CN103754215B - 一种混合动力整车控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力整车控制系统。所述混合动力整车控制系统包括整车控制单元、纯电动模式控制模块、混合模式控制模块、信号处理模块、高压供电管理模块、能量管理模块以及CAN模块。纯电动模式控制模块用于控制驱动电机使得车辆以纯电动状态运行，混合模式控制模块用于协调控制驱动电机与发动机的驱动力，信号处理模块用于接收和处理各种信号，高压供电管理模块用于给驱动电机供电，能量管理模块用于控制动力电池的充放电，整车控制单元通过CAN模块各模块之间进行通讯以根据整车控制状态控制车辆各部件，从而保证整车行驶的安全、可靠、高效、节能。
Description
技术领域
本发明属于混合动力车辆控制技术领域，特别涉及一种混合动力整车控制系统。
背景技术
目前，混合动力车辆的动力系统与传统车辆有较大差别，传统车的动力系统主要为发动机和传动系统，混合动力车辆的动力系统则包括发动机、驱动电机及控制器和传动系统。另外，传统车的能量源为燃油，混合动力车辆的动力系统能量来源为燃油和动力电池，且存在两者之间能量的转换。混合动力车辆的动力系统更为复杂，这对整车控制系统提出了更高的要求，需要根据车辆工况确定各动力源工作状态。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种混合动力整车控制系统，其可以对混合动力车辆的各个系统和部件进行控制，保证整车行驶的安全、可靠、高效、节能。
本发明通过如下技术方案实现：一种混合动力整车控制系统，其中，所述混合动力整车控制系统包括整车控制单元和与所述整车控制单元连接的纯电动模式控制模块、混合模式控制模块、信号处理模块、高压供电管理模块、能量管理模块以及CAN模块，其中，所述纯电动模式控制模块用于控制驱动电机使得车辆以纯电动状态运行，所述混合模式控制模块用于协调控制驱动电机与发动机的驱动力，所述信号处理模块用于接收和处理点火开关信号、油门踏板信号、制动踏板信号、行车面板输入信号、空调开关信号、手刹开关信号，所述高压供电管理模块用于给驱动电机供电，所述能量管理模块用于控制动力电池的充放电，所述整车控制单元通过所述CAN模块与纯电动模式控制模块、混合模式控制模块、信号处理模块、高压供电管理模块、能量管理模块之间进行通讯以根据整车控制状态控制车辆各部件。
作为上述技术方案的进一步改进，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的系统初始化模块，所述系统初始化模块用于纯电动模式控制模块、混合模式控制模块、信号处理模块、高压供电管理模块、能量管理模块、CAN模块的初始化。
作为上述技术方案的进一步改进，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的停车发电模式模块，所述停车发电模式模块用于根据动力电池的荷电状态SOC进行发电。
作为上述技术方案的进一步改进，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的换挡控制模块，所述换挡控制模块用于根据预先规定的换挡逻辑确定是否进行换挡。
作为上述技术方案的进一步改进，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的离合器控制模块，所述离合器控制模块用于根据车辆的行驶速度确定发动机是否输出驱动力。
作为上述技术方案的进一步改进，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的故障诊断模块，所述故障诊断模块用于诊断油门踏板传感器、制动踏板传感器、空调开关传感器、行车面板传感器、手刹开关传感器、点火开关传感器是否发生故障和确定混合动力整车控制系统是否出现逻辑故障。
作为上述技术方案的进一步改进，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的附件控制模块，所述附件控制模块用于控制电动气泵、电动冷却系统、电动助力泵、电动空调。
本发明的有益效果是：该混合动力整车控制系统包括整车控制单元和与所述整车控制单元连接的纯电动模式控制模块、混合模式控制模块、信号处理模块、高压供电管理模块、能量管理模块以及CAN模块，其中，所述纯电动模式控制模块用于控制驱动电机使得车辆以纯电动状态运行，所述混合模式控制模块用于协调控制驱动电机与发动机的驱动力，所述信号处理模块用于接收和处理点火开关信号、油门踏板信号、制动踏板信号、行车面板输入信号、空调开关信号、手刹开关信号，所述高压供电管理模块用于给驱动电机供电，所述能量管理模块用于控制动力电池的充放电，所述整车控制单元通过所述CAN模块与纯电动模式控制模块、混合模式控制模块、信号处理模块、高压供电管理模块、能量管理模块之间进行通讯以根据整车控制状态控制车辆各部件，从而保证整车行驶的安全、可靠、高效、节能。
