CN104052367B - 用于车辆中的电机的控制策略 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于车辆中的电机的控制策略。一种用于控制电动车辆的系统和方法包括至少一个控制器，所述控制器被配置为当电机电压超出过电压阈值时，检测过电压状况。响应于所述过电压状况，停用电机和可变电压转换器(VVC)。当确定电机电压减少到至少小于过电压阈值的第二阈值时，所述控制器被配置为将VVC设置在限制操作模式下。当确定电机电压减少到至少小于第二阈值和过电压阈值的第三阈值时，所述控制器被配置为重新启用电机并将VVC设置为正常操作模式。由于电机从引起过电压状况的瞬时状况中恢复，所以限制操作模式使车辆在驾驶周期期间保持车辆推进。

Description

用于车辆中的电机的控制策略
技术领域
本公开涉及一种用于控制电动车辆中的电机的系统。
背景技术
电池电动车辆(BEV)包括牵引电池，该牵引电池可从外部电源再充电以及给电机供电。混合动力电动车辆(HEV)包括内燃发动机、一个或更多个电机、以及至少部分地给电机供电的牵引电池。插电式混合动力电动车辆(PHEV)类似于HEV，但是PHEV中的牵引电池能够从外部电源再充电。这些车辆是能够至少部分地由电机驱动的车辆的示例。类似于传统的动力传动系，这些车辆可包括限制操作策略(LOS)模式，以使车辆的操作员在控制器检测到操作状况或可能需要检修的组件之后能继续驾驶车辆。
发明内容
根据本公开的一个或多个实施例，一种用于控制混合动力车辆的方法可包括：当电机电压超出过电压阈值时，停用电机和可变电压转换器(VVC)。当确定电机电压已经减少到至少第二阈值(第二阈值小于过电压阈值)时，电机被重新启用，并且VVC被设置为正常操作模式。
在另一个实施例中，所述方法还包括：在驾驶周期期间重新启用电机。
在另一个实施例中，所述方法包括：VVC的停用将电机设置在限制操作模式，其中，限制操作模式使车辆能够在驾驶周期期间保持车辆推进。
在另一个实施例中，所述方法还包括：响应于过电压状况，命令VVC在来自高压电连接的电压供应给电池的模式下运行，以迅速消耗高电压。
在另一个实施例中，响应于过电压状况，VVC被设置为防止向至少一个电机提供升压电压的模式。
在另一个实施例中，在至少一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)上出现过电压阈值。IGBT与VVC和电机中的至少一个关联。
根据本公开的一个或多个实施例，提供一种电动车辆，所述电动车辆具有牵引电池、至少一个电机和可变电压转换器(VVC)。所述电动车辆包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为：当电机电压超出过电压阈值时检测过电压状况。响应于所述过电压状况，电机和VVC被停用。当确定电机电压被减少到至少小于过电压阈值的安全阈值时，所述控制器被配置为将VVC设置为限制操作模式。当确定电机电压减少到至少小于安全阈值和过电压阈值的第三阈值时，所述控制器被配置为重新启用电机并将VVC设置为正常操作模式。由于电机从引起过电压状况的瞬时状况中恢复，所以限制操作模式使车辆能够在驾驶周期期间保持车辆推进。
根据本公开的一个或多个实施例，提供一种电动车辆，所述电动车辆具有牵引电池、电机和可变电压转换器(VVC)。所述电动车辆包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为：检测电机和VVC中的一个的电压何时超出过电压阈值。响应于所述电压超出过电压，停用电机和VVC。响应于确定所述电压减少到至少小于过电压阈值的第二阈值，所述控制器被配置为将VVC设置为限制操作模式。响应于确定电机电压减少到至少小于第二阈值和过电压阈值的第三阈值时，所述控制器被配置为重新启用电机并将VVC设置为正常操作模式。限制操作模式使车辆能够在驾驶周期期间保持车辆推进。
在另一个实施例中，电机包括至少一个逆变器，其中，所述过电压状况发生在至少一个逆变器中的一个上。
在另一个实施例中，电机包括至少一个结合到电机的逆变器，其中，电机的电压或所述至少一个逆变器的电压超出过电压阈值。
在另一个实施例中在至少一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)上出现超出过电压阈值的电压。IGBT与VVC和电机中的至少一个关联。
在另一个实施例中，电机包括逆变器，并且控制器还被配置为命令VVC在旁通模式下运行，在旁通模式下，来自逆变器的电压供应给电池，同时电机被停用。
在另一个实施例中，所述至少一个控制器还被配置为在驾驶周期期间重新启用电机。
根据本公开的一个或多个实施例，一种控制混合动力电动车辆的方法可包括：当电机电压超出过电压阈值时检测过电压状况。响应于所述过电压状况，电机被停用。当确定电机电压减少到至少小于过电压阈值的第二阈值(即，安全阈值)时，将可变电压转换器(VVC)设置为限制操作模式。当确定电机电压减少到至少小于第二阈值和过电压阈值的第三阈值时，重新启用电机并将VVC设置为正常操作模式。限制操作模式使车辆能够在驾驶周期期间保持车辆推进。
在另一个实施例中，响应于所述过电压状况，VVC被设置为防止向至少一个电机提供升压电压的模式。
在另一个实施例中，所述方法还包括：在驾驶周期期间重新启用电机。
