CN102947157B - 用于控制次能量存储的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制处于紧急情况下的混合动力车辆的方法。所述混合动力车辆包括内燃机、可再充电的电能存储系统以及电机驱动系统。所述方法包括以下动作：检测用于控制电机驱动系统的控制单元的故障，从混合动力车辆断开可再充电的电能存储系统，将所述内燃机的最大速度从第一RPM值限制至第二RPM值。本发明还涉及用于控制处于紧急情况下的混合动力车辆的设备以及可存储于计算机可读介质上的计算机程序，包括用于在控制处于紧急情况下的混合动力车辆的车载诊断方法中使用的程序代码。

Description

用于控制次能量存储的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制根据独立权利要求前序部分所述的混合动力车辆的方法。
背景技术
混合动力电动车辆包含主能量源(发动机)与次能量存储(可再充电能存储)。存在至少一个电机驱动器(电机、电力电子频率转换器和控制单元)，该至少一个电机驱动器可以向电池提供电力以用于充电，可以再生制动和/或可以辅助发动机将牵引力提供至车辆。
对于装配有电池或超级电容等的混合动力电动车辆，通常辅助系统由牵引电池提供电力，而不是来自机械带或相似的来自发动机的电力。其原因可以是使得能够仅靠电驱动(发动机切断)，从而切断发动机以降低发动机怠速和/或获得增加的效率。
可以由电机驱动的辅助系统的示例是制动空气压缩机、转向伺服油泵、12V或24V交流发电机(其可以替换为静态电力电子DC/DC电压转换器)等。
电池装配有断路器，以便在切断时隔离电池电压，在切断时断开电路的电源，并且在故障时中断电流。
电机驱动系统(MDS)由电机、电力电子AC/DC转换器以及相关的电子控制单元(ECU)组成。如果电机是永磁的(PM电机)，则其空载电压将取决于电机速度。通常，空载电压与速度成比例。
问题在于如果MDS控制故障，则不可能控制电能流与电池电力。因为电辅助负载继续消耗电力，所以它们将耗尽电池荷电状态，并且将必须断开电池，以防止严重的电池损坏。当辅助设备的电源消失时，这会以不利的方式恶化车辆功能。例如，如果由电池电压驱动制动空气压缩机，则电池断路器开启将造成车辆停在道路上，即使其余的动力系(发动机、变速器等)全面运转。
发明内容
本发明的目标在于提供一种用于当电机驱动系统出现故障时禁止混合动力车辆意外停在道路上的方法。
通过独立权利要求的特征实现目标。其他权利要求与描述公开了本发明的优选实施例。
在根据本发明的第一示例实施例中，提供了一种用于控制紧急情况下的混合动力车辆的方法，所述混合动力车辆包括内燃机、可再充电的电能存储系统、电机驱动系统，所述方法包括以下动作：检测用于控制电机驱动系统的控制单元的故障，从混合动力车辆断开可再充电的电能存储系统，将内燃机的最大速度从第一RPM值限制至第二RPM值。所述第二值小于所述第一值。
本发明的所述示例实施例的优势在于，为了解决辅助组件的可用性，不需要添加额外的装备。
本发明的另一优势在于其相比于现有的解决方案更轻、更小以及更便宜。
在根据本发明的另一示例实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：将内燃机的最小速度从第一RPM值限制至第二RPM值，其中，所述第二值大于所述第一值。
该示例实施例的优势在于，其在不使用额外装备的情况下，确保足够的电源供给至辅助组件。
在根据本发明的另一示例实施例中，所述方法进一步包括将自动变速器的挡位选择从第一组挡位选择改变至第二组挡位选择的步骤，其中，当控制电机驱动系统的控制单元起作用时，使用第一组挡位选择，当控制电机驱动系统的控制单元不起作用时，第二组挡位选择用于混合动力车辆的更改的更高的和/或更低的发动机速度。
该示例实施例的优势在于，无论用于控制电机驱动系统的控制单元是否起作用，都能确保驾驶性能。
在本发明的另一示例实施例中，所述方法进一步包括以下动作：在由至少一个辅助负载提供能量储备的情况下，允许发动机在所述最小速度之下运行。
