CN103863122A - 用于纯电动汽车的扭矩安全监控装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扭矩安全监控控制方法,包括监控扭矩请求，监控扭矩执行，以及监控车辆状态。通过使用本发明，可以避免由于故障导致扭矩请求和扭矩执行产生异常，进而引发非期望的车辆加速或减速的危险，从而保证整个驱动动力系统能够安全、可靠的工作。
Description
技术领域
本发明涉及汽车控制技术领域，特别涉及纯电动汽车的扭矩监控的装置和方法。
背景技术
随着我国汽车保有量的不断攀升，能源安全和环境保护问题越来越受到政府和社会的重视。发展新的清洁替代能源，减少对石油资源的依赖，实现节能减排，已成为世界经济持续发展迫切需要解决的问题。纯电动汽车在使用过程中实现了“零排放”和高效率，在有效减少车辆环境污染的同时缓解了交通对石油资源的过度消耗，因此，大力发展纯电动汽车成为解决我国当前能源和环境问题的一项重要手段。
传统汽油车的动力系统由发动机和变速箱组成，与其不同的是，纯电动汽车的动力系统主要由整车控制器、大功率驱动电机、电机控制器、高压电池组、电池管理系统、直流/直流变换器组成。整车控制器是纯电动汽车控制系统的核心，主要进行整个系统的高、低压电管理、扭矩管理、空调等附件管理及动力系统故障诊断。从扭矩管理的角度来说，整车控制器根据加速踏板位置、制动踏板位置、换档杆位置，电池SOC（荷电状态）等输入信号，将驾驶员的驾驶需求最终转化为对电机的扭矩请求。大功率驱动电机是纯电动汽车的唯一提供动力的装置，在前进、倒车工况下提供驱动力，同时在车辆滑行或制动时提供一定的再生制动扭矩。电机控制器控制大功率驱动电机，使其能够可靠、高效率的工作。高压电池组是纯电动汽车上唯一的存储能量装置，在电机驱动工况下高压电池放电，电机将电能转化为机械能从而驱动车辆；在电机再生制动工况下，电机将车辆的动能转化为电能，为高压电池充电，同时提供一定的电机制动力矩使得车辆制动。电池管理系统主要对高压电池组内的各个电池堆进行热管理和电压均衡管理，保证高压电池能够可靠、持久的工作。直流/直流变换器将高电压转化为低电压，使得高压电池能够对低压12V电池进行充电，以满足行使过程中低压负载的用电需求。
整车控制器作为发出扭矩请求指令的控制单元，电机控制器作为执行扭矩请求指令的控制单元，从整车系统安全的角度出发，必须保证能够准确、安全、可靠的反映和执行驾驶员扭矩需求。因此，必须设计一套完整的扭矩监控架构及机制，当其工作异常时（如由于软件缺陷、内存等硬件故障，整车控制器发出的扭矩指令与当前的驾驶工况和驾驶员的扭矩请求意图出现严重偏差），能够及时的发现并采取相应的故障处理措施、保证行车安全。
发明内容
为了解决上述问题的至少一个方面，本发明公开了一种扭矩安全监控控制方法,包括监控扭矩请求，监控扭矩执行，以及监控车辆状态，其中所述监控扭矩请求的步骤包括根据扭矩请求输入信息，以第一扭矩请求计算算法计算得到扭矩请求；根据当前的扭矩请求输入信息，以第二扭矩请求计算算法计算得到冗余扭矩请求；计算所述扭矩请求和所述冗余扭矩请求的请求差值，并且在所述请求差值大于请求差值阈值时，将所述扭矩请求限制在安全请求范围内；以及将所述扭矩请求提供给电机控制器；所述监控扭矩执行的步骤包括根据第一组扭矩计算参数，以第一扭矩计算算法计算得到实际扭矩；根据第二组扭矩计算参数，以第二扭矩计算算法计算得到冗余实际扭矩；以及，计算被提供给所述电机控制器的所述扭矩请求、所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩之间的差值，如果所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩之间的差值大于扭矩差值阈值，或者所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩两者之中至少一个大于等于所述扭矩请求，则将电机实际扭矩限制在安全执行范围内；以及所述监控车辆状态的步骤包括根据预测输入参数计算得到目标输出参数；根据实际输入参数计算得到实际输出参数；以及计算所述目标输出参数和所述实际输出参数的输出差值，并且在所述输出差值大于输出差值阈值时，将电机实际扭矩限制在安全执行范围内。
扭矩安全监控控制方法中，所述扭矩请求输入信息包括加速踏板位置、制动踏板位置、车速、换档杆位置、以及电池SOC信息。
扭矩安全监控控制方法中，所述第一组扭矩计算参数包括电机本身的电感Ld和Lq、电机扭矩控制电流id和iq、电机极对数pp、以及磁通链Ψf。
扭矩安全监控控制方法中，所述第一扭矩计算算法表示为：
扭矩安全监控控制方法中，所述第二组扭矩计算参数包括电机电流I、电压U、电机转速n、以及电机效率η。
扭矩安全监控控制方法中，所述第二扭矩计算算法表示为：
扭矩安全监控控制方法中，所述预测输入参数包括加速踏板位置、刹车踏板位置、车速、以及当前档位信息。
扭矩安全监控控制方法中，所述实际输入参数包括电机反馈的实际输出扭矩、车速、当前档位信息.