在另一个实施例中，在至少一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)上出现所述过电压状况。IGBT与VVC和电机中的至少一个关联。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施例的混合动力电动车辆的示意图；
图2是示出图1的车辆的控制系统的示例的框图；
图3是图1的车辆的一部分的示意性图示；
图4是图3的可变电压转换器(VVC)的示意性图示；
图5是根据本公开的一个实施例的在图1的车辆的控制系统中实施的算法的流程图；
图6是根据本公开的一个实施例的在图1的车辆的控制系统中实施的另一算法的流程图；
图7是根据本公开的一个实施例的在图1的车辆的控制系统中实施的另一算法的流程图；
图8是根据本公开的一个实施例的在图1的车辆的控制系统中实施的另一算法的流程图；
图9是根据本公开的一个实施例的在图1的车辆的控制系统中实施的另一算法的流程图；
图10是根据本公开的一个实施例的在图1的车辆的控制系统中实施的另一算法的流程图；
图11是示出根据本公开的一个实施例的图1中的车辆的系统响应和恢复策略的图形；
图12是在根据本公开的一个实施例的图1中的车辆的控制系统中实现的另一算法的流程图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应该理解到，公开的实施例仅仅是示例，其他实施例可采取多种和可选的形式。附图并不一定按照比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不被解释成限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以多种方式使用本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其他附图中示出的特征结合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的结合为典型应用提供代表性实施例。然而，可期望与本公开的教导一致的特征的各种结合和变型用于特定应用或实施方式。
参照图1，混合动力电动车辆10被示出为具有动力分流式动力传动系。设置车辆控制系统12，车辆控制系统12通常可被称为控制器。车辆控制系统12控制车辆10的动力传动系或传动系中的动力分配。
车辆10包括牵引电池14。电池14具有双向电连接，从而电池14接收和储存通过例如再生制动产生的电能。电池14还将能量供应到电机，例如电力牵引电动机16。
虽然车辆10的控制系统12在图1中被示出为单个控制器，但是根据需要，这样的控制系统可包括一个以上的控制器。例如，单独的电池控制模块可直接控制电池14。此外，单独的电动机控制模块可直接连接到电动机16和车辆10中的其他控制器。应该理解，在车辆10中所有预想到的控制器可被称为“控制器”，车辆控制系统12不一定局限于仅仅是一个控制器。将参照图2更加详细地描述单独附加的控制器及其分级结构。
逆变器15被设置为将来自电池的直流(DC)转换成交流(AC)，以用于给电机供电。逆变器15还可选择性地启用/停用从电池14到电动机16的电力流动。可选地，在再生制动期间，逆变器15将来自电机的AC转换成DC，从而将电能储存在电池14中。
内燃发动机18也是车辆10的动力源。车辆控制系统12控制发动机18的操作。电动机16和发动机18两者均能够给变速器20提供动力，变速器20最终将扭矩传递到车辆10的车轮。
发动机18将动力传递到扭矩输入轴22，扭矩输入轴22通过单向离合器(O.W.C)连接到行星齿轮组24。输入轴22给行星齿轮组24提供动力。行星齿轮组24包括齿圈齿轮26、太阳齿轮28及行星架组件30。输入轴22可驱动地连接到行星架组件30，当行星架组件30被驱动时，行星架组件30可使齿圈齿轮26和/或太阳齿轮28旋转。太阳齿轮28可驱动地连接到发电机32。发电机32可与太阳齿轮28接合，从而发电机32可与太阳齿轮28一起旋转，或者发电机32可与太阳齿轮28脱离，从而发电机32不与太阳齿轮28一起旋转。与电动机16类似，发电机32可被称为电机，当该电机用于其他车辆动力传动系构造时，该电机能够产生电能并提供运动动力。
当发动机18可驱动地结合到行星齿轮组24时，发电机32作为针对于行星齿轮组24的操作的反作用元件而产生能量。从发电机32产生的电能通过电连接36传递到电池14。电池14还以已知的方式接收和储存通过再生制动产生的电能。电池14将储存的电能供应到电动机16，以用于操作。从发动机18传递到发电机32的动力中的一部分动力还可直接被传递到电动机16。电池14、电动机16及发电机32均通过电连接36以双向电力流动路径互相连接。车辆控制系统12控制动力传动系中的部件，以给车轮提供合适的扭矩分配。
应该理解，电动机16和发电机32二者可被称为电机。每个电机可通过从发动机18接收扭矩且将AC电压供应到逆变器15而操作为发电机，由此逆变器15将该AC电压转换成DC电压，以给电池14充电。每个电机还可通过使用再生制动而操作为发电机，以将车辆的制动能量转换成电能而储存在电池14中。可选地，每个电机可操作为电动机，由此电机从逆变器15和电池14接收动力，并通过变速器20提供扭矩，并最终给车轮58提供扭矩。
逆变器15选择性地给电动机16和发电机32供电。逆变器15可包括用于选择性地停用电动机16的电动机逆变器以及用于选择性地停用发电机32的发电机逆变器。