附图说明
图1是根据本发明的一个具体实施例的混合动力整车控制系统的功能模块组成示意图。
图2是图1的混合动力整车控制系统的整车控制单元的基本控制逻辑的示意图。
图3是根据本发明的一个具体实施例的混合动力整车控制系统的结构组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的说明。
本发明的混合动力整车控制系统包括整车控制单元（VCU:vehicle controlunit）100，是混合动力汽车的核心控制部件，其功能模块图见图1。
如图3所示，该整车控制单元100与油门踏板传感器202、制动踏板传感器204、空调开关传感器206、行车面板传感器208、手刹开关传感器210、点火开关传感器212、发动机控制单元（ECU：engine control unit）222、车身管理单元214、电池管理单元（BMS：batterymanagement system）216、诊断调试单元230、电机控制单元218、高压管理单元220、变速器控制单元224通过CAN连接或通过线缆连接。整车控制单元100从上述传感器采集点火开关信号、油门踏板信号、制动踏板信号、行车面板输入信号、空调开关信号、刹车开关信号等其他部件信号，并通过CAN通讯与发动机控制单元、变速器控制单元、车身控制单元、电机控制单元等进行通讯，根据整车控制状态做出相应判断后，整车控制单元100将控制车辆各部件来驱动汽车正常行驶，从而保证整车行驶的安全、可靠、高效、节能。
整车控制单元100控制逻辑见图2。如图所示，其主要控制逻辑是整车控制单元100通过采集上述各传感器和上述各部件的输入输出信号，结合车辆运行的工况，确定系统在不同的工况条件下的状态和控制目标，根据计算的控制目标，整车控制单元可以确定系统工作模式和工作状态。具体而言，首先，在系统输入信号步骤S22采集输入输出信号，在系统实时工况步骤S24分析出系统当前的实时工况，在工况分析步骤S12中对工况进行分析，接着在系统工作逻辑步骤S14中，得到系统工作逻辑，在源程序控制逻辑S26中根据源程序控制逻辑，结合系统工作逻辑、工况算出控制目标，并在输出控制目标步骤S28中输出控制目标。
如上所述，该整车控制单元100的主要功能包括动力部件转矩控制、制动能量控制、电池电量管理、整车能量管理模块、CAN节点的信息交互、故障的诊断和处理、车辆状态监视等。
如图1所示，所述混合动力整车控制系统包括整车控制单元100和与所述整车控制单元100连接的纯电动模式控制模块108、混合模式控制模块110、信号处理模块104、高压供电管理模块106、能量管理模块118以及CAN模块124，其中，所述纯电动模式控制模块108用于控制驱动电机使得车辆以纯电动状态运行，所述混合模式控制模块110用于协调控制驱动电机与发动机的驱动力，所述信号处理模块104用于接收和处理点火开关信号、油门踏板信号、制动踏板信号、行车面板输入信号、空调开关信号、手刹开关信号，所述高压供电管理模块106用于给驱动电机供电，所述能量管理模块118用于控制动力电池的充放电，所述整车控制单元100通过所述CAN模块124与纯电动模式控制模块108、混合模式控制模块110、信号处理模块104、高压供电管理模块106、能量管理模块118之间进行通讯以根据整车控制状态控制车辆各部件。
另外，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元100连接的系统初始化模块102，所述系统初始化模块102用于纯电动模式控制模块108、混合模式控制模块110、信号处理模块104、高压供电管理模块106、能量管理模块118、CAN模块124的初始化。
而且，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元100连接的停车发电模式模块112，所述停车发电模式模块112用于根据动力电池的荷电状态SOC进行发电。
此外，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元100连接的换挡控制模块114，所述换挡控制模块114用于根据预先规定的换挡逻辑确定是否进行换挡。
另外，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元100连接的离合器控制模块116，所述离合器控制模块116用于根据车辆的行驶速度确定发动机是否输出驱动力。
另外，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元100连接的故障诊断模块120，所述故障诊断模块120用于诊断油门踏板传感器、制动踏板传感器、空调开关传感器、行车面板传感器、手刹开关传感器、点火开关传感器是否发生故障和确定混合动力整车控制系统是否出现逻辑故障。