扭矩安全监控控制方法中，所述目标输出参数包括车辆目标加速度和车辆目标位移参数。
扭矩安全监控控制方法中，所述实际输出参数包括车辆实际加速度和车辆实际位移参数。
本发明公开了一种监控扭矩请求的方法，包括：根据扭矩请求输入信息，以第一扭矩请求计算算法计算得到扭矩请求；根据当前的扭矩请求输入信息，以第二扭矩请求计算算法计算得到冗余扭矩请求；计算所述扭矩请求和所述冗余扭矩请求的请求差值，并且在所述请求差值大于请求差值阈值时，将所述扭矩请求限制在安全请求范围内；以及将所述扭矩请求提供给电机控制器。
本发明公开了一种监控扭矩执行方法，包括:根据第一组扭矩计算参数，以第一扭矩计算算法计算得到实际扭矩；根据第二组扭矩计算参数，以第二扭矩计算算法计算得到冗余实际扭矩；以及计算被提供给所述电机控制器的所述扭矩请求、所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩之间的差值，如果所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩之间的差值大于扭矩差值阈值，或者所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩两者之中至少一个大于等于所述扭矩请求，则将电机实际扭矩限制在安全执行范围内。
本发明公开了一种监控车辆状态的方法，包括:根据预测输入参数计算得到目标输出参数；根据实际输入参数计算得到实际输出参数；以及计算所述目标输出参数和所述实际输出参数的输出差值，并且在所述输出差值大于输出差值阈值时，将电机实际扭矩限制在安全执行范围内。
通过使用本发明，可以避免由于故障导致扭矩请求和扭矩执行产生异常，进而引发非期望的车辆加速或减速的危险，从而保证整个驱动动力系统能够安全、可靠的工作。
附图说明
为便于理解，下面参照附图通过非限定性例子来描述本发明的实施例。图中：
图1示出纯电动汽车扭矩安全监控系统架构；
图2示出扭矩请求监控系统架构；
图3示出扭矩执行监控系统架构；
图4示出车辆状态监控系统架构。
具体实施方式
纯电动汽车的扭矩安全监控系统的主要控制架构如图1所示，包括三层监控：扭矩请求监控100，扭矩执行监控120和扭矩安全相关的车辆状态监控140。
纯电动汽车扭矩安全监控架构的第一层是扭矩请求监控。由于整车控制器10负责识别驾驶员扭矩需求，并把驾驶员的初始扭矩需求经过扭矩滤波、扭矩限制等处理产生最终扭矩请求发送给电机控制器12，因此扭矩请求监控由整车控制器10完成。扭矩请求监控如图2所示，分为两部分：驾驶员扭矩解释模块102与驾驶员扭矩解释冗余计算模块104。其中，驾驶员请求扭矩解释模块102根据当前的加速踏板位置、制动踏板位置、车速、换档杆位置、电池SOC等信息，计算得到符合驾驶员需求的电机请求扭矩。同样，驾驶员请求扭矩解释冗余计算模块104根据同样的输入信号通过差异化算法，计算得到冗余扭矩请求。最后，对扭矩请求和冗余扭矩请求进行比较，如果两者之间的差值小于等于某一阈值，可认为驾驶员扭矩解释模块102计算出的扭矩请求是合理的；如果两者之间的差值大于该阈值，则触发相关安全机制，将发送给电机控制器12的扭矩请求限制在一个安全范围。
纯电动汽车扭矩安全监控架构的第二层是扭矩执行监控120。由于电机控制器12根据来自整车控制器10的扭矩请求控制驱动电机产生相应的扭矩，因此为保证纯电动汽车的扭矩安全，需要对扭矩执行也进行相应的监控。扭矩执行监控如图3所示，分为两部分：电机实际扭矩计算模块121与电机实际扭矩冗余计算模块122。其中，实际扭矩计算模块121根据电机本身的电感Ld和Lq、电机扭矩控制电流id和iq、电机极对数pp、磁通链Ψf等相关信息，按照对应的扭矩方程式