车辆10还可包括可变电压转换器(VVC)60，或者VVC60还被称为升压转换器，以用于改变电池14与电动机16和发电机32之间的电压。VVC60用于将电池14的电压升压到更高的电压。混合动力电动车辆的动力传动系统中的更高的电压可用于多个目的，例如，电机的扭矩性能优化、系统损耗优化以及其他混合动力电力系统优化。VVC60允许车辆10使用电压更低的更小的电池组，同时保持与更高的电压相关的功能。更小的电池组可具有如下优点，例如更低的成本、更小的尺寸以及更少的封装限制。将在图3和图4中更加详细地描述VVC60。
车辆10可仅由发动机18提供动力，仅由发动机18和发电机32提供动力，仅由电池14和电动机16提供动力，或者由发动机18、电池14、电动机16及发电机32的组合提供动力。在机械式驱动模式(或第一操作模式)下，发动机18起作用，以通过行星齿轮组24传递扭矩。齿圈齿轮26将扭矩分配给包括啮合的齿轮元件40、42、44和46的有级速比齿轮38。齿轮42、44和46安装在中间轴上，齿轮46将扭矩分配给齿轮48。然后，齿轮48将扭矩分配给扭矩输出轴50。在机械式驱动模式下，电动机16还可起作用以辅助发动机18给变速器20提供动力。当电动机16用于辅助时，齿轮52将扭矩分配给齿轮44和中间轴。
在电力驱动模式(EV模式)(或第二操作模式)下，停用发动机18或者另外防止发动机18将扭矩分配给扭矩输出轴50。在EV模式下，电池14给电动机16供电，以通过有级速比齿轮38分配扭矩以及将扭矩分配给扭矩输出轴50。扭矩输出轴50连接到差速器和半轴机构56，差速器和半轴机构56将扭矩分配给牵引车轮58。车辆控制系统12控制电池14、电动机16、发动机18及发电机32中的每一个，以在机械式驱动模式或EV模式下，根据驾驶员的扭矩需求而将扭矩分配给车轮58。
如之前描述的，存在两个动力源用于传动系。第一动力源是发动机18，发动机18将扭矩传递到行星齿轮组24。另一动力源仅涉及电力驱动系统，该电力驱动系统包括电动机16、发电机32及电池14，其中，电池14用作针对于发电机32和电动机16的能量储存介质。发电机32可由行星齿轮组24驱动，可选地，发电机32可用作电动机并将动力传递到行星齿轮组24。
应该理解，虽然在车辆10中示出了动力分流式动力传动系，但是车辆10可包括多种其他配置。这样，预计到动力传动系的个别部件可能相差较大，以适应各种特定的应用。例如，在不包括行星齿轮组24的另一构造中，电机(电动机/发电机)可被设置为通过从发动机或再生制动接收扭矩而操作为发电机，同时相同的电机还可通过从牵引电池接收动力并通过变速器提供扭矩而操作为电动机。预计到车辆动力传动系的其他车辆构造和电机的实施方式，因此，其他车辆构造和电机的实施方式被认为是在本公开的范围内。
参照图2，示出了说明车辆10内的车辆控制系统12的框图。驾驶员输入请求62，例如，踩下加速踏板以输入加速请求或者踩下制动踏板以输入制动请求。驾驶员输入62被车辆系统控制器(VSC)64接收。VSC64处理这些驾驶员输入62，并将命令传送到整个车辆10。
车辆控制系统12可电连接到车辆10中的各种子系统，并用作车辆10的总体控制器。VSC可通过车辆网络65电连接到各种子系统并与各种子系统通信。车辆网络65持续地将数据和信息广播到基于车辆的系统。车辆网络65可以是控制器局域网(CAN)总线，以用于将数据传递到VSC64、其他各种控制器或子系统或它们的部件，以及传递来自VSC64、其他各种控制器或子系统或它们的部件的数据。例如，如图2所示，VSC64可通过车辆网络65连接到混合动力控制单元(HCU)66、电池控制模块(BCM)72以及发动机控制单元(ECU)68。
HCU66控制车辆10中特定的混合动力部件，例如电动机16、发电机32、电池14和/或逆变器15。HCU66通信地连接到ECU68，使得HCU66可命令ECU68以各种方式控制发动机18。电池控制模块(BCM)72还可与HCU66通信。BCM72可从HCU66接收命令并控制电池14的功率分配。
HCU66还通信地连接到电动机/发电机控制单元(MGCU)70。MGCU70通过串行外围接口(SPI)71与HCU66通信。SPI71是四线制串行总线。SPI71是极其简单的硬件接口，并且不限于任何最大时钟速度，从而能够实现可能高的吞吐量。MGCU70接收来自HCU66的命令，并控制电动机16、发电机32以及VVC60。如图2进一步示出的，MGCU70通信地连接到电动机/发电机逆变器控制器(未示出)。电动机/发电机逆变器控制器(未示出)接收来自MGCU70的命令，并打开和关闭逆变器15内的开关，以能够使电力流动到电机和使来自电机的电力流动，以及不使电力流动到电机和不使来自电机的电力流动。
以前的混合动力电动车辆使用一个控制模块来控制电动机、发电机及VVC。在控制模块内，一个微控制器用于控制电动机，另一个微控制器用于控制发电机，同时第三控制器控制VVC。然而，发现当VVC与电动机/发电机分离时难以控制VVC，并且发现将来自电动机或发电机的信息传输到HCU中的VVC控制器的速度太慢。因此，从一个控制器(例如，在图2中示出的MGCU)控制VVC、电动机、发电机及各个逆变器是有利的。
因此，在图2中示出的图示中提供控制器的分级结构。在不脱离本公开的范围的情况下，预想到其他控制器的分级结构。例如，VSC64可直接与MGCU70通信，而不需要存在HCU66。预计到其他构造将有益于不同的特定车辆架构。