而且，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元100连接的附件控制模块122，所述附件控制模块122用于控制电动气泵、电动冷却系统、电动助力泵、电动空调。
下面结合图1对混合动力整车控制系统的各单元模块进行说明。
系统初始化模块102主要在系统刚上电时运行，主要为各个子系统和各模块进行复位，对各个传感器及执行器初始化，系统进行自检等。
信号处理模块104主要为将收到的传感器的电信号进行识别，以辨别驾驶员的驾驶意图和车辆状态，对数字信号进行逻辑处理，将模拟量信号转换为系统的状态，保证能给系统输入正确油门开度、变速箱档位、电机和发动机的工况等。
对于混合动力系统来说，高压供电管理模块106是必不可少的环节。高压供电管理模块106主要包括以下功能：（1）保证驱动电机系统的正常供电；（2）保证其他高压附件的供电，比如DC-DC、电动打气泵、电动油泵、电动空调等；（3）检测功能，根据BMS（batterymanagement system）和绝缘检测仪的信息，确定高压系统状态是否正常；（4）保护功能，在系统检测到高压故障时可以有效切断高压线路，减小损失。
纯电动模式控制模块108在车辆以纯电动状态运行时，可以有效控制驱动电机运行状态，保证电机的驱动力可以满足车辆的动力性，同时还具有刹车能量回馈功能。
混合模式控制模块110用于在混合动力状态下进行车辆控制。混合动力状态下，车辆的控制状态比较复杂，驱动电机的工作状态有驱动和发电两种模式，混合模式控制模块110的具体的控制状态如下：（1）在需要大的驱动力和电量较高时，合理分配发动机和电机的驱动力；（2）在电量较低和其他适合发电的工况时，由发动机作为动力源，驱动车辆的同时给电池补充电能；（3）适时地进行刹车能量回馈。
停车发电模式模块112作为应急功能模块，主要是为了在电池电量过低时补充电能，此时需要发动机工作在高效区，调节发电力矩，保证电机能稳定的给电池供电，供电量可以根据电池的SOC确定，在SOC较低是以较大电流发电，在SOC较高时以较小电流发电。
换挡控制模块114是动力系统的核心控制模块，直接影响到系统的动力性能和车辆的平顺性。换挡控制模块114主要包括以下几项内容：（1）根据各个档位的不同确定不同的换挡逻辑；（2）根据制定的控制逻辑确定系统是否换挡；（3）确定换挡时的各个子系统的控制状态，包括发动机、电机、离合器、变速箱的状态；
离合器控制模块116是确定发动机是否介入输出驱动力到传动部分，在车辆低速运转或者换挡时离合器分离，电机驱动车辆，避免了发动机工作在低效区，可以有效减小车辆油耗；在转速升上去之后离合器再结合，尽量使发动机工作在高效区。
受限于目前的动力电池技术，动力电池的性能有限，价格也比较高，能量管理模块118主要是为了保护动力系统电池，避免电池过冲过放。能量管理模块118的措施主要如下：（1）跟充电机进行通讯，避免过冲；（2）根据制定的发电工况，确定电机的发电力矩，给电池充电；（3）在电池SOC过低时，采取限功率或者强制发电，避免过放损坏电池；（4）电池状态不在正常区间时进行报警提示。
故障诊断模块120是系统进行自诊断和自我保护的重要环节，在判断系统出现故障时采取合理的临时处理措施，保护系统避免事故。故障诊断模块120主要包括传感器诊断和逻辑出错判断。对于传感器诊断方面，其进行油门踏板、换挡手柄、档位传感器、气压传感器、电池信息等的诊断，避免因为传感器故障引起系统逻辑出错。对于逻辑出错判断方面，其根据系统制定的控制逻辑和基本原理进行判断，尽可能多地判断系统是否出现故障。
附件控制模块122模块主要为了确定动力系统附件的控制状态，根据系统状态确定各个子系统的工作状态。对于电动气泵，根据气压确定系统的电动气泵是否工作；对于电动冷却系统，根据电机及电机控制器系统确定风扇运行速度；对于电动助力泵，根据工况使能电动助力泵；对于电动空调，根据空调开关确定电动空调是否工作。
CAN模块124主要有两大功能：传送信息和控制指令、以及系统监控。对于传送信息和控制指令方面，在车辆运行时，发动机ECU、电机控制器、整车控制单元100之间有大量的信息传输，CAN模块124为目前成熟的信息总线，可以有效的承担这些任务。对于系统监控方面，可以将车辆信息发送到CAN总线上，驾驶员和工程师可以从仪表、诊断仪及其他设备上读取车辆状态。
综上所述，本发明的混合动力系统整车控制系统通过混合动力车辆的整车控制单元，借助传感器、开关以及基于CAN通讯的其他二级控制器将整车运行信息反馈到整车控制单元，并根据车辆行驶要求向二级控制器及有关执行器发出指令。二级控制器包括ECU、MCU和部件、仪表等，从而对混合动力车辆的各个系统和整车进行控制，保证整车行驶的安全、可靠、高效、节能。
