CN103707886B - 用于车辆中电机的控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于车辆中电机的控制策略，公开了一种包括电机和至少一个控制器的车辆。控制器或数个控制器配置用于，响应于当车速高于阈值时至少一个控制器的重置，根据重置之前计算的校准值提供电流指令至电机使得电机由于重置导致的不能运转小于一秒。

Description

用于车辆中电机的控制策略

技术领域

本发明涉及用于控制电动车辆中电机的系统。

背景技术

电池电动车辆（BEV）包括从外部电力源再充电的并驱动电机的牵引电池。混合动力电动车辆（HEV）包括内燃发动机、一个或多个电机以及至少部分地驱动电机的牵引电池。插电式混合动力电动车辆（PHEV）类似于HEV，但是PHEV中的牵引电池能从外部电力源再充电。这些车辆是能至少能通过电机部分地驱动的车辆的示例。

这些车辆通常依赖微控制器的网络来执行涉及动力传动系统运转的大量任务。尽管内部微处理器通常是可靠的，但是它们不是绝对可靠的。有可能具有导致给定控制器的内部重置的断断续续的和/或不可再现的问题。内部微处理器重置可能具有多个原因。重置可能导致重置的控制器和其它模块之间的通信中断。这类故障通信可能使车辆不能继续运转。当车辆处于运动中时这类故障（也称为滚动重置（rolling reset））可能通常会影响用户的满意度。当车辆仍然处于运动状态时希望有一种迅速恢复的策略。

发明内容

在至少一个实施例中，提供一种包含电机和至少一个控制器的车辆。控制器配置用于，响应于当车速高于阈值时至少一个控制器的重置，根据重置之前计算的校准值提供电流指令至电机使得电机由于重置导致的不能运转小于一秒。

在至少一个实施例中，提供一种车辆动力传动系统控制系统，该系统包含电机、配置用于供应扭矩指令的第一控制器以及配置用于产生校准值并提供电流指令至电机的第二控制器。电流指令进一步基于扭矩指令和校准值。此外，第一控制器存储校准值并进一步响应于当车速高于阈值时第二控制器的重置而提供校准值至第二控制器。第一控制器的响应使得电机由于重置导致的不能运转小于一秒。

根据一个实施例，所述第二控制器进一步配置用于，响应于当所述车辆的速度高于阈值时所述第二控制器的重置而从所述第一控制器接收所述校准值使得所述电机由于所述重置导致的不能运转小于300毫秒。

在至少一个实施例中，提供一种控制混合动力电动车辆的扭矩驱动的方法。方法包含基于扭矩请求产生电流指令信号、产生指示电流指令调节补偿的校准值以及发送指示校准值的信号至第一控制器。方法进一步包含将校准值存储在第一控制器的存储器中，响应于当车速高于阈值时第二控制器的重置而提供校准值至第二控制器，以及使用校准值恢复第二控制器的运转使得电机不能运转推进车辆的时间段小于一秒。

根据一个实施例，校准值指示对应于电流指令的调节的电机源电流传感器补偿值。

根据一个实施例，第二控制器进一步配置用于响应于重置而从第一控制器请求校准值。

根据一个实施例，第二控制器进一步配置用于一旦车辆在停车后再启动并且车速小于阈值则经历预定的启动程序并识别新的校准值。

根据一个实施例，校准值通过第二控制器产生。

根据一个实施例，进一步包含发送电流指令至电机，其中电流指令基于校准值。

根据一个实施例，进一步包含响应于当车辆处于移动中时第二控制器的重置而提供请求信号至第一控制器使得第一控制器提供校准值至第二控制器。

附图说明

图1是车辆动力传动系统的示意图；

图2是说明车辆的动力传动系统控制系统的示例的系统框图；

图3是在车辆的控制系统中实施的算法的流程图；并且

图4也是在车辆的控制系统中实施的算法的流程图。

具体实施方式

此处描述了本发明的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例并且其它实施例可以采用多种替代形式。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本技术领域的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可与一个或多个附图中说明的特征组合以形成没有明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可根据需要用于特定应用或实施。