根据请求的扭矩和动力需求，车辆控制系统12控制每个控制器。再次应该理解，预计到比在此描述的控制器多或少的控制器，这些控制器中的一个或多个可通信地协作以完成特定的任务。这些控制器中的任何控制器和所有控制器或者这些控制器的组合可简单地被称为“控制器”。
现在参照3和图4，更加详细地描述混合动力电动车辆10和车辆控制系统12的一部分的示意图。如之前讨论的，VVC60与MGCU通信地连接并受到MGCU的控制。此外，VVC60连接到电动机/发电机逆变器控制器(未示出)。具体地说，VVC60用于将电池14的电压升压到HEV动力传动系统中的更高电平的电压，以用于多种目的，例如(但是不限于)针对于电机的扭矩性能优化和系统损耗优化。
电池14沿着输入侧76连接到VVC60。电池14将低电压供应到VVC60。然后，VVC60将来自电池14的低电压升压到更高的电压，并将所述更高的电压输出到输出侧78。VVC60的输出侧78将高电压供应到高电压总线36，以供逆变器15使用以及随后供电动机16和发电机32使用。如图3所示，电动机16和发电机32中的每个可具有单独的逆变器15。虽然VVC60被描述为具有输入侧和输出侧，但是应该注意到，在电动机驱动模式下，路径从电池通过VVC到达高电压总线。相反，在再生模式下，路径反过来。
传感器80沿着VVC60的输入侧76布置在电池14和VVC之间，以测量电压信号。更具体地说，传感器80提供指示来自电池14的电压的电压信号。第二传感器82沿着输出侧78布置在VVC60和逆变器15之间。传感器82提供指示来自高电压总线36的电压的信号。传感器80和82分别提供指示沿着输入侧76测量的电压的信号和指示沿着输出侧78测量的电压的信号。在正常操作状况下，来自传感器80和82的测量的电压信号在合适的特定范围内。然而，如果来自传感器的测量的电压信号偏离所述合适的特定范围，则这可指示已经发生检修状况(servicecondition)或者传感器80和82中的一个传感器不起作用或出现故障。
参照图4，示出了VVC60的电路的示意图。如图4所示，VVC60总体上由电感84、两个电力开关86和88以及相关的门驱动电路90构成。电力开关86和88由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)92和反向并联的二极管96构成。如图4所示，开关被布置为上开关86和下开关88。如图4中所示，对于电动机16和发电机32中的每一个，还存在与逆变器15相关联的多个IGBT92。
VVC60的电路布置允许根据车辆的要求(例如电动机驱动或再生)使电力双向流动。例如，当上开关86关闭和下开关88打开时，电力沿着一个方向流过反向并联的二极管96。类似地，如果上开关86打开和下开关88关闭，则电力沿着一个方向流过反向并联的二极管96。然而，当上开关86和下开关88均关闭时，发生双向电力流动并产生电压升压。产生的升压电压输出到控制电动机16和发电机32的逆变器15。如之前讨论的，通过允许经VVC60使电压升压，车辆可具有更小的电池组，从而例如节省成本和电池封装空间。
可通过这些控制器中的一个或更多个控制器检测特定的操作状况，所述特定的操作状况可指示动力传动系的部件中的一个部件(例如，电动机16、发电机32、VVC60或逆变器15)的检修状况。当检测到这些部件中的一个部件的检修状况时，可实施限制操作策略(LOS)，以能够在停用特定的个别部件的同时使车辆的操作者继续驾驶。这防止了对于驾驶员来说可能不期望的车辆10的完全关闭。可使得车辆10和/或车辆控制系统12进入LOS模式的检修状况可包括动力传动系的部件的温度、电流和/或电压在可接受的阈值之外。检修状况可由瞬时事件导致且可能仅仅是暂时性的；然而，在阈值之外的值的读数可使得车辆控制系统12命令那个部件单独关闭，同时命令LOS模式以允许车辆10的操作者继续驾驶。
现在参照图5，在100处示出了LOS模式的一个实施例。对电动机16、发电机32、VVC60以及与每个电机相关的逆变器15中的每个执行诊断。诊断确定是否需要LOS模式，从而应该命令暂时停用那个部件。如框102所示，MGCU70开始执行诊断。接下来，如框104所示，确定在电动机和/或电动机逆变器中是否存在检修状况。如果存在这样的检修状况，则如框106所示，使LOS计数器加1。LOS计数器可以是单个数字计数器或识别装置。一旦LOS计数器加1，则如框108所示，电动机暂时停用标志被标记为“真”。如框110所示，请求停用电动机。可通过打开电动机逆变器中的开关或打开与电动机相关的另一开关而停用电动机。
如果在电动机和/或电动机逆变器中不存在检修状况，则如框112所示，确定LOS计数器是否大于0。如果LOS计数器不大于0，则如框114所示，电动机暂时停用标志被标记为“假”，以及如框116所示，请求启用或者继续启用电动机。
然而，如果LOS计数器大于0，则如框118所示，使LOS计数器减1。如框120所示，在LOS计数器减小之后，确定LOS计数器是否已经到达0。如果LOS计数器到达0，则该方法前进，以将电动机暂时停用标志标记为“假”(如框114所示)，并且请求启用或者继续启用电动机(如框116所示)。如果LOS计数器仍然大于0，则该方法再次前进，以停用电动机，如框108和110所示。最后，如框122所示，“真”标志和“假”标志被发送到车辆控制系统。基于发送到车辆控制系统的信息，车辆可根据参照图6提供的描述而操作。
