CN103068653A - 混合动力车辆原动机通信控制策略 - Google Patents

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Abstract

改变控制器局域网络报送，以自来自发动机控制器的相对较低的竞争接入优先级来隐藏源选定节点的热机扭矩和角速度变化请求，而是使报文通过中间控制器，该中间控制器是热机扭矩和角速度变化请求的独立源。更确切地说，在具有通过动力输出设备、即混合控制器和热机控制器进行操作控制的车辆控制器的混合动力车辆中，为支持动力输出操作的角速度和扭矩变化请求嵌在辅助输入/输出报文中。混合控制器在这些辅助报文上操作，使所嵌入的角速度和扭矩变化请求与其自身的请求合并，并以传统的形式重新播送。

Description

混合动力车辆原动机通信控制策略
技术领域
本技术领域总地涉及机动车辆控制器局域网络，并且更具体地涉及改变混合动力车辆的通信策略，以避免控制器对于网络总线上播送的报文(消息)的冲突响应。
问题描述
混合车辆一般装有用于产生机械动力的至少两个原动机。一个原动机可以是双功能系统，该双功能系统能产生机械动力，该机械动力用于牵引或用于动力输出（PTO）设备，并且该双功能系统又能在将机械能量转换成潜在的存储能量的步骤中被反向驱动。可用于车辆再生制动以发电的电力牵引马达适合于用作此种原动机，就像基于气动和液压蓄能器的系统和机械飞轮那样。另一个原动机通常是诸如内燃机（ICE）之类的热机，该热机可为牵引供给机械动力，以反向驱动电力牵引马达来发电、使发电机运作并且能够提供非再生车辆制动（例如，发动机或“杰克（Jake）”制动）。混合ICE/电动车辆的内燃机会需要用来执行所列功能中的至少一个，并且在一些并联型混合车辆中会执行一个以上的功能。
开发能够推进车辆并且为PTO设备提供角速度的构造有混合电动系统的商用卡车底盘增大了底盘系统（和子系统）、混合电动系统以及尤其是安装在并联式混合车辆上的PTO设备的整合复杂度。此种增大复杂度的一个后果反映在可能会增大控制器局域网络〔CAN〕的数据流量，该控制器局域网络与在发动机控制器的管理下、对热机/内燃机的加速度和惯性矩的变化率所进行的管理有关。CAN上的多个控制器或“节点”可以是扭矩/速度请求源，且发动机控制器响应于该扭矩/速度控制器进行编程。这些可能的通信源中的一些是传动装置控制器、ABS控制器、车身控制器以及混合控制器。不同源所产生的报文由于热机所需角速度和扭矩的变化会容易彼此冲突。
通过称为“非破坏性逐位仲裁”的控制策略来处理报文定时冲突。基于冲突报文建立的包含在CAN报文结构中的仲裁优先级对于网络的串行通信总线具有优先级。如果速度/扭矩报文源具有足够高的仲裁优先级（即，低绝对数值），且CAN总线上具有较高优先级的其它节点不与直接来源正面冲突，则热机的控制器响应于速度/扭矩报文并由此调整热机的输出。然而，较低优先级节点试图在原始请求处理之后播送其请求。在随后的报文改变原始报文的结果的情形下，会导致热机的输出发生变化。此外，串行通信总线上的数据通信会随着尤其与热机操作相关的数据流量而增加，但通常会影响对于总线的访问。
具有PTO能力的并联式混合车辆大大地增大热机角速度和扭矩报文变化的冲突请求的可能性。例如，在传统（非混合）车辆中，如果车辆的操作者希望借助远程安装的发动机速度控制装置来增大热机的角速度，则能够通过连接于车身控制器的传感器来实现，该传感器再处理并调节输入数据来作为CAN总线上作为速度/扭矩报文通信的输出数据。“向上装配有”电力牵引马达/发电机来用于混合操作的车辆改变了该问题，该电力牵引马达/发电机能用作原动机，该原动机结合热机来供给角速度和扭矩。在此种构造中，混合控制器和热机控制器都具有“共同管理”热机操作的任务，以根据从电力牵引马达/发电机可获得的速度/扭矩来调整热机的输出。考虑到许多实时转换，此种共同管理策略会变得相当复杂，而需要使热机来排他性地用作原动机（操作马达/发电机，以在来自热机的电力下为电池包充电）或者需要使混合电力牵引马达/发电机来用作支持电气化动力输出（ePTO）操作的原动机会发生这些实时转换。
发明内容
