CN101161499A - 一种混合动力电机工作模式控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合动力电机工作模式控制方法，混合动力整车控制单元HCU包括电机管理模块，电机控制单元MCU，输入模式管理模块的模式信号有快速起停的请求、辅助驱动的请求、再生制动及发电请求、怠速请求，以及当前的电机状态；故障检测模块进行故障管理时接受的信号有系统保护的要求信号、系统故障信号及当前电机的状态；输出的信号主要有请求的模式、扭矩及速度。本发明中混合动力整车控制单元HCU监测和管理发动机和电机的工作模式，从而达到较传统车更优化的能量管理，确定在何时采用何种工作模式最为合理，确保电机工作模式的平稳切换。
Description
技术领域
本发明属于混合动力汽车控制领域，实现了混合动力汽车整车控制单元对电机工作模式的控制。
背景技术
能源危机和环境恶化是制约全球发展的重要因素，研究节能、环保的汽车是缓解能源压力、降低环境污染的有效手段之一。混合动力汽车兼顾了内燃机汽车和纯电动汽车的优点，具有低油耗、低排放、长行驶里程等优点，是当前切实可行的一种方案。
由于并联式混合动力具有两个动力源，发动机和电机，混合动力整车控制器(HCU)需要根据当前汽车运行状态，进行工作模式判定，然后分别向发动机和电机发出动力和模式请求，发动机和电机控制单元根据HCU的命令分别控制其动力源以满足整车的需求。HCU对电机工作模式的准确判断和控制将直接影响到混合动力汽车的性能。
在公开号为CN1555991的专利中，提到了将电机与发动机同轴并联的混合动力方案，其中的电机是将发电和电动功能集成在一起的ISG电机。该方案具有快速起停、辅助驱动及再生制动等功能，为了实现这些功能，HCU向电机发出的动力请求可能是速度值，可能是电动扭矩值，也有可能是发电的扭矩值。电机控制器本身只能控制电机的运动，很难实现对整车状态的监测，因此无法确定在什么时候采用何种工作模式，同时无法保证电机工作模式的平稳切换。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力电机工作模式控制方法，特别适合中度混合的并联式混合动力车，通过对整车状态的监测，确定在什么时候采用何种工作模式，确保电机工作模式的平稳切换。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种混合动力电机工作模式控制方法，其特征在于：混合动力整车控制单元HCU包括电机管理模块，电机管理模块主要包括模式管理模块、故障检测模块、最终模式处理和扭矩平滑处理模块；电机控制单元MCU接受混合动力整车控制单元HCU的控制信号，并直接控制电机；输入模式管理模块的模式信号有快速起停的请求、辅助驱动的请求、再生制动及发电请求、怠速请求，以及当前的电机状态；故障检测模块进行故障管理时接受的信号有系统保护的要求信号、系统故障信号及当前电机的状态；输出的信号主要有请求的模式、扭矩及速度。
本发明中，混合动力汽车为单轴并联式混合动力汽车，发动机与电机采用同轴布置，电机可工作在发电模式、电动模式、零扭矩模式及怠速模式四种情况，当出现故障时电机会进入故障模式。混合动力整车控制单元HCU监测和管理发动机和电机的工作模式，从而达到较传统车更优化的能量管理，确定在在何时采用何种工作模式最为合理，确保电机工作模式的平稳切换，提高效率，达到节能和环保的目的。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是混合动力整车控制单元HCU进行电机模式管理的控制流程图；
图3是扭矩故障的检测流程图；
图4是电机模式故障检测流程图。
具体实施方式
结合图1，混合动力整车控制单元HCU包括电机管理模块1，电机管理模块主要包括模式管理模块2、故障检测模块3、最终模式处理和扭矩平滑处理模块4；电机控制单元MCU5接受混合动力整车控制单元HCU的控制信号，并直接控制电机；输入模式管理模块2的模式信号有快速起停的请求、辅助驱动的请求、再生制动及发电请求、怠速请求，以及当前的电机状态；故障检测模块3进行故障管理时接受的信号有系统保护的要求信号、系统故障信号及当前电机的状态；输出的信号主要有请求的模式、扭矩及速度。
依据电机的工作特性，混合动力整车控制单元HCU作以下工作模式判断和处理：