如框120所示，通过请求LOS计数器等于零，控制系统确保了：即使确定在电动机和/或电动机逆变器中不存在状况，如果LOS计数器仍然在0之上，则电动机也将继续暂时停用持续一定时间段。这允许诊断连续运行多次，同时诊断每运行一次就使LOS计数器减1，直到计数器到达0。因此，对电动机和/或电动机逆变器进行多次检查，同时在未检测到检修状况的情况下而重新启用电动机之前，停用电动机。
在检测到检修状况的事件下，通过MGCU执行的诊断起作用以暂时停用电动机。当电动机暂时停用时，车辆以暂时减小动力模式操作。然而，如果检修状况仅存在短的时间量(例如，1秒以下)，则LOS模式将停止，电动机将快速重新启用，从而减小由车辆的操作者感觉到的扰动。应该理解，可在小于1秒的时间之内(例如，在20微秒之内)完成整个诊断，因此，电动机暂时停用的时间可以不被车辆的操作者检测到。
如图5所示，对于发电机和VVC及电动机，执行LOS模式100和执行诊断操作(如框102所示)。对于电动机、发电机、相关的逆变器及VVC，通常同时实施诊断，从而在每个部件中连续检查检修状况。因此，MGCU可暂时停用电动机、发电机或VVC中的任何或所有部件。预计到还可对其他部件(例如，发动机)实施诊断。
图6示出了由控制器或车辆控制系统实施的LOS模式的另一实施例的流程图200。如之前描述的，如框108所示，MGCU将电动机暂时停用标志设置为“真”以暂时停用电动机，或者如框114所示，MGCU将电动机暂时停用标志设置为“假”以暂时启用电动机。如框202所示，来自MGCU的“真”和/或“假”标志被车辆控制系统接收。如果标志是“假”，则车辆控制系统命令MGCU返回到诊断检查102，如框204所示。
然而，如果标志是“真”，则确定电动机的暂时停用是否至少持续了阈值时间，如框206所示。如果电动机的停用至少持续了阈值时间，则在当前点火开关周期(keycycle)内，电动机可永久地停用，如框208所示。在一个实施例中，阈值时间可以是大约1秒，从而如果电动机的暂时停用持续了至少1秒，则在当前点火开关周期期间，电动机将永久地停用。然而，预计到任何合适的阈值时间，阈值时间可根据其他因素改变。点火开关周期还可被称为驾驶周期或动力周期，且点火开关周期是从车辆被驱动(即，点火开关接通)直到在点火开关断开使车辆关闭的时间。在新的点火开关周期内，电动机或者各种其它装置(诸如VVC或逆变器)可被重新启用，如将参照图7所描述的。
参照图5和图6描述的算法给电动机、发电机、VVC或者任何其他动力传动系的部件提供诊断检查。简言之，如果在检修状况下检测到特定的动力传动系的部件正在操作，则该部件暂时停用。在该部件暂时停用的同时，继续对该部件进行诊断。如果在阈值时间内，该部件从它的检修状况恢复或者该状况是瞬时的，使得该部件可在正常状况下操作，则该部件可重新启用。然而，如果在阈值时间内，该部件未从它的检修状况恢复，则在当前点火开关周期内，该部件永久地停用，且该部件可仅在新的点火开关周期(例如，车辆关闭和起动)内重新启用。
图7示出了由控制器或车辆控制系统实施的LOS模式的另一实施例的流程图300。如框302所示，请求车辆起动，并命令新的点火开关周期。最初停用电机(包括电动机和发电机)以及VVC。在初始化车辆之前进行一系列起动之前的安全检查。
例如，车辆控制系统检查是否完成电流传感器归零，如框304所示。对于所有电机必须完成电流传感器归零。电流传感器的读数必须归零，同时电流为零，以在起动期间电流出现峰值时具有精确的读数。接下来，如框306所示，实施VVC的自测试。VVC的自测试确保了：VVC内的任何检修状况被检测和解决。此外，如框308所示，确定是否存在任何扭矩故障。换句话说，必须估计电机的可用动力和/或扭矩，以确定是否可通过电机实现任何请求的扭矩。
如框310所示，提供给电机的占空比命令被控制器禁用或复位。使占空比复位的操作使得电机进入安全模式，从而保护硬件。仅仅在检修状况消除之后，才可重新启用占空比命令，从而允许电机被安全地控制。这被认为是不需要新的点火开关周期的“软重新起动”，而非车辆必须关闭的“硬重新起动”。最后，如框312所示，在能够使车辆起动之前，确定在硬件中存在的任何检修状况。
一旦成功完成起动之前的安全检查，则如框314所示，车辆起动且电机可开始启用。电机还完全启用且可驱动车辆。
在车辆的操作期间，实施参照图5和图6描述的诊断算法，如框316所示。根据之前描述的方法，对电机连续检查检修状况，从而可暂时停用电机中的任何电机。
如果在框316处确定请求停用电机中的任何电机，则如框318所示，停用电机。为了重新启用电机，车辆中的控制器必须在框314处再次重新启用电机之前实施一系列安全检查和安全处理。安全检查和处理允许车辆继续驱动以及电机继续提供推进，而无需点火开关周期。
在一种安全检查中，如框320所示，控制器确定是否仍然请求暂时停用电机，如之前参照图5的框110所描述的。如果停用不在电机的请求中，则控制器可确定是请求电机中的任何电机处于关闭模式还是请求电机中的任何电机处于永久停用模式，如框322所示。如果启用电机，则如框324所示，完成扭矩实现检查。所述扭矩实现检查类似于参照框308执行的检查。
接下来，如框326所示，完成功率限制和平衡检查。在该检查中，控制器可确定是否在进行这样的过程，即，使电机中的一个电机的电功率受到限制或者电机中的所述一个电机的功率或扭矩限制不会远远大于电机中的另一个电机的功率或扭矩限制。将在图8中更加详细地描述功率限制模式。最后，如框328所示，实施过电流检查。过电流检查确定任何电机是否被供应了超过给定阈值的电流值或者确定任何电机是否输出超过给定阈值的电流值。如果满足所有的安全检查，则在框302处再次开始完成起动之前/重新启用检查，直到在框314处使停用的电机重新启用为止。