改变控制器局域网络报送，以来自发动机控制器的具有相对较低竞争接入优先级来隐藏源自选定节点的热机扭矩和角速度变化请求，而是使报文通过中间控制器，该中间控制器是热机扭矩和角速度变化请求的独立源。这在所涉及的控制器之间产生逻辑串行关系。在此，设想到与PTO操作相关的发动机扭矩和角速度请求通常由车身控制器来播送并通过混合控制器来行进，车身控制器是相对较低优先级的控制器，混合控制器是较高优先级的控制器并且也是角速度和扭矩变化请求的源，并且该控制器是最可能的车身控制器冲突变化请求源。更确切地说，当车身控制器确定热机输出变化需求时，其播送辅助数据链路报文（在SAEJ1939标准中，辅助输入输出或具有八字节数据字段的“auxio（辅助输入输出）”报文），其中嵌入发动机控制器的角速度和扭矩水平变化请求。混合控制器被编程为，识别辅助数据链路报文，并且使嵌入的请求与其自身的扭矩和角速度变化请求合并，并以发动机控制器可识别类型的单一报文的形式播送经合并的请求。发动机控制器并不被编程为响应于辅助输入/输出报文。
附图说明
图1是支持动力输出操作的混合电动车辆的侧视图。
图2是用于混合电动车辆的车辆传动系和车辆控制系统的高级示意图。
具体实施方式
在下述详细说明中，可以参照特定实施例来给出示例尺寸/模型/数值/范围，但一般不认为它们是限制性的。
现在参见附图并具体参见图1，示出混合机动高空作业车1。混合机动高空作业车1用作支持PTO功能的中型商用车辆的示例。机动高空作业车1包括PTO载荷，在此该PTO载荷是安装于作业车底座12上的高空提升单元2。分布在混合机动高空作业车1周围的底盘输入可用于控制高空提升单元2和诸如用于PTO的外伸架或钻孔机之类其它元件的展开和定位。操作者通常借助可建立控制位置的专用开关或者通过位于车身上的油门状控制件来特别地致动PTO。
高空提升单元2包括彼此枢转地互连的下悬臂3和上悬臂4。下悬臂3又安装成在作业车底座12上于支承件6和可转动支架7上转动。可转动支架7包括用于下悬臂3一端的枢转安装件8。吊桶5固定于上悬臂4的自由端。吊桶5可枢转地附连于悬臂4的自由端部，以总是保持水平定向。液压提升单元9通过将支架7上的枢转连接件10和连接到下悬臂3上的枢转件13而在支架7和下悬臂3之间互连。液压提升单元9连接于合适液压流体的加压供给源，该加压供给源使得该组件能提升和下降。加压液压流体的主要源可以是由用于混合机动高空作业车1的两个原动机中的任一个（或两个）提供动力的泵。通常，内燃机和电力牵引马达用作原动机。下悬臂3的外端部互连于上悬臂4的下枢转端部。枢转件16使下悬臂3的外端部与上悬臂4的枢转端部互连。上悬臂补偿组件17连接在下悬臂3和上悬臂4之间，用以使上悬臂绕枢转件16运动，从而相对于下悬臂3定位上悬臂。上悬臂补偿组件17允许上悬臂4能相对于下悬臂3独立运动，并且在这两个悬臂之间提供补偿运动，以相对于下悬臂升起上悬臂。上悬臂补偿组件17通常供给有来自与液压提升单元9相同的供给源的加压液压流体。外伸架（未示出）可用于安装在作业车底座12的角部处。用于这些操作的加压液压流体可通过PTO液压泵来供给。
许多当前的车辆通过使用控制器局域网络（CAN）在多个车辆系统的控制上提供整合。CAN是多主域串行数据总线，用以连接串行数据总线上的本地节点。串行数据总线上的报文并非如此定址而是被播送。控制器通常专门地用于提供发动机控制、防抱死制动控制、传动控制等等。专用的控制器是一种类型的CAN总线节点。可将任何控制器编程为响应于播送报文。总线访问冲突通过相对主导的数据的标识符字段（可反映源）来处理，且数据的标识符字段紧接在起始帧字段之后产生。例如，来自防抱死制动控制器的报文在汽车工程师协会J1939标准中给出了最高的优先级。每种类型的报文具有唯一的优先级。J1939标准提供用于发动机控制器的扭矩速度请求报文，该报文来自于包括通用车身控制器（通常响应于对于动力输出应用的请求）、防抱死制动系统控制器以及混合动力车辆上混合控制器的若干控制器中的任何一个。