(1)、起动发动机时，对于具有快速起停功能的混合动力车，要求电机能迅速将发动机带到一定的转速，发动机管理系统(EMS)进行喷油点火，完成起动过程，在此过程中混合动力整车控制单元HCU给电机的是速度请求指令，要求电机满足自己的速度要求，这就要求电机工作于速度模式下；
(2)、在辅助驱动的情况下，为了满足驾驶员的动力需求或者维持发动机工作在经济性较好的区域，要求电机给发动机一定的辅助扭矩。混合动力整车控制单元HCU根据驾驶员总的扭矩需求，混合动力整车控制单元HCU给电机扭矩请求，分配给电机一部分扭矩，要求电机工作于扭矩模式下；
(3)、再生制动和发电情况下，再生制动要求电机对系统有制动的效果，且在制动过程中可以回收能量，这就要求电机工作于发电模式下；当电池荷电状态(SOC)较低时为了维持电池的SOC也要求电机处于发电模式。此时，HCU会以负扭矩需求的形式发送给电机，要求电机工作于扭矩模式下。
(4)、电机怠速模式：也称零扭矩模式，混合动力整车控制单元HCU控制电机在怠速模式输出零扭矩，该电机怠速模式为扭矩模式和速度模式切换的过渡状态；
(5)、电机故障模式：混合动力整车控制单元HCU对电机进行故障检测，可能出现的故障有扭矩故障、模式故障及系统保护故障等情况，当出现这些情况时，HCU会发送使电机工作于故障模式的命令。
当出现扭矩、速度或怠速请求信号时，HCU会读取MCU发送过来的当前工作模式，若当前模式不满足新的需求，HCU则会产生新的模式请求，并将该请求信号送往故障检测模块。根据故障判断策略，HCU会产生一个故障的标识位，故障检测主要包括一些几个部分：
(1)、扭矩故障检测：HCU求取电机当前的工作扭矩于当前申请扭矩的差值，当差值大于允许的矩误差上限或小于允许的误差下限，都将对故障标识位置位，当差值未超过许可范围将对故障标识位清零，并将标识位值送往故障锁存、过滤器，当累加到一定值将发送扭矩故障错误的标识。
(2)、模式故障检测：当前工作模式于HCU的请求模式不一致时，将对模式故障标识位置位，否则将该标识位清零。同上，HCU把该标识位送往故障锁存、过滤器，当累加值大于设定门限值则认为发生模式不相等故障，若小于门限值则认为无故障。
(3)、其余故障检测：当出现下面一些情况时，HCU同样能产生故障标识：(1)HCU检测到电机已经工作于故障模式；(2)出现电池过充、过放时或反向器、电池、电机温度过高时，HCU会产生故障标识；
根据故障检测的结果为正常情况，HCU则直接把请求的模式发往MCU，当出现故障，则发送故障模式到MCU，并发出反向器和电机关闭的命令。若为正常工作模式，则HCU会发送速度请求到MCU，若有扭矩请求，则把进行扭矩的平滑化处理然后送往MCU。
本发明中，混合动力汽车为单轴并联式混合动力汽车，发动机与电机采用同轴布置，电机可工作在发电模式、电动模式、零扭矩模式及怠速模式四种情况，当出现故障时电机会进入故障模式。混合动力整车控制单元监测和管理发动机和电机的工作模式，从而达到较传统车更优化的能量管理，提高效率，达到节能和环保的目的。
图2为混合动力整车控制单元HCU进行电机模式管理的控制流程图，从流程图中可以看出电机有扭矩模式、速度模式及怠速模式三种工作模式。在Step1及Step7为HCU对当前电机工作模式的判定，如果Step1判断为YES则表明当前状态为扭矩模式，进入Step2，即要求电机工作在以优先满足HCU扭矩的工作状态，在Step3中判定是否接受到了快速起停的要求，如果Step3不成立，则判断是否有零扭矩请求(Step4)，如果Step3或Step4成立则HCU发出怠速的模式请求(Step5)，并等待进入怠速模式(Step6)。如果Step1的判断结果为NO，即当前不是扭矩模式，则判断当前电机是否处于怠速模式(Step7)，如果是则判断有快速启动请求否(Step9)，若果有则发出速度模式请求(Step13)，并等待进入速度模式(Step14)。如果Step9不成立，则判断当前是否有零扭矩模式(Step10)，如果没有则发出进入扭矩模式的请求(Step11)，并等待进入扭矩模式(Step12)。
在模式管理模块中需要对电机进行故障监测，为了保证电机及其它部分工作在更安全的情况下，一旦出现故障，就使电机处于故障模式。如图3示意了扭矩故障检测的过程，通过判断当前扭矩和请求扭矩的差值，并将结果通过锁存和过滤计算，设置一个计数的counter，当其值到20时认为故障发生，小于20则认为无故障发生。