图8示出了由控制器或车辆控制系统实施的LOS模式的另一实施例的流程图400。图8描述了当在电机中的一个电机上检测到检修状况时实施功率限制模式的LOS模式。在以前的混合动力电动车辆中，在不降低混合动力电动车辆性能同时完全驱动或停止车辆然后要求点火开关周期恢复部分操作的情况下，难以减轻混合动力电动车辆的动力传动系中的特定检修状况。使用点火开关周期，以适当地保持功率平衡。在混合动力电动车辆的传动装置中，当在装置中的一个装置(例如，电机)上检测到故障时，仅对该装置采取措施会导致功率不平衡，并且会导致不稳定的性能和附加的与控制相关的问题。
为了避免功率不平衡和不稳定的性能，图8中的流程图400描述了如下过程：在电机中的一个电机出故障同时在驱动时，车辆进入LOS模式，通过第二电机继续操作混合动力电动车辆的动力传动系而不需要点火开关周期。在流程图400中描述的过程允许当电机中的一个电机出故障时控制系统快速地平衡功率，且允许其他电机继续给车辆提供推进。
最初，如框402所示，控制系统检测混合动力电动车辆的动力传动系的第一装置中的故障，响应于检修状况停用该装置。可在电机中的一个电机或相关的逆变器中发生故障。响应于检修状况和停用的装置，控制系统启动功率限制模式，如框404所示。最初，以高的执行速度实施功率限制模式。高速度可以是(例如)100微秒的执行速度。
当仍然以高的执行速度操作时，控制系统暂时停用第二装置，如框406所示。VVC也暂时被设置为旁通模式，如框408所示。VVC的旁通模式允许来自电机的高电压快速地分散到VVC的低电压输入侧。还可响应于检修状况而给驾驶员显示检修指示器，如框410所示。
如框412所示，在阈值时间之后，控制系统可以以低速执行速率启动功率限制模式。阈值时间可以短到20毫秒，或者可以是作为用于使高压分散的足够时间的任何合适的阈值时间，从而装置不会受到可能引起更多故障的过电压的威胁。控制系统启动更低的执行速率，从而可执行附加的诊断。
一旦低速功率限制模式被启动，则控制系统重新启用用于操作的第二装置。然而，如框414所示，第二装置在扭矩限制模式下被重新启用。在扭矩限制模式下，基于车辆操作，起作用的装置上的扭矩受到限制起作用的装置上。LOS模式下的最大扭矩基于下面的公式受到限制：
τMAX，LOS＝(IBATT，MAXxVBATT)/ω2ndDevice
换句话说，LOS模式下的最大扭矩(τMAX，LOS)基于LOS模式下高压电池的最大容许电流(IBATT，MAX)乘以来自电池的电压(VBATT)并除以第二装置的转速(ω2ndDevice)而受到限制。在一个实施例中，LOS模式下的最大扭矩是固定值(诸如150Amps)。电池电压可以是可变的。
一旦在起作用模式下重新启用起作用的装置，则控制系统检查以确定第一装置是否仍然停用，如框416所示。如果通过MGCU或HCU请求第一装置停用或者第一装置继续出故障，则使功率限制时间计数器加1，如框420所示。然而，如果没有检修状况以及没有来自控制器中的一个控制器的停用请求，则控制系统可退出功率限制模式，如框424所示。通过退出功率限制模式，控制系统还退出低的执行速度。
然后，控制系统使功率限制时间计数器复位到零，如框426所示。一旦功率限制时间计数器复位到零并且清除LOS模式，则控制系统还可重新启用第一装置和第二装置，如框428所示。重新启用装置的操作包括退出任何扭矩限制模式和返回正常功能。
另一方面，如果第一装置仍然处于出检修状况，或者MGCU或HCU请求装置停用或设置为LOS模式，则控制系统确定功率限制时间计数器是否大于阈值，如框432所示。
如果功率限制时间计数器已经超过阈值，则退出低速诊断模式，如框434所示。然后，对于起作用的装置，永久地保持扭矩限制模式，如框436所示。通过保持扭矩限制模式，永久地停用出故障的装置。在一些实施例中，出故障的装置可仅仅永久地停用，直到车辆的新的点火开关周期为止。在包括在图5至图7中描述的方法的多种原因下，出故障的装置可被设置为永久地停用。
图9示出了由控制器或车辆控制系统实施的LOS模式的另一实施例的流程图500。也被称为HVBATT信号的高电压电池信号被控制器(例如，MGCU)接收，如框502所示。通过传感器沿着VVC的输入侧测量高电压电池信号。基于由传感器提供的高电压电池信号，控制器确定高电压电池信号是否有效，如框504所示。如果信号在可接受的范围内，则高电压电池信号有效。
如果HVBATT信号有效，则控制器继续使用高电压电池信号，如框506所示，VVC可正常起作用，例如，VVC将电压升压输出提供给逆变器和电机，如在图3和图4中所描述的。
然而，如果高电压电池信号在可接受的范围之外，则信号被确定为无效。当高电压电池信号无效时，则该信号被设置为检修状况，如框508所示。当高电压电池信号被设置为检修状况时，MGCU与HCU通信，以确定是否存在可用于提供高电压电池信号的可选信号，以防止电机和车辆的关闭或短接。
如之前所描述的，HCU能够通过车辆网络(例如CAN)通信。例如，HCU能够在车辆网络上与BCM通信，以从BCM接收可选电池电压信号。来自BCM的可选电池电压信号可以是在BCM内测量的测量电压。可选地，可选电池电压信号可从与车辆网络通信的其他车辆系统控制器或BCM中的其他电池读数推导。