参见图2，示出控制系统21的高级示意图，该控制系统使用CAN和用于混合机动高空作业车1或其它类型商用车辆的车辆传动系20来实现。作为总控制模式的一部分，对用于各种应用、包括PTO应用/装置22而增大或减小角速度和扭矩的请求进行处理。对于传动系上包括来自于热机28的可获得角速度扭矩变化的一个潜在请求源是电气系统控制器（ESC）/车身控制器24。ESC24通过符合汽车工程师协会（SAE）J1939标准的串行数据总线18链接于各个本地控制器，这些本地控制器包括对于车辆原动机进行直接控制的两个控制器，且这些车辆原动机是角速度和扭矩的可控源。这些控制器是混合控制器48和发动机控制器（ECM）46，它们对牵引马达/发电机32以及热机28提供直接控制。对于本发明的目的来说，对于除了反向驱动牵引马达/发电机32来发电或者通过发动机制动耗散以外的任何目的，将车辆动能用作角速度和扭矩源的可能性降低。
ESC24通常直接连接于选定的输入（包括传感器27）和输出（诸如前大灯（未示出））。ESC24与仪表盘44连通，ESC从该仪表盘可获得指示前大灯开启/关闭的开关位置的信号，并向诸如仪表盘仪器（未示出）的其它物件提供开启/关闭信号。通过直接连接到ESC24的输入端口的传感器组件27来获知点火位置。关于致动动力输出操作（PTO）并改变配合成支持诸如液压泵之类PTO装置22的原动机的输出水平（包括角速度和扭矩）的信号可由多个源产生，这些源包括驾驶室开关总成56、远程开关总成52或远程微调油门54。来自驾驶室开关总成56、远程开关总成52以及远程微调油门54的信号通过其中一个车辆数据链路通信到ESC24，这些数据链路例如是用于驾驶室内开关总成56的符合SAEJ1708的数据链路64或者用于开关总成52（通过远程动力模块40）以及远程微调油门54（通过远程发动机速度控制模块19）的串行数据总线74。符合SAEJ1708的数据链路具有通常是约9.7K波特的低波特率数据连接，并通常用于开启/关闭的开关状态的传输。符合SAEJ1939的数据链路具有大得多的数据传输率，并通常用于控制器局域网络。ESC24将请求放置到SAEJ1939限定辅助输入/输出（音频）报文中，且通过传输数据总线18播送八字节数据段，其中所请求的角速度和扭矩包括在报文数据段中。ESC24并不响应于PTO相关操作而播送明确的热机速度和扭矩请求报文。
除了ESC24以外的5个控制器示出为连接于串行数据总线18。这些控制器包括发动机控制器46、传动装置控制器42、混合控制器48、仪表控制器58以及防抱死制动系统（ABS）控制器50。这些控制器中的三个、即传动控制器42、混合控制器48以及防抱死制动系统控制器（ABS）50可以是通过串行数据总线18进行播送的扭矩/速度报文源。对于混合控制器48进行编程，以响应于来自ESC24的辅助输入输出（音频）报文，这些报文携带与PTO装置22操作相关的嵌入角速度和扭矩请求。混合控制器48通常产生与热机28的操作相关的用于发动机控制器（ECM）46的角速度和扭矩请求，以反向驱动牵引马达/发电机32来发电，从而对牵引电池34进行充电。在PTO装置22的操作过程中，混合控制器48适当地相对其自身的速度和扭矩请求增添或者减少来自ESC24的速度和扭矩变化请求，并且通过串行数据总线18作为角速度和扭矩变化报文来播送结果。
否则，混合传动系20作为传统的混合系统进行操作，混合控制器48、传动装置控制器42和发动机控制器46协调传动系20的操作，以在发动机28和牵引马达32之间进行选择用于车辆的原动机（或者可以结合发动机和牵引马达的输出）。在车辆制动过程中，这些相同的控制器协调脱开以及可能包括关闭发动机28和处于发电模式的牵引马达32的操作，以重新捕获一些车辆动能。ESC24和ABS控制器50通过串行数据总线18提供用于这些操作的数据，包括制动踏板位置、关于打滑的数据、油门位置和诸如用于PTO装置22的其它动力请求。混合控制器还监测关于电池34的充电状态（SOC）的代理。
混合传动系20可以是并联混合柴油电动系统，其中，牵引马达/发电机32与发动机28通过自动离合器30串联连接，因而，发动机28、牵引马达32或两者组合能用作车辆的原动机。在并联混合电动车辆中，牵引马达/发电机32用于在减速过程中通过如下方式重新捕获车辆动能，即，通过利用驱动轮26来反向驱动牵引马达/发电机32，由此将车辆动能的一部分应用于发电。产生的电力从三相交流电通过混合逆变器36转换成直流电并作为直流电应用于牵引电池34。换言之，系统起到在制动过程中重新捕获车辆惯性动量的作用，并转化和储存所捕获的能量以作为后续使用的潜能，包括再次引入混合传动系20。在牵引马达/发电机32被反向驱动期间，热机28通过打开自动离合器30来与混合传动系20中的其它部件脱开。
