动机供油，而电机通过一个逆变器与电池相连接。当电机处于驱动状态时，所述逆变器将电池中的电能传送到电机，提供电机驱动的能量，当电机处于发电状态时，将电机发电产生的电能传送到电池存储。混合动力汽车运行时，可以由发动机单独驱动车辆，也可以由电机提供功率辅助或者发电给电池充电。当汽车减速时，逆变器切换为充电状态，电机作为一个发电机来使用，将车轮的动能转化为电能，并存储到电池中。当汽车需要急剧减速或急刹车时，刹车系统会控制刹车片直接对车轮采取刹车动作。

传统汽车的发动机控制器模块已经具有非常成熟的扭矩安全监控和故障处理系统，主要包括：加速踏板信号监控、巡航控制监控、MSR干涉监控、自动变速器干涉监控和与发动机扭矩控制相关监控系统(扭矩控制监控、节气门监控、空气负载监控、点火角监控等)。当这些监控模块检查到故障时，会调用相应的故障处理模块，并通过硬件关断相应的控制器驱动级输出。这些监控模块是传统汽车安全可靠运行的基础，其有效性在传统汽车多年安全可靠运行中得到证明。

在混合动力汽车中，发动机控制器模块不再是动力总成控制器。新的多能源控制器将承担对整个混合动力汽车动力总成系统进行控制的责任，包括安全监控和故障处理。本发明借用已有发动机控制器模块被证明可靠的设计模式和实施经验，尽可能保留现有发动机控制器模块的扭矩安全监控和故障处理模块，从而将发动机控制器模块的成功设计经验推广到混合动力汽车动力总成控制系统设计中。

在驾驶员踩下油门的时候，发动机控制器模块会收到加速踏板信号，而当驾驶员松开油门，发动机控制器模块所收到的加速踏板信号会中断。如果驾驶员油门踩的比较突然，发动机控制器模块会控制发动机短时间内输出较大的扭矩，使得汽车突然启动或加速；如果驾驶员油门又突然松开，发动机控制器模块会控制发动机短时间内使输出扭矩剧烈降低，使得汽车突然减速，这样都会造成汽车的抖动，而使得汽车的舒适性大大降低。为了解决这个问题，现有的发动机控制器模块中大都设置有驾驶性滤波模块，该驾驶性滤波模块对加速踏板信号进行滤波，在收到加速踏板信号之后，发动机控制器模块会控制发动机扭矩输出的增加比较平缓，而当加速踏板信号中断后，发动机控制器模块会控制发动机扭矩的输出慢慢的降低，从而使得汽车在加速或减速的过程中不会发生剧烈的抖动。

在本发明的发动机控制器模块中，保留了原有的驾驶性滤波模块，如图2中所示的驾驶性滤波1。该驾驶性滤波模块会控制发动机的扭矩输出更加平稳。但是，由于混合动力汽车除发动机外，还有电机作为动力源，因此，在多能源控制器模块中，还包含有一个驾驶性滤波模块，如图2中所示的驾驶性滤波2。该驾驶性滤波模块会使驾驶员扭矩需求信号的变化更加平滑，在使发动机输出扭矩变化更平缓的同时，使电机输出扭矩的变化也更加平缓。

综上所述，本发明混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统，对现有的发动机控制器模块改动较少，减少了发动机控制器模块针对混合动力汽车特征的开发工作量；保留了发动机控制器模块中已经很成熟的扭矩监控和故障处理模块，避免在混合动力汽车多能源控制器中再设计一个类似的模块，从而减少了混合动力汽车动力总成控制系统的开发工作量，提高了可靠性；当电机控制系统发生故障时，本发明可以将混合动力汽车切换为传统汽车运行，从而提高了混合动力汽车的运行可靠性。

Claims (21)

1.一种混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，其特征在于，包括，

功能层，产生混合动力汽车动力总成的各种控制信号，包括驾驶员需求模块、扭矩分配模块、发动机扭矩控制模块和电机扭矩控制模块，所述驾驶员需求模块接收驾驶员动力需求信号，将所述驾驶员动力需求信号转化为驾驶员扭矩需求信号，然后将所述驾驶员扭矩需求信号传送至所述扭矩分配模块，所述扭矩分配模块将所述驾驶员扭矩需求信号转化为发动机扭矩需求信号和电机扭矩需求信号，并分别传送给发动机扭矩控制模块和电机扭矩控制模块，所述发动机扭矩控制模块根据所述发动机扭矩需求信号，控制发动机工作，提供与所述发动机扭矩需求信号相符合的扭矩输出，所述电机扭矩控制模块根据所述电机扭矩需求信号，控制电机工作，提供与所述电机扭矩需求信号相符合的扭矩输出；

限制层，根据功能层各模块的输入信号，计算各模块的最大允许输出，限制功能层的各模块的输出信号的最大输出值，保证混合动力汽车控制系统安全运行；

冗余监控层，采用与功能层和限制层不同的控制算法，根据功能层各模块所控制部件的工作信息计算该模块的冗余输出值，并将该冗余输出值和功能层该模块所控制部件的实际输出进行比较，如果所述冗余输出值与所述输出的差值超过一定阈值，就表明在混合动力汽车控制系统中出现了故障，将调用相应的故障处理模块，并通过硬件方式关断相关控制器的驱动级；

物理检查层，检查各模块存储区是否工作正常，以及检查各模块的程序流是否工作正常。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，其特征在于，所述功能层的驾驶员动力需求信号包括加速踏板传感器和刹车踏板传感器发出的信号。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，其特征在于，所述功能层的驾驶员动力需求信号还包括巡航控制器模块发出的信号。