计算得到电机实际产生的扭矩。同样，实际扭矩冗余计算模块122根据监测到的电机电流I、电压U、通过转速传感器得到的电机转速n、以及根据电机温度等信息，基于台架测试数据得到的电机效率η，通过差异化算法，按照对应的扭矩方程式
计算得到冗余实际扭矩。最后，对实际扭矩、冗余实际扭矩和扭矩请求进行比较，如果实际扭矩和冗余实际扭矩之间的差值小于等于某一阈值，且实际扭矩和冗余实际扭矩都小于等于扭矩请求，可认为电机发出的扭矩是安全的；如果实际扭矩和冗余实际扭矩之间的差值大于该阈值，或者实际扭矩和冗余实际扭矩两者之中有一个或两个都大于等于扭矩请求，则触发相关安全机制，通过限制电压或电流，将电机输出扭矩限制在一个安全范围。
纯电动汽车扭矩安全监控架构的第三层是与扭矩相关的车辆状态监控140。由于扭矩的变化会对车辆状态，例如车速，车辆加速度、车辆位移等产生影响，因此通过对车辆状态的监控来最终保证纯电动汽车的扭矩安全。与扭矩相关的车辆状态监控如图4所示，分为两部分：车辆状态预测模块141与车辆实际状态计算模块142。其中，车辆状态预测模块141根据当前的加速踏板位置、刹车踏板位置、车速、当前档位等相关信息，计算得到符合驾驶员预期的预测的车辆目标加速度和车辆目标位移这两个车辆目标状态参数。在车辆实际状态计算模块中，根据电机反馈的实际输出扭矩、车速、当前档位等相关信息，计算得到车辆实际加速度和车辆实际位移这两个车辆实际状态参数。最后，对预测的车辆目标状态参数和计算得到的车辆实际状态参数进行比较，如果在设定时间内，预测的车辆目标状态参数和计算得到的车辆实际状态参数之间的差值小于等于某一阈值，可以认为车辆是安全的；预测的车辆状态参数和计算得到的车辆实际状态参数之间的差值大于该阈值，则触发相关安全机制，将发送给电机控制器12的扭矩请求限制在一个安全范围。
纯电动汽车扭矩安全架构还包括相关程序完整性监控，程序完整性监控保证扭矩请求监控、扭矩执行监控和与扭矩相关的车辆状态监控模块按预先设定的调度顺序依次被执行，如果有某一监控功能没有被执行，或监控功能虽然被执行但其执行的顺序没有按照预先设定的顺序，那么也会立即触发扭矩监控故障并通过故障处理机制把电机输出扭矩限制在一个安全的范围。
Claims (12)
1.一种扭矩安全监控控制方法,包括监控扭矩请求，监控扭矩执行，以及监控车辆状态，其中
所述监控扭矩请求的步骤包括根据扭矩请求输入信息，以第一扭矩请求计算算法计算得到扭矩请求；根据当前的扭矩请求输入信息，以第二扭矩请求计算算法计算得到冗余扭矩请求；计算所述扭矩请求和所述冗余扭矩请求的请求差值，并且在所述请求差值大于请求差值阈值时，将所述扭矩请求限制在安全请求范围内；以及将所述扭矩请求提供给电机控制器；
所述监控扭矩执行的步骤包括根据第一组扭矩计算参数，以第一扭矩计算算法计算得到实际扭矩；根据第二组扭矩计算参数，以第二扭矩计算算法计算得到冗余实际扭矩；以及，计算被提供给所述电机控制器的所述扭矩请求、所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩之间的差值，如果所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩之间的差值大于扭矩差值阈值，或者所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩两者之中至少一个大于等于所述扭矩请求，则将电机实际扭矩限制在安全执行范围内；以及
所述监控车辆状态的步骤包括根据预测输入参数计算得到目标输出参数；根据实际输入参数计算得到实际目标输出参数；以及计算所述目标输出参数和所述实际目标输出参数的输出差值，并且在所述输出差值大于输出差值阈值时，将电机实际扭矩限制在安全执行范围内。
2.如权利要求1的扭矩安全监控控制方法,其中，所述扭矩请求输入信息包括加速踏板位置、制动踏板位置、车速、换档杆位置、以及电池SOC信息。