图4为模式故障处理的过程。总结起来电机要工作在正常状态下的条件为：
无扭矩故障发生
AND无模式故障发生
AND电池无过充、过放发生
AND电池、电机及反相器未温度在许可范围内
最终的模式处理，即是根据检测结果，将电机状态分为正常状态、故障状态和准备关闭三个状态。当有扭矩需求时需要把扭矩请求值进行平滑化处理，尽量使电机工作在更为平滑的状态，防止出现扭矩请求值出现大的跳动。
Claims (5)
1.一种混合动力电机工作模式控制方法，其特征在于：混合动力整车控制单元HCU包括电机管理模块(1)，电机管理模块主要包括模式管理模块(2)、故障检测模块(3)、最终模式处理和扭矩平滑处理模块(4)；电机控制单元MCU接受混合动力整车控制单元HCU的控制信号，并直接控制电机；输入模式管理模块(2)的模式信号有快速起停的请求、辅助驱动的请求、再生制动及发电请求、怠速请求，以及当前的电机状态；故障检测模块(3)进行故障管理时接受的信号有系统保护的要求信号、系统故障信号及当前电机的状态；输出的信号主要有请求的模式、扭矩及速度。
2.根据权利要求1所述的混合动力电机工作模式控制方法，其特征在于：依据电机的工作特性，混合动力整车控制单元HCU作以下工作模式判断和处理：
(1)、起动发动机时，发动机管理系统(EMS)进行喷油点火，完成起动过程，在此过程中混合动力整车控制单元HCU给电机的是速度请求指令，要求电机满足自己的速度要求，要求电机工作于速度模式下；
(2)、在辅助驱动的情况下，混合动力整车控制单元HCU根据驾驶员总的扭矩需求，混合动力整车控制单元HCU给电机扭矩请求，分配给电机一部分扭矩，要求电机工作于扭矩模式下；
(3)、再生制动和发电情况下，再生制动要求电机对系统有制动的效果，且在制动过程中可以回收能量，这就要求电机工作于发电模式下；当电池荷电状态(SOC)较低时为了维持电池的SOC也要求电机处于发电模式；此时，混合动力整车控制单元HCU会以负扭矩需求的形式发送给电机，控制电机工作于扭矩模式下。
(4)、电机怠速模式：混合动力整车控制单元HCU控制电机在怠速模式输出零扭矩，该电机怠速模式为扭矩模式和速度模式切换的过渡状态；
(5)、电机故障模式：混合动力整车控制单元HCU对电机进行故障检测，并发送使电机工作于故障模式的命令。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力电机工作模式控制方法，其
特征在于：当出现扭矩、速度或怠速请求信号时，混合动力整车控制单元HCU读取电机控制单元MCU发送过来的当前工作模式，若当前模式不满足新的需求，混合动力整车控制单元HCU则会产生新的模式请求，并将该请求信号送往故障检测模块，根据故障判断结果，混合动力整车控制单元HCU会产生一个故障的标识位。
4.根据权利要求1或2所述的混合动力电机工作模式控制方法，其特征在于：故障检测模块实施检测的事项如下：
(1)、扭矩故障检测：混合动力整车控制单元HCU求取电机当前的工作扭矩于当前申请扭矩的差值，当差值大于允许的矩误差上限或小于允许的误差下限，都将对故障标识位置位，当差值未超过许可范围将对故障标识位清零，并将标识位值送往故障锁存、过滤器，当累加到一定值将发送扭矩故障错误的标识；
(2)、模式故障检测：当前工作模式与混合动力整车控制单元HCU的请求模式不一致时，将对模式故障标识位置位，否则将该标识位清零。同上，混合动力整车控制单元HCU把该标识位送往故障锁存、过滤器，当累加值大于设定门限值则认为发生模式不相等故障，若小于门限值则认为无故障。
(3)、其余故障检测：当出现以下情况时，混合动力整车控制单元HCU产生故障标识：HCU检测到电机已经工作于故障模式；出现电池过充、过放时或反向器、电池、电机温度过高时。
5.根据权利要求1或2或3所述的混合动力电机工作模式控制方法，其特征在于：根据故障检测的结果为正常情况，HCU则直接把请求的模式发往MCU，当出现故障，则发送故障模式到MCU，并发出反向器和电机关闭的命令；若为正常工作模式，则HCU会发送速度请求到MCU，若有扭矩请求，则把进行扭矩的平滑化处理然后送往MCU。
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