4.根据权利要求2所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，其特征在于，所述功能层的驾驶员动力需求信号还包括驾驶模式选择器模块发出的信号。

5.根据权利要求1所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，其特征在于，所述功能层还包括驾驶性滤波模块，所述驾驶员扭矩需求信号从所述驾驶员需求模块输出后，经过所述驾驶性滤波模块滤波，然后被输入至所述扭矩分配模块。

6.根据权利要求1所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，其特征在于，所述限制层包括驾驶员需求限制模块，扭矩分配限制模块，发动机扭矩限制模块和电机扭矩限制模块。

7.根据权利要求1所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，其特征在于，所述冗余监控层包括驾驶员需求监控模块，扭矩分配监控模块，发动机扭矩控制监控模块和电机扭矩控制监控模块。

8.根据权利要求1所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，其特征在于，所述冗余监控层包括驾驶员需求监控模块，扭矩分配监控模块，发动机扭矩控制监控模块和混合动力扭矩控制监控模块。

9.根据权利要求1所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，其特征在于，所述冗余监控层包括驾驶员需求监控模块，扭矩分配监控模块，发动机扭矩控制监控模块，电机扭矩控制监控模块和混合动力扭矩控制监控模块。

10.根据权利要求1所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，其特征在于，所述冗余监控层只监控所述限制层的最大允许输出值。

11.根据权利要求1所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统的架构，其特征在于，所述冗余监控层和物理检查层具有单独的物理控制线，当检测到有关故障发生时关断有关控制器的驱动级输出，并关断有关数据通信发送端口。

12.一种采用如权利要求1所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统架构的系统，其特征在于，包括发动机控制器模块，多能源控制器模块，电池控制器模块，电机控制器模块和刹车控制器模块，加速踏板信号输入至所述发动机控制器模块，所述发动机控制器模块根据所述加速踏板信号换算出加速需求信号，并将所述加速需求信号和最大允许发动机扭矩信号传送给所述多能源控制器模块，刹车踏板信号同时输入至所述多能源控制器模块，所述多能源控制器模块根据所述加速需求信号、最大发动机扭矩信号、刹车踏板信号以及电机最大驱动扭矩和电机最大发电扭矩进行换算，得到驾驶员扭矩需求信号，之后将所述驾驶员扭矩需求信号传送到所述多能源控制器模块中的扭矩分配模块，所述电池控制器模块将电池的荷电状态信号同时传送至扭矩分配模块，所述扭矩分配模块根据发动机工作效率图、电机工作效率图、当前车辆运行状态和所述电池荷电状态信号，将所述滤波后的驾驶员扭矩需求信号转化成发动机扭矩需求信号、电机扭矩需求信号和刹车扭矩需求信号，所述多能源控制器模块将所述发动机扭矩需求信号传递给所述发动机控制器模块，将所述电机扭矩需求信号传递给所述电机控制器模块，将所述刹车扭矩需求信号传递给所述刹车控制器模块。

13.根据权利要求12所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统，其特征在于，所述发动机控制器模块还接收巡航控制信号，所述发动机控制器模块根据所述加速踏板信号和巡航控制信号换算出加速需求信号。

14.根据权利要求12所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统，其特征在于，所述多能源控制器模块还接收驾驶模式选择信号，所述多能源控制器模块根据所述加速需求信号、最大发动机扭矩信号、刹车踏板信号、电机最大驱动扭矩、电机最大发电扭矩和所述驾驶模式选择信号进行换算，得到驾驶员扭矩需求信号。

15.根据权利要求12所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统，其特征在于，还包括换档控制器模块，所述换档控制器模块将档位信号传送至所述扭矩分配模块，所述扭矩分配模块根据所述电池荷电状态信号、发动机工作效率图、电机工作效率图、当前车辆运行状态和所述档位信号，将驾驶员的扭矩需求信号转化成发动机扭矩需求信号、电机扭矩需求信号和刹车扭矩需求信号。

16.根据权利要求15所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统，其特征在于，所述换档控制器模块为自动变速换档控制器模块，所述多能源控制器模块进行换算还得到档位需求信号，并将所述档位需求信号传送至所述换档控制器模块。

17.根据权利要求12所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统，其特征在于，所述发动机控制器模块和多能源控制器模块通过串联数据通讯线交互控制信号。

18.根据权利要求12所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统，其特征在于，所述发动机控制器模块，电池控制器模块，电机控制器模块和刹车控制器模块并联至故障握手线，所述故障握手线另一端连接至所述多能源控制器模块。

19.根据权利要求18所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统，其特征在于，所述换档控制器模块并联至所述故障握手线。

20.根据权利要求12所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统，其特征在于，所述发动机控制器模块中包括扭矩选择模块，所述扭矩选择模块既接收来自于所述发动机控制器的所述加速需求信号，同时也接收来自于所述多能源控制器模块的发动机扭矩需求信号，当电机系统工作正常时，所述扭矩选择模块根据来自于所述多能源控制器模块的发动机扭矩需求信号控制发动机输出扭矩；当电机系统发生故障不能正常工作时，所述扭矩选择模块根据来自于所述发动机控制器的所述加速需求信号，控制发动机输出扭矩。

21.根据权利要求12所述的混合动力汽车的扭矩控制安全监控系统，其特征在于，所述多能源控制器模块中包括驾驶性滤波模块，所述驾驶员扭矩需求信号经驾驶性滤波模块滤波后，传送到所述扭矩分配模块。

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