3. 如权利要求1的扭矩安全监控控制方法,其中，所述第一组扭矩计算参数包括电机本身的电感Ld和Lq、电机扭矩控制电流id和iq、电机极对数pp、以及磁通链Ψf。
4. 如权利要求3的扭矩安全监控控制方法,其中，所述第一扭矩计算算法表示为：
5. 如权利要求1的扭矩安全监控控制方法,其中，所述第二组扭矩计算参数包括电机电流I、电压U、电机转速n、以及电机效率η。
6. 如权利要求5的扭矩安全监控控制方法,其中，所述第二扭矩计算算法表示为：
7. 如权利要求1的扭矩安全监控控制方法,其中，所述预测输入参数包括加速踏板位置、刹车踏板位置、车速、以及当前档位信息。
8. 如权利要求1的扭矩安全监控控制方法,其中，所述实际输入参数包括电机反馈的实际输出扭矩、车速、当前档位信息。
9. 一种扭矩安全监控控制装置,包括监控扭矩请求设备，监控扭矩执行设备，以及监控车辆状态设备，其中
所述监控扭矩请求设备用于根据扭矩请求输入信息，以第一扭矩请求计算算法计算得到扭矩请求；根据当前的扭矩请求输入信息，以第二扭矩请求计算算法计算得到冗余扭矩请求；计算所述扭矩请求和所述冗余扭矩请求的请求差值，并且在所述请求差值大于请求差值阈值时，将所述扭矩请求限制在安全请求范围内；以及将所述扭矩请求提供给电机控制器；
所述监控扭矩执行设备用于根据第一组扭矩计算参数，以第一扭矩计算算法计算得到实际扭矩；根据第二组扭矩计算参数，以第二扭矩计算算法计算得到冗余实际扭矩；以及，计算被提供给所述电机控制器的所述扭矩请求、所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩之间的差值，如果所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩之间的差值大于扭矩差值阈值，或者所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩两者之中至少一个大于等于所述扭矩请求，则将电机实际扭矩限制在安全执行范围内；以及
所述监控车辆状态设备用于根据预测输入参数计算得到目标输出参数；根据实际输入参数计算得到实际输出参数；以及计算所述目标输出参数和所述实际输出参数的输出差值，并且在所述输出差值大于输出差值阈值时，将电机实际扭矩限制在安全执行范围内。
10. 一种监控扭矩请求的方法，包括：
根据扭矩请求输入信息，以第一扭矩请求计算算法计算得到扭矩请求；
根据当前的扭矩请求输入信息，以第二扭矩请求计算算法计算得到冗余扭矩请求；
计算所述扭矩请求和所述冗余扭矩请求的请求差值，并且在所述请求差值大于请求差值阈值时，将所述扭矩请求限制在安全请求范围内；以及
将所述扭矩请求提供给电机控制器。
11. 一种监控扭矩执行方法，包括:
根据第一组扭矩计算参数，以第一扭矩计算算法计算得到实际扭矩；
根据第二组扭矩计算参数，以第二扭矩计算算法计算得到冗余实际扭矩；以及
计算被提供给所述电机控制器的所述扭矩请求、所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩之间的差值，如果所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩之间的差值大于扭矩差值阈值，或者所述实际扭矩和所述冗余实际扭矩两者之中至少一个大于等于所述扭矩请求，则将电机实际扭矩限制在安全执行范围内。
12. 一种监控车辆状态的方法，包括:
根据预测输入参数计算得到目标输出参数；
根据实际输入参数计算得到实际输出参数；以及
计算所述目标输出参数和所述实际输出参数的输出差值，并且在所述输出差值大于输出差值阈值时，将电机实际扭矩限制在安全执行范围内。
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