该示例实施例的优点在于，燃料消耗以及废气排放可以保持在最小级别。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于控制紧急情况下的混合动力车辆的设备。所述混合动力车辆包括内燃机、可再充电的电能存储系统、电机驱动系统。所述设备包括：用于检测用于控制电机驱动系统的控制单元的故障的装置，用于从混合动力车辆断开可再充电的电能存储系统的装置，用于将内燃机最大速度从第一RPM值限制至第二RPM值的装置。
在本发明的又一方面中，提供了一种可存储于计算机可读介质上的计算机程序，包括在用于控制紧急情况下的混合动力车辆的车载诊断方法中使用的程序代码，所述方法包括以下动作：检测控制电机驱动系统的控制单元的故障，从混合动力车辆断开可充电电能存储系统，将内燃机最大速度从第一RPM值限制至第二RPM值。
附图说明
从以下实施例的详细说明中将最佳地理解结合了上述及其他目的和优点的本发明，但并不限制于该实施例，其中示意性地示出了：
图1描绘了根据本发明的混合动力车辆的示意性的示例实施例。
图2描绘了根据本发明的混合动力车辆的稍微更加详细的示例实施例。
图3描绘了电机驱动系统(MDS)的示例实施例。
图4图示了根据本发明用于控制紧急情况下的混合动力车辆的方法的示例实施例的流程图。
在附图中，相同或相似的元件由相同的参考数字表示。附图仅是示意性的表示，并不旨在描绘本发明的特定参数。而且，附图旨在仅描绘本发明的典型实施例，并且因此不应被认为限制本发明的范围。
具体实施方式
图1描绘了根据本发明的混合动力车辆100的示例实施例。所述混合动力车辆100包括内燃机102、可再充电的电能存储系统106、电机驱动系统104、控制单元107、离合器103、开关105以及变速器108。
内燃机102可以是柴油发动机、汽油发动机、灵活燃料发动机或气体发动机等。发动机可以具有一个或多个汽缸，可以根据发动机使用的特定环境而选择任何汽缸容积。
离合器103可以布置于内燃机102与电机104之间。离合器103可以是干式离合器或湿式离合器。可以在离合器103中使用一个或多个盘。所述离合器103可以至少设置在至少一个接合或脱离位置。当离合器103处于接合位置时，由内燃机102提供的旋转力传递至电机驱动系统104，在这种情况中，电机驱动系统104作为发电机工作。当离合器103处于脱离位置时，内燃机从电机驱动系统104断开，即，在这种情况中，电机驱动系统104可以是用于推动混合动力车辆100的动力源。
电机驱动系统104可以是永磁同步电机(PMSM)和AC/DC转换器。
第一示例实施例中的变速器108可以是不带有变速箱的主传动齿轮。在可替换的实施例中，所述变速器108为带有变速箱的主传动齿轮，其中变速箱可以是手动的、半自动的或自动的。
可再充电的电能存储系统106可以是电池或超级电容。电池可以是镍镉类型或锂离子类型。由所述电能存储系统106提供的电压可以在100-1000V范围中，更通常的在300-800V之间，并且最通常的在400-600V之间。
控制单元107可以控制内燃机102、电机驱动系统104、电能存储系统106以及变速器108，其由图1中的所述控制单元107与其他单元之间的连接表示。
在根据本发明的用于控制处于紧急情况下的混合动力车辆100的方法的示例实施例中，所述混合动力车辆100包括内燃机102、可再充电的电能存储系统106、电机驱动系统104、用于控制电机驱动系统104和内燃机的至少一个控制单元107。所述方法包括以下动作：检测控制单元107的故障；从混合动力车辆100断开可充电电能存储系统106；以及将内燃机102最大速度从第一RPM值限制至第二RPM值。
控制单元107的故障例如可以是控制MDS104、300的故障，使得HEV三态的MDS300的AC/DC转换器320中的开关装置(例如，晶体管)302、304、306、308、310、312，即，至少一个开关装置302、304、306、308、310、312停止切换，并且变得禁用，使得仅保留AC/DC转换器320的二极管功能(续流二极管)。PM电机314将与AC/DC转换器320中的续流二极管一起产生电压和/或电流，进入DC总线(MDS转换器然后将充当寄生二极管整流器)。在这种情况中，将实现以下的手段。
●通过断开开关105断开电池106。