以上具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (7)
1.一种混合动力整车控制系统，其特征在于，所述混合动力整车控制系统包括整车控制单元和与所述整车控制单元连接的纯电动模式控制模块、混合模式控制模块、信号处理模块、高压供电管理模块、能量管理模块以及CAN模块，其中，所述纯电动模式控制模块用于控制驱动电机使得车辆以纯电动状态运行，所述混合模式控制模块用于协调控制驱动电机与发动机的驱动力，所述信号处理模块用于接收和处理点火开关信号、油门踏板信号、制动踏板信号、行车面板输入信号、空调开关信号、手刹开关信号，所述高压供电管理模块用于给驱动电机供电，所述能量管理模块用于控制动力电池的充放电，所述整车控制单元通过所述CAN模块与纯电动模式控制模块、混合模式控制模块、信号处理模块、高压供电管理模块、能量管理模块之间进行通讯以根据整车控制状态控制车辆各部件；
整车控制单元与油门踏板传感器、制动踏板传感器、空调开关传感器、行车面板传感器、手刹开关传感器、点火开关传感器、发动机控制单元、车身管理单元、电池管理单元、诊断调试单元、电机控制单元、高压管理单元、变速器控制单元通过CAN连接或通过线缆连接；整车控制单元从上述传感器采集点火开关信号、油门踏板信号、制动踏板信号、行车面板输入信号、空调开关信号及刹车开关信号，并通过CAN通讯与发动机控制单元、变速器控制单元、车身控制单元、电机控制单元进行通讯，根据整车控制状态做出相应判断后，整车控制单元将控制车辆各部件来驱动汽车正常行驶；
整车控制单元通过采集各传感器和各部件的输入输出信号，结合车辆运行的工况，确定系统在不同的工况条件下的状态和控制目标，根据计算的控制目标，整车控制单元可以确定系统工作模式和工作状态；具体而言，首先，在系统输入信号步骤采集输入输出信号，在系统实时工况步骤分析出系统当前的实时工况，在工况分析步骤中对工况进行分析，接着在系统工作逻辑步骤中，得到系统工作逻辑，在源程序控制逻辑中根据源程序控制逻辑，结合系统工作逻辑、工况算出控制目标，并在输出控制目标步骤中输出控制目标；
信号处理模块对收到的传感器的电信号进行识别，以辨别驾驶员的驾驶意图和车辆状态，对数字信号进行逻辑处理，将模拟量信号转换为系统的状态，保证能给系统输入正确油门开度、变速箱档位、电机和发动机的工况；
纯电动模式控制模块在车辆以纯电动状态运行时控制驱动电机运行状态，保证电机的驱动力可以满足车辆的动力性，同时还对刹车能量回馈进行反馈；
混合模式控制模块在混合动力状态下进行车辆控制，混合动力状态下，包括有驱动和发电两种模式，在需要大的驱动力和电量较高时，合理分配发动机和电机的驱动力；在电量较低和适合发电的工况时，由发动机作为动力源，驱动车辆的同时给电池补充电能；进行刹车能量回馈。
2.根据权利要求1所述的混合动力整车控制系统，其特征在于，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的系统初始化模块，所述系统初始化模块用于纯电动模式控制模块、混合模式控制模块、信号处理模块、高压供电管理模块、能量管理模块、CAN模块的初始化。
3.根据权利要求1所述的混合动力整车控制系统，其特征在于，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的停车发电模式模块，所述停车发电模式模块用于根据动力电池的荷电状态SOC进行发电。
4.根据权利要求1所述的混合动力整车控制系统，其特征在于，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的换挡控制模块，所述换挡控制模块用于根据预先规定的换挡逻辑确定是否进行换挡。
5.根据权利要求1所述的混合动力整车控制系统，其特征在于，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的离合器控制模块，所述离合器控制模块用于根据车辆的行驶速度确定发动机是否输出驱动力。
6.根据权利要求1所述的混合动力整车控制系统，其特征在于，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的故障诊断模块，所述故障诊断模块用于诊断油门踏板传感器、制动踏板传感器、空调开关传感器、行车面板传感器、手刹开关传感器、点火开关传感器是否发生故障和确定混合动力整车控制系统是否出现逻辑故障。
7.根据权利要求1所述的混合动力整车控制系统，其特征在于，所述混合动力整车控制系统还包括与所述整车控制单元连接的附件控制模块，所述附件控制模块用于控制电动气泵、电动冷却系统、电动助力泵、电动空调。
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