图1说明了根据本发明的混合动力电动车辆10的动力传动系统的示意图。然而，本发明可应用于其它的动力传动系统布局。内燃发动机20驱动行星齿轮组24的齿轮架22。发动机扭矩通过齿轮组24在中心齿轮26和环形齿轮28之间分配。环形齿轮扭矩机械地传输至输出轴30。中心齿轮扭矩通过与中心齿轮26连接的电动发电机32吸收。电动牵引马达34也可驱动地连接至输出轴30。在该描述中，术语发电机和马达仅用作标签以识别这些部件。发电机32和马达34都是能将机械的轴动力（shaft power）转化为电力并且还将电力转化为机械的轴动力的可逆电机。驱动轴可驱动地连接至在车轮40之间分配动力同时适应车轮转速的一些差异的差速器38。

仍然参考图1，经由三相电源电路分别通过逆变器42和44电力驱动发电机32和马达34。电力连接通过长线虚线说明。逆变器42和44从直流（DC）电路总线50汲取电力或向其供应电力。存储在电池46中的电力通过直流-直流（DC-DC）电压转换器发送，以根据驱动的装置而修改车辆电压水平。可变电压控制（VVC）48将电池46的DC电压水平转换为高压电路总线50的希望电压水平。

发电机32和马达34都可以称为电机。每个电机通过从发动机20接收扭矩并供应交流（AC）电压至逆变器而可以作为发电机运转。可替代地，电机可作为马达运转从而电机经由逆变器从电池46接收电力并通过变速器提供辅助扭矩驱动至车轮。

可以通过发动机20和发电机32、仅通过电池46和马达34或者发动机20和电池46以及马达34的组合驱动车辆10。在机械行驶模式中（或第一运转模式），如上文描述的启用发动机20以通过行星齿轮组24传输扭矩。在机械行驶模式中，也可以启用马达34来辅助发动机20驱动变速器。

应理解，虽然动力分离（power-split）的动力传动系统显示在车辆10中，车辆10还可以包括很多其它配置。这样，可预想动力传动系统的个别部件可以不同以适合多种特定应用。例如，在不包括行星齿轮组24的另一种配置中，可以提供电机（马达/发电机）通过从发动机或再生制动接收扭矩而作为发电机运转，同时该相同的电机通过从牵引电池接收电力并通过变速器提供扭矩而作为马达运转。可以预想车辆动力传动系统和电机实施的其它车辆配置，并从而认为在本发明的范围之内。

电池46进一步包括双向电连接，使得它还接收并存储例如通过再生制动提供的能量，并且然后供应能量至电机。从发电机32吸收的扭矩产生的电能可通过电连接传输至电池46。电池46供应存储的能量至马达34用于运转。马达34可使用电能以提供辅助扭矩驱动至发动机20。从发动机20传输至发电机32的一部分动力也可以直接传输至马达34。

混合动力传动系统控制模块（HPCM）52发布控制信号至指定DC电路总线50的希望电压的VVC48。控制信号连接通过短线虚线说明。HPCM52还感测电池46和VVC48的输出电压二者的电压水平。响应于驾驶员输入，HPCM52发布控制指令信号至发动机20和逆变器42以及44以调整通过发动机20、发电机32和马达34的组合产生的总扭矩。HPCM52进一步感应逆变器42和44的实际输出。如果通过马达34实际传输的扭矩显著不同于请求的扭矩，那么车辆加速将不符合驾驶员的预期。如果通过发电机32实际传输的扭矩显著不同于请求的扭矩，那么发动机转速将脱离预期行为。

尽管车辆动力传动系统10说明为具有HPCM，但是根据需要该控制系统可以包括两个以上或以下的控制器。例如，独立的电池控制模块（BCM）能直接控制电池46。此外，独立的马达控制模块可直接连接至马达34并连接至车辆中的其它控制器。应理解，车辆中所有预想的动力（propulsion）控制器中的每个的特征都描述在HPCM实施例中。

可以以三相交流电的形式提供通过发电机32产生的电能。类似地，牵引马达34的负荷也可以是三相模拟交流电。HPCM52感应发电机32和马达34两者模拟信号的输出。其它的感应值也通过HPCM52以模拟形式接收。例如，DC总线50电压、电池46电压、额外的车辆车载电压以及多个温度传感器都可以通过HPCM52监视。指示车辆工况的模拟信号可以转换为数字信号以通过HPCM52中的微处理器处理。微控制器通常配备有限数量的模数转换器（ADC）。此外，用于马达和发电机的指令信号以数字形式从HPCM52产生。为了控制马达34、发电机32和VVC48，ADC必须就绪以转换感应的与马达和发电机关联的模拟电流信号以及感应的与VVC48关联的电压。响应于监视的值，HPCM52以预定的节拍（cadence）发布所有指令信号至马达逆变器44、发电机逆变器42和VVC48。使用单个微控制器完全管理多个需要的转换和数据获取。