●限制内燃机102的最大速度，使得避免DC超电压。这将使DC总线电压保持在最大电压限制之下，并且因此防止辅助负载由于过电压而禁用。
在另一实施例中，实现可选的手段，即：
●限制内燃机102的最小速度。这将使得DC总线电压保持在最小电压限制之上，并且因此防止辅助负载由于欠电压而禁用。
在传动系中存在可控制的变速器时，以上发动机限制将必定影响变速器108速比(例如，自动变速器的挡位选择，例如，无级变速器CVT中的速比)。
如果电池106保持连接至DC总线，则对内燃机102更加严格的速度限制可以用于通过MDS转换器的寄生二极管整流器提供电池充电电力。保持电池连接将使得发动机能够在最小速度限制之下运行限制的时间段，例如在变速器换挡过程中。
如果存在用于辅助负载224的能量储备，例如压力箱，则内燃机102可以在最小速度限制之下运行限制的时间段。
可以将电机驱动系统104设计成提供更多合适的空载电压，以在这种类型故障过程中提高DC总线电压等级(因此，将电机空载电压与正常发动机速度和DC总线电压范围相匹配)。
如今的转换器的已知的现有技术诊断功能可以用于检测电机转换器不正确工作，即，其是否故障，并且不得不禁用(如上所述)。例如，可以使用以下诊断方法：
●可以通过测量散热器温度，或通过集成入IGBT(绝缘栅双极晶体管)电力电子芯片的测量传感器，检测主电路超温(用于电力电子)。冷却装置(冷却风扇、冷却泵等)的管理可以检测(即将来临的)转换器热问题。
●可以通过测量集电极-发射极电压来检测过电流，过电流例如在较高的和较低的电力开关同时导电时用于相脚击穿，参照参考文献。此后，转换器的电力开关可以快速关断(并且整个转换器被禁用)，以避免由于过电流而引起的损害。
●可以经由返回至控制电路的状态信号管理电力开关(例如，IGBT)驱动电路功能。该状态信号可以包括驱动电路电源的检查。而且，如果驱动电路将来自控制电路(微处理器)所需的通/断信号与实际电力开关电压(例如，IGBT集电极-发射极电压)相比较，则可以检测驱动程序是否如预计的工作，这可以由状态信号来指示。
通过在控制微处理器中实施电机204的模型以及其状态(电流等)，并且将计算的电机状态与实际的电机状态进行比较，可以检测转换器故障。
图2描绘了根据本发明的混合动力车辆200的另一示例实施例。所述混合动力车辆200包括内燃机202、可再充电的电能存储系统206、电机204、控制单元209、211、213、215、217、离合器203、开关205以及变速器208、218、逆变器220、电力电子系统222、电子辅助系统224。
电机204、逆变器220以及用于逆变器的控制单元217可以被定义为电机驱动系统(MDS)240。在该示例实施例中，电机204固定地安装于可连接在内燃机与变速箱208/主传动齿轮218之间的轴上。
混合动力电动汽车接线盒(HJB)230可以经由开关205将电池连接至电子辅助单元224，并且将电池连接至DC-DC电力电子系统222以及用于DC总线之上的DC-DC电力电子系统的控制单元213。电池206可以包括绝缘电阻检测器(IRD)205，尤其用于检测电池206对混合动力电动车辆200的底盘的绝缘的故障。
发动机ECU209可以控制柴油发动机，例如喷射燃料的量和上下RPM限制。控制器区域网(CAN)是在例如MDS与ECU之间的通信总线，其可以用于传输信息，以降低燃料喷射，这进而将降低发动机的RPM。
用于确定电机转换器不正确工作的诊断功能可以与图1中公开的实施例相关的论述相同。
图3图示了电机驱动系统(MDS)的示例实施例，该电机驱动系统(MDS)包括电机314和电力电子频率转换器(PEC)320。所述电机314可以是永磁(PM)电机。所述PEC320可以包括称为MCU(电机驱动系统eCU)的电子控制单元(ECU)。所述PEC可以进一步包括一组晶体管形式的开关302、304、306、308、310、312。所述MCU接收有关提供至MCU的独立入口的独立电路上的开关302、304、306、308、310、312的状态的信息。所述MCU还接收有关由电机提供并且通过开关组302、304、306、308、310、312从交流转化为直流的电流DC电压的信息。MCU可以进一步接收有关电机温度的信息。所述MCU还可以从分解器(位置传感器)接收有关电机314中的转子位置的信息，之后，该信息可以用于确定/控制由电机314提供的转矩和电流。