MGCU确定从车辆网络提供的可选电池电压信号是否有效，如框510所示。如果电池电压在可接受的范围内，则可选电池电压信号被认为是有效的信号。如果来自BCM的可选电池电压信号被认为是有效的，则使可选电池电压信号替代HVBATT，如框512所示。通过使用可选电池电压信号替代HVBATT，VVC可继续正常操作，如框514所示。在正常操作时，VVC可将从输入侧上的电池电压升压的电压提供给输出侧上的逆变器和电机。因此，通过可选信号的实时替代，电机可继续正常地操作，而不管出错的高电压电池信号。
车辆还可给驾驶员显示检修指示器，如框516所示。检修状况指示器可被显示为扳手灯(wrenchlight)，用于通知驾驶员检修状况。高电压电池信号中的检修状况可由传感器的故障导致。所述显示可指示传感器需要被更换。
如果MGCU确定可选信号无效，则控制系统忽略可选信号，如框518所示。如果可选信号在例如可接受的范围或阈值之外，则可选信号可能是无效的。如果可选信号无效，则可选信号可指示二次检修状况。
图10示出了由控制器或车辆控制系统实施的LOS模式的另一实施例的流程图600。也被称为HVDC信号的高电压总线信号被控制器(例如，MGCU)接收，如框602所示。通过传感器沿着VVC的输出侧测量高电压总线信号。基于由传感器提供的高电压总线信号，控制器确定高电压总线信号是否有效，如框604所示。如果高电压总线信号在可接受的范围内，则高电压总线信号有效。
如果HVDC信号有效，则控制器继续使用高电压总线信号，如框606所示，VVC可正常起作用，例如，VVC将电压升压输出提供给逆变器和电机，如在图3和图4中描述的。
然而，如果高电压总线信号在可接受的范围之外，则信号被确定为是无效的。当高电压总线信号无效时，则该信号被设置为检修状况，如框608所示。如果信号被确定为无效，则HVDC信号被设置为指示检修状况，实施LOS模式，以保持电机的功能并允许车辆的操作者继续驾驶。
当高电压总线信号被设置为检修状况时，MGCU尝试将来自VVC的输入侧的高电压电池信号HVBATT替代高电压总线信号。MGCU确定高电压电池信号是否有效，如框610所示。预计到控制器可使用任何HVBATT信号(例如通过传感器测量的高电压电池信号或者通过HCU从CAN提供给MGCU的可选电池电压信号)进行替代，如上面在图9中讨论的。
如之前讨论的，如果电池电压在可接受的范围内，则高电压电池信号被认为是有效的信号。如果高电压电池电压信号被认为是有效的，则使得HVBATT替代高电压总线信号，如框612所示。
当使用高电压电池信号替代高电压总线信号时，VVC可继续操作，但是VVC被设置为LOS模式，如框614所示。在LOS模式下，VVC被设置为旁通模式。在旁通模式下，VVC停用而不提供电压升压，如框616所示。车辆还可给驾驶员显示检修指示器，如框618所示。再次，检修指示器可被显示为扭曲灯，用于通知驾驶员检修状况。高电压总线信号中的检修状况可由传感器的故障导致。所述显示可指示传感器需要被更换。
如果MGCU确定HVBATT信号不是有效的，则控制系统忽略可选HVBATT信号，如框620所示。如果可选信号在例如可接受的范围或阈值之外，则可选信号可能是无效的。如果可选信号是无效的，则可选信号可指示HVBATT信号中的二次检修状况。
应该理解，虽然描述了停用和启用电动机，但是预计到类似的算法应用于电动机16、发电机32、逆变器15及VVC60。换句话说，如果在电动机16、发电机32、逆变器15或VVC60中的任何部件中存在检修状况，则上面描述的方法可应用于这些部件和其他动力传动系的部件中的任何部件。
图11至图12示出了用于硬件检修状况的恢复策略。一个子系统中的硬件检修状况会影响其它子系统并触发设置的附加的检修状况。根据故障的结果而设置的多个共用检测中的一个检测是逆变器15的过电压状况。所述过电压状况由逆变器硬件设置。当过电压状况被触发时，硬件可停用电动机逆变器15和/或发电机逆变器15以及VVC60，这导致车辆QOR。比其他硬件过电压状况较不严重的其它硬件检测是IGBT检修状况。任何IGBT92的检修状况可仅仅停用受到影响的装置。然而，可由于瞬时事件并且不由于IGBT的实际物理损坏，来设置IGBT检修状况。检修状况可能发生在与用于电动机16或发电机32的逆变器15关联的任何IGBT92上，或者可发生在VVC60上的一个或两个IGBT92上。
根据一个实施例，车辆控制系统12被配置为从硬件检修状况检测(诸如那些与IGBT状况相关的硬件检修状况检测)中恢复。图11是示出用于恢复过电压故障的策略的逆变器的电压图700。如图11中所示，当电压超出过电压阈值714时，硬件诊断检测点710处的逆变器电压。
当电压超出过电压阈值714时，控制系统可停用电动机16、发电机32和VVC60。MGCU70还可被设置为检修指示器以指示硬件问题。
从点710开始当电压超出过电压阈值714时，控制系统策略等待电压降到低于安全阈值716。例如，如图12中进一步示出，控制系统可以等待预定的时间或设置的计数器。在点724处，当逆变器电压低于安全阈值716时，控制系统重新设置硬件，以消除占据在每个装置(诸如电动机16、发电机32和VVC60)上的动作。一旦检修状况被重新设置，那么VVC60就被迫进入暂时旁通LOS模式。如前面所讨论，VVC的旁通模式可允许来自电机的高压被迅速分散为VVC的输入侧的低压。VVC旁通模式可防止随后导致二次检修状况的电动机16、发电机32和/或VVC60的电压峰值的可能性。在同一驾驶周期内，尽可能快地从硬件逆变器过电压状况中恢复，以减低可能由二次检修状况引起的车辆停止的情况的数量，并且允许扩展的车辆可用性。