参考图2，显示了说明车辆10中动力传动系统控制系统62的实施例的框图。驾驶员输入请求64，比如通过压下加速器而输入加速请求。驾驶员请求64通过发动机控制模块/车辆系统控制器（ECM/VSC）66接收。ECM/VSC66处理这些驾驶员请求64并且在车辆10中通信指令。ECM/VSC66电连接至车辆中的多个子系统并且充当车辆10的综合控制。例如，ECM/VSC66连接至控制车辆10中具体混合动力部件（比如马达78、发电机80、VVC48和/或电池46）的HPCM52。

HPCM52可包括具有不同功能的内部微控制器的组合。在至少一个实施例中，包括专用的混合动力控制单元（HCU）68以经由车辆控制器局域网（CAN）总线70从ECM/VSC66接收扭矩指令。HPCM52进一步包括马达/发电机控制单元（MGCU）72。HCU68经由串联外围接口（SPI）连接而连接至MGCU72。HCU68通过SPI74提供扭矩请求信号至MGCU72。作为响应，MGCU72提供电流指令信号至调整提供至马达78和发电机80中每者的电流的逆变器系统76。指令信号可包含调制的脉冲宽度（或脉宽调制（PWM,pulse width modulated））以利用数字控制逻辑来创建模拟等值。逆变器系统76进一步调整VVC82以产生在车辆电池和马达78以及发电机80中每者之间供应的电压调节。

HPCM52还可以可通信地连接至其它控制单元（比如发动机控制单元（ECU））使得HCU68指令ECU以多种方式控制发动机20。在另一个实施例中，对马达78和发电机80中的每者提供独立的控制单元。此外，还可以包括电池控制模块（BCM）以从HCU68接收指令并控制电池46的电力分配。如图2中说明的，马达逆变器84和发电机逆变器86通过MGCU72控制并可通信地连接至MGCU72。马达逆变器84和发电机逆变器86从MGCU72接收指令，并打开或关闭内部开关以启动或停止与电机之间的电力流动。

VVC82也可通信地连接至MGCU72并通过其控制。MGCU72控制电感器88使得VVC82修改供应至马达78和发电机80两者的电压。具体地，出于多个目的（比如但不限于电机的扭矩容量优化、系统损失优化等）在HEV传动系统内使用VVC82将电池46电压升高至较高水平的电压。

尽管按图2中显示的说明而提供控制器的体系，但是可预想还有控制器的其它体系而不脱离本发明的范围。例如，没有HCU68则ECM/VSC66可以与MGCU72直接通信。还可以预想对不同特定车辆有益的其它配置。ECM/VSC66根据请求的扭矩和动力需求而控制每个从控制器。可预想比本说明书中描述的更多或更少的控制器，并且这些控制器中的一个或多个能可通信地协作完成特定任务。任何以及所有这些控制器或其组合可简单地称为“控制器”。

关于提供的电流水平需要的精确度，车辆可配置用于一旦启动就经历计划校准程序。在至少一个实施例中，多个电流传感器可以被置零（zero）使得补偿值添加至传感器读数以处理电子系统中追踪电流存在、影响电流读数的车辆外部状况或传感器偏移（drift）的其它源。用于马达和发电机两者的三相源电流连接中的每者在车辆启动中经历置零程序。该程序的结果是，MGCU72产生校准值或电流传感器补偿，该补偿与每个源电流连接关联。MGCU72从而产生基于电流传感器补偿值而调节的电流指令。此外，VVC82经历在启动事件时计划发生的类似自测。在进一步的实施例中，可引入多个诊断信号评估以核实电子系统的完整。例如，提供电流指令之前执行的脉冲测试可用于验证系统中的高压连接。