通过混合控制器48来探测并管理正和负牵引马达/发电机32耗电量之间的转换。在制动过程中，牵引马达/发电机32产生三相交流电，该交流电施加于混合逆变器36以转换成应用于牵引电池34的直流电（DC）。当牵引马达/发电机32用作车辆原动机时，动力流反向。
质量大的车辆往往从混合动力的转换作用中获得比小汽车低得多收益。因此，从牵引电池34获得的电力经常用于通过以下方式来驱动诸如PTO装置22（可以是液压泵）的其它车辆系统，即，通过将电力供给到牵引马达/发电机32，该牵引马达/发电机又提供用于操作PTO装置22的原动力或机械动力。此外，牵引马达/发电机32可用于启动热机28。
各种本地控制器可编程为响应于从ESC24传递到串行数据总线18的数据。混合控制器48基于可获得的电池充电状态来确定对动力的请求。混合控制器48产生合适的信号来施加于串行数据总线18，用以指示发动机控制器46将热机28开启和关闭，如果开启热机的话，则指示以多大的动力输出来操作热机。传动装置控制器42控制自动离合器30的接合。传动装置控制器42还响应于传动装置按钮控制器72来控制传动装置38的状态，确定传动装置是否挂挡或者传动装置将驱动扭矩输送至驱动轮26还是输送至作为PTO装置22一部分的液压泵（或者在传动装置38用作液压泵的情况下，简单地是PTO装置22的加压液压流体），或者确定传动装置是否处于空挡。
PTO装置22的接合和PTO负载23的控制通过一个或多个远程动力模块（RPM）40来执行。远程动力模块40是专用于ESC24的数据链路连接的扩展输入/输出模块，ESC进行编程以使用这些模块。一个RPM40起到用于PTO装置22的控制器的作用，并提供与PTO装置22相关的任何硬接线输出70和硬接线输入66。还可为PTO负载23提供位置传感器、阀控制等，这些负载包括诸如液压马达、悬臂延伸部等的元件。操作PTO负载23的请求和可能的应答报告施加于串行数据总线74以传输到ESC24，ESC将请求格式化以由特定的控制器来接收，或者作为报告。ESC24还可进行编程以通过第一RPM40对PTO装置22中的阀状态进行控制。在美国专利号6,272,402中更完整地描述了远程动力模块，该专利已转让给本申请受让人并且全部以参见的方式纳入本文。“远程动力模块”在此被称为“远程接口模块”。示出第二RPM40，该第二RPM接收来自开关总成52的开关输入，用于控制第一RPM40（在通过ESC24引导之后）。此外，设置远程发动机速度控制模块（RESCM）19以允许使用远程微调油门54来对液压PTO进行比例控制。通过驾驶室油门76和远程油门78对于热机28的角速度和扭矩输出进行直接控制，且驾驶室油门和远程油门将输入直接提供给发动机控制器46。
传动装置控制器和ESC24都作为各个数据链路以及串行数据总线68、18、74和64之间的入口和/或转换装置来操作。数据链路68和串行数据总线74可以是专有的并以比串行数据总线18大得多的波特率来运行。相应地，设置用于在数据链路之间传输的报文的缓冲装置。此外，报文必须重新格式化，或者一个链路上的报文可需要第二链路上的另一种类型的报文，例如串行数据总线74上的运动请求可转换成从ESC24至传动装置控制器42的传动装置接合的请求。串行数据总线和链路18、68和74通常是控制器局域网络总线，这些总线符合SAEJ1939协议。
在保持SAEJ1939所提供报文类型的同时，报送模式的变化在发动机控制器46、混合控制器48以及ESC24之间产生逻辑串行关系。此种逻辑串行方式使得ESC24能播送辅助数据链路报文，这些报文包含仅仅为混合控制48所知的热机28的各种角速度和扭矩水平变化请求。由于这些报文的辅助字符，发动机控制器46并不识别或响应于这些报文。然而，混合控制器48能够识别这些报文，并且管理其自身所需要的用于热机28的变化请求以及ESC24的请求，并且以发动机控制器46能识别的传统形式的呈单源报送结构形式的组合请求。这实际上消除由于使用并联式报文结构所引起的冲突响应，其中对于热机28的一定控制级来说，控制器48和ESC24会彼此竞争。