图4图示了根据本发明的用于控制处于紧急情况中的混合动力车辆的方法的示例实施例的流程图。
在第一步骤402中，执行对用于控制电机驱动系统的控制单元的故障的检测。可以根据如上所述的任何方法进行检测。控制单元的故障可以是开关装置302、304、306、308、310、312中的一个或多个不正确工作，即，无开关动作意味着仅剩余开关装置302、304、306、308、310、312的二极管功能。
在接下来的404步骤中，从混合动力车辆断开可再充电的电能存储系统。这样做以防止对可再充电的电能存储系统放电和严重损害，可再充电的电能存储系统可以是如上所述的电池或电容。可以通过图1中的105与图2中的205表示的简单开关执行该断开。
在第三步骤406中，将内燃机的最大速度从第一RPM值限制至第二RPM值，其中，所述第二RPM值低于所述第一RPM值。一旦检测到控制单元的故障，则用于内燃机的控制单元接收用于将最大RPM值从所述第一RPM值改变至所述第二RPM值的命令。发动机的最大RPM的限制将确保辅助单元不接收会导致电气故障的过多电压。
在根据本发明的又一示例实施例中，可以将最小RPM值从第一RPM值改变至第二RPM值，其中，所述第一RPM值低于所述第二RPM值。这将确保电机驱动系统将足够的电力传递至辅助单元，诸如用于制动系统、冷却风扇、冷却泵、燃料泵等的液压和/或空气泵，这进而将确保功能，虽然电机驱动系统不完全起作用，并且电池断开。

Claims (8)

1.一种用于控制处于紧急情况下的混合动力车辆的方法，所述混合动力车辆包括内燃机、可再充电的电能存储系统、电机驱动系统，所述方法包括以下动作：
a.检测控制所述电机驱动系统的控制单元的故障，
b.从所述混合动力车辆断开所述可再充电的电能存储系统，
c.将所述内燃机的最大速度从第一RPM值限制至第二RPM值，
e.将自动变速器的挡位选择从第一组挡位选择改变至第二组挡位选择，其中，当控制所述电机驱动系统的所述控制单元起作用时，使用所述第一组挡位选择，当控制所述电机驱动系统的所述控制单元不起作用时，所述第二组挡位选择用于混合动力车辆的更改的更高和/或更低的发动机速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述故障是在控制所述电机驱动系统的所述控制单元中的AC/DC转换器中的至少一个开关装置出故障。
3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括以下步骤：
d.将所述内燃机的最小速度从第一RPM值限制至第二RPM值。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括以下动作：
f.在由至少一个辅助负载提供能量储备时，允许发动机在所述最小速度之下运行。
5.一种用于控制处于紧急情况下的混合动力车辆的设备，所述混合动力车辆包括内燃机、可再充电的电能存储系统、电机驱动系统，所述设备包括：
a.用于检测用于控制所述电机驱动系统的控制单元的故障的装置，
b.用于从所述混合动力车辆断开所述可再充电的电能存储系统的装置，
c.用于将所述内燃机的最大速度从第一RPM值限制至第二RPM值的装置，
d.用于将自动变速器的挡位选择从第一组挡位选择改变至第二组挡位选择的装置，其中，当控制所述电机驱动系统的所述控制单元起作用时，使用所述第一组挡位选择，当控制所述电机驱动系统的所述控制单元不起作用时，所述第二组挡位选择用于混合动力车辆的更改的更高和/或更低的发动机速度。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述故障是用于控制所述电机驱动系统的所述控制单元中的AC/DC转换器中的至少一个开关装置出故障。
7.根据权利要求5所述的设备，进一步包括：用于将所述内燃机的最小速度从第一RPM值限制至第二RPM值的装置。
8.根据权利要求7所述的设备，进一步包括：用于在由至少一个辅助负载提供能量储备时允许发动机在所述最小速度之下运行的装置。
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