MGCU72总体上配置用于在重置之后经历计划的启动程序（power up procedure）。然而，在有效电流流动通过电子网络时传感器校准将会是无效的，并且此外可以停止动力传动系统。在至少一个实施例中，包括用于HPCM52的恢复策略以从滚动重置事件迅速地恢复。这可防止车辆10完全停车，这对驾驶员而言是不希望的。MGCU72配置用于在每个确定之后提供校准值至HCU68。HCU68将值存储在存储器中。HCU68配置用于感应重置的原因。例如，HCU68可以识别内部的控制器重置和用户发起的重置。响应于当车辆高于预定速度阈值时感应到MGCU72的内部重置，HCU68提供之前存储的校准值至MCGU72。这样，MCGU72配置用于避免预定的启动程序并接受从HCU68提供的存储值。MCGU72从而根据重置之前识别的校准值继续运转。该策略允许最小化车辆移动期间由于MGCU72的重置引起的电机不能运转。理想地，驾驶员感觉不到滚动重置的效果并且以基本上立即的方式供应扭矩指令。例如，在至少一个实施例中电机在重置之后不能运转的时间段的总体范围为200至300毫秒。

图3描述了控制器恢复方法的流程图，总体上通过标号100指示。算法显示从控制器（例如MGCU）在滚动重置之后的恢复程序。算法在步骤102处开始。控制器配置用于在时间间隔T1处作出评估。所以，如果在步骤104处经过的时间高于T1，控制器前进至下一步并考虑车速。在步骤104处如果经过的时间小于T1，控制器保持直到经过的时间达到T1。

在步骤106处控制器感应车速。如果车速高于阈值（通过Speed_MAXZERO指示），那么控制器不尝试重新校准电流传感器来获取新的补偿值。最大转速阈值可以设置为马达解角器的感应转速值（例如以10转每分（rpm）旋转）。阈值可设置为较低值以确保在尝试电流传感器校准之前转速足够低。控制器然后前进至步骤108以评估电流传感器补偿值是否通过HCU提供。如果没有接收到补偿值，控制器返回至步骤106重新评估车速。该循环继续而MGCU停用直到通过HCU提供补偿，或者车速足够低以执行电流传感器的置零校准。

在108处如果已经通过从HCU接收到电流补偿值，在步骤110处控制器使用HCU提供的那些值更新电流传感器补偿值。控制器前进至步骤112并对接收到对应的补偿值的每个装置将内部标记设置为“置零完成”。该标记向主控制器HCU提供MGCU就绪提供电流指令至马达和发电机中的每者和/或提供电压指令至VVC的指示。

在步骤106处如果车速低于阈值（通过Speed_MAXZERO指示），那么控制器进入程序以置零电流传感器。在步骤114处控制器采用电流读数用于将要校准的每个传感器。该模式包括收集足够数量的样本读数来生成电流补偿值从而确保没有错误读数或异常。在步骤116处控制器评估是否供应了样本电流控制器读数的需要的最小数量以用于算法确定新的补偿值。如果已经获取的读数小于读数的需要数量，控制器返回至步骤106重新评估车速以确保适合继续采集更多的校准读数。

在步骤116处如果达到读数的需要数量，在步骤118处控制器基于读数计算新的电流传感器补偿值。控制器前进至步骤112并对接收到对应的补偿值的每个装置将内部标记设置为“置零完成”。同样，该标记通知HCU，MGCU处于运转状态以提供适当的电流指令至电机。

图4描述了根据主控制器（例如HCU）的恢复方法的流程图，该流程图总体上通过标号200指示。控制器在步骤202处开始恢复程序。在步骤204处控制器首先确定从控制器（例如MGCU）是否经历重置。在步骤204处如果从控制器已经经历重置，在步骤206处主控制器将内部校准序列完成标记设置为“假”，指示需要传感器校准。在208处控制器评估之前成功的传感器校准指令是否已经发送至从控制器。如果之前的指令已经被发送，从主控制器的角度来看恢复序列200已经完成。

在步骤208处如果没有指示之前成功的校准序列，则在210处主控制器发送之前存储的电流传感器补偿值至从控制器。一旦接收到来自从控制器之前执行的计算则在212处这些值可以存储至存储器。控制器然后存储电流补偿值至存储器作为最新值。这些值可以包含新的时间戳。