发展现有的车辆CAN，以监测并控制底盘混合电动车辆部件、系统和子系统以及卡车设备制造（TEM）的卡车安装设备的操作。所监测的各部件、系统、子系统以及TEM安装设备包括通过混合控制器48的热机28的角速度，以及来自请求作为原动机的热机28和混合电力牵引马达/发电机32产生角速度变化的底盘和/或TEM装置的TEM和输入信号。
当前的CAN通信策略对源自TEM安装的诸如离散开关、微调装置之类发动机速度控制装置的请求进行仲裁，且这些发动机速度控制装置通过诸如远程动力模块和远程发动机速度控制模块之类的元件与现有的CAN总线环境结合，而这些元件通过车身控制器和混合控制器来操作。改变发动机控制器、混合控制器以及车身控制器之间的有效逻辑关系。这显著地减小由于来自不同源的并联式角速度和发动机扭矩报文结构所引起的冲突，其中对于热机28的一定控制级来说，混合控制器和车身控制器彼此竞争。此种改变是最小的，因为可以使用现有的车辆硬件和软件体系结构的实施。

Claims (11)

1.一种传动系和控制系统，包括：
第一原动机；
第二原动机；
传动装置，所述传动装置联接成吸收来自所述第一原动机或所述第二原动机的动力；
动力输出装置，所述动力输出装置可由所述传动装置操作，用以吸收来自所述第一原动机或所述第二原动机的动力；
选择装置，所述选择装置用于选择所述动力输出装置的操作速度；
第一控制器，所述第一控制器用于所述第一原动机；
第二控制器，所述第二控制器用于所述第二原动机，并且编程为产生变化请求，所述变化请求由所述第一控制器进行操作，用以改变所述第一原动机的输出；
第三控制器，所述第三控制器编程为对于来自所述第一原动机的输出变化产生外源请求；
通信链路，所述通信链路用于连接所述第一、第二以及第三控制器；以及
所述第二控制器被编程为响应于所述外源请求，用以使所述外源请求与所述变化请求合并，并通过所述通信链路来传送经合并的变化请求，且所述第一控制器被编程为响应于所述经合并的变化请求。
2.如权利要求1所述的传动系和控制系统，其特征在于，还包括：
所述第一原动机是热机；以及
所述第二原动机是电力牵引马达和发电机。
3.如权利要求2所述的传动系和控制系统，其特征在于，还包括：
所述第一控制器是热机控制器；
所述第二控制器是混合控制器；以及
所述第三控制器是车身控制器。
4.如权利要求3所述的传动系和控制系统，其特征在于，还包括：
所述外源请求的源包括用于所述动力输出装置的控制件。
5.如权利要求4所述的传动系和控制系统，其特征在于，还包括：
所述通信链路以及所述第一、第二和第三控制器作为控制器局域网络来操作。
6.如权利要求5所述的传动系和控制系统，其特征在于，还包括：
所述热机是内燃机。
7.一种控制器局域网络，包括：
串行通信总线；
第一、第二和第三节点，所述第一、第二和第三节点连接于所述串行通信总线；
用于通过所述串行通信总线进行播送的报文类型的库，所述报文类型的特征在于独特的识别代码，所述识别代码识别数据字符以及用于发送所述报文类型的源，并且确定访问所述串行通信总线的给定报文的优先级；
所述报文类型的库包括可被限定的辅助报文模板；
所述第一节点被编程为响应于具有从所述第二节点或第三节点播送到所述串行通信总线上的相同数据字符的特定报文类型；以及
所述第三节点被编程为将通常嵌在特定报文类型中的数据字符嵌到待播送的辅助报文模板中，并且所述第二节点被编程为恢复嵌在所述经播送的辅助报文模板中的数据，并使所述数据与类似字符的数据合并，以作为所述特定报文类型的示例重新发送。
8.如权利要求7所述的控制器局部网络，其特征在于，还包括：
所述第一节点是车身控制器，所述第二节点是热机控制器，而所述第三节点是用于混合传动系的混合控制器。
9.如权利要求8所述的控制器局部网络，其特征在于，还包括：
具有类似字符的数据与热机扭矩和角速度变化请求相关。
10.如权利要求9所述的控制器局部网络，其特征在于，还包括：
源自所述混合控制器的所述热机扭矩和角速度变化请求比源自所述车身控制器的所述热机扭矩和角速度变化请求具有更高的串行通信总线竞争接入优先级。
11.如权利要求10所述的控制器局部网络，其特征在于，还包括：
所述车身控制器连接成接受来自动力输出设备的操作请求。
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