在步骤214处主控制器然后检查从控制器的电流传感器置零的状态。在步骤216处主控制器评估置零状态。在步骤216处如果在从控制器内完成置零，则在步骤218处主控制器将校准序列标记设置为“真”。该标记可用于指示不再需要校准序列，并且批准进一步的扭矩指令。在步骤216处如果电流传感器置零没有完成，主控制器返回至步骤204以重新尝试恢复序列。

在上述实施例中，主控制器识别从控制器的重置，并且作为响应，提供传感器校准值。可预想替代实施例可包括响应于重置而主动请求主控制器提供之前存储的电流传感器补偿值的从控制器。

本发明公开的程序、方法和算法可通过包括任何现有的可编程电子控制单元或专用的电子控制单元的处理装置、控制器或计算机使用/实施。类似的，程序、方法或算法可存储为通过控制器或计算机以多种形式执行的数据和指令，包括但不限于永久存储在不可写的存储媒介（比如ROM设备）中并且可替代地信息可存储在可写的存储媒介（比如软盘、磁带、CD、RAM设备和其它的磁性和光学媒介）中。程序、方法或算法还可在可执行软件的对象中实施。可替代地，可以使用适当的硬件部件整体地或部分地包含该程序、方法或算法，比如专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、状态机（state machine）、控制器或其它硬件部件或设备，或者硬件、软件和固件部件的结合。

虽然上文描述了示例实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解可作出各种改变而不脱离本发明的精神和范围。如上所述，可组合多个执行实施例的特征以形成本发明没有明确描述或说明的进一步的实施例。虽然已经对一个或多个希望的特征描述了提供优点的或优于其它实施例或现有技术实施的多个实施例，本技术领域中的普通技术人员应理解可以包含一个或多个特性以实现希望的综合系统属性，该属性取决于具体的应用和实施。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配的便利性等。这样，对于一个或多个特性描述的可取性低于其它实施例或现有技术实施的实施例没有在本发明的范围之外并且可能对于特定应用是可取的。

Claims (10)

1.一种车辆，包括：

电机；以及

至少一个控制器，被配置为：响应于当所述车辆的车速高于阈值时所述至少一个控制器的重置，避免启动程序并且根据在所述重置之前计算的校准值提供电流指令至所述电机，使得所述电机由于所述重置导致的不能运转小于一秒。

2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个控制器进一步被配置为：响应于当所述车辆的车速高于阈值时所述至少一个控制器的重置，根据所述重置之前识别的校准值提供电流指令至所述电机使得所述电机由于所述重置导致的不能运转小于300毫秒。

3.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个控制器进一步被配置为在所述重置之后从主控制器请求校准值。

4.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述校准值指示对应于所述电流指令的调节的至少一个电机源电流补偿值。

5.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个控制器进一步被配置为：一旦所述车辆在停车后再启动并且所述车辆的车速小于阈值，则执行预定的启动程序并计算新的校准值。

6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述预定的启动程序包括提供电流指令至所述电机之前的诊断信号评估。

7.根据权利要求1所述的车辆，进一步包括：主控制器，被配置为感应所述至少一个控制器的重置并提供所述校准值至所述至少一个控制器使得所述控制器恢复提供所述电流指令。

8.一种车辆动力传动系统控制系统，包括：

电机；

第一控制器，被配置为提供扭矩指令；以及

第二控制器，被配置为产生校准值并基于所述扭矩指令和所述校准值提供电流指令至电机，其中，所述第一控制器进一步被配置为存储校准值并响应于当所述车辆的速度高于阈值时所述第二控制器的重置而提供所述校准值至所述第二控制器使得所述电机由于所述重置导致的不能运转小于一秒。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述第二控制器进一步被配置为响应于当所述车辆的速度高于阈值时所述第二控制器的重置而从所述第一控制器接收所述校准值使得所述电机由于所述重置导致的不能运转小于300毫秒。

10.一种控制混合动力电动车辆的扭矩驱动的方法，所述方法包括：

基于扭矩请求产生电流指令信号；

通过第二控制器产生指示电流指令调节补偿的校准值；

发送指示所述校准值的信号至第一控制器；

将所述校准值存储在所述第一控制器的存储器中；

响应于当所述车辆的速度高于阈值时所述第二控制器的重置而提供所述校准值至所述第二控制器；以及

使用所述校准值恢复所述第二控制器的运转使得电机不能运转推进所述车辆的时间段小于一秒。