控制系统策略等待电压下降到低于恢复阈值730。在点734处，当电压低于恢复阈值730时，控制系统恢复MGCU检修设置。当不存在其它的检修状况时，电动机16、发电机32和VVC60从各自的LOS模式恢复。如果存在其它的检修状况，则每个装置均保持在其合适的模式。
图12是示出电动机16、发电机32和VVC60基于IGBT92中的一个IGBT92的检修状况的恢复策略的示例的流程图。如所示出的，图12示出了由控制器或车辆控制系统实施的LOS模式的另一实施例的流程图800。如框802所示，控制器(诸如MGCU)为特定的装置接收IGBT检修信号。IGBT检修信号可与任何装置(诸如电动机16、发电机32或VVC60)有关。
IGBT检修状况由电动机逆变器15、发电机逆变器15或VVC60硬件检测。IGBT检修信号被发送到控制器12。如框804所示，基于IGBT检修信号，控制器确定来自最后循环的IGBT检修信号读数是否等于当前的IGBT检修信号读数。如果当前的IGBT检修信号读数等于最后循环的IGBT检修信号读数，则控制系统可启动较低速度执行速率，因此可执行附加的诊断，以确定IGBT92中的一个是否还保持在检修状况下(如框806所示)。如果当前的IGBT检修信号读数不等于最后循环的IGBT检修信号读数，则控制系统确定IGBT92的状态(如框810所示)。
如果IGBT92继续指示检修状况或者发生故障，则使IGBT计数器加1，如框820所示。控制系统为所述装置设置LOS模式以暂时停用所述装置(如框822所示)，然后，检查以确定电动机逆变器15或发电机逆变器15或VVC60是否仍然指示检修状况或者被停用(如框806所示)。
然而，如果不存在IGBT检修状况，则控制系统使IGBT计数器减1，如框826所示。如框828所示，控制器确定IGBT检修状况计数器是否为零。如果IGBT检修状况计数器为零，则可以退出LOS模式，如框830所示。一旦IGBT计数器被设置为零，并且LOS模式被清除，则控制系统还可重新启用任意装置并返回到正常功能。
在此公开的过程、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可以以多种形式被存储为可被控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置以及其他磁介质和光学介质)上的信息。所述过程、方法或算法还可被实现为软件可执行对象。可选地，所述过程、方法或算法可利用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的结合被整体或部分地实施。
虽然在上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述了权利要求所包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。如之前描述的，各个实施例的特征可被结合，以形成可能未被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。虽然各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或多个期望的特性方面优于其他实施例或现有技术的实施方式，但是本领域的普通技术人员应该认识到，一个或多个特点或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或多个特性方面不如其他实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (18)

1.一种用于控制混合动力电动车辆的方法，所述方法包括：
当电机电压超出过电压阈值时，由控制器停用电机和可变电压转换器(VVC)；
当确定电机电压减少到至少小于过电压阈值的第二阈值时，由控制器重新启用电机，
其中，当控制器停用VVC时，防止VVC向电机提供升压电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制器在驾驶周期期间重新启用电机。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，当控制器停用VVC时，控制器将电机设置为限制操作模式，其中，限制操作模式使车辆能够在驾驶周期期间保持车辆推进。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：
响应于电机超出过电压阈值，由控制器命令VVC在来自高压电连接的电压供应给电池的模式下运行，以迅速消耗高电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在至少一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)上出现过电压阈值。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，IGBT与VVC和电机中的至少一个关联。
7.一种车辆，包括：
牵引电池；
电机；
可变电压转换器(VVC)；
至少一个控制器，被配置为：检测电机和VVC中的一个的电压何时超出过电压阈值；响应于所述电压超出过电压阈值，停用电机和VVC；响应于确定所述电压减少到至少小于过电压阈值的第二阈值，在限制操作模式下操作VVC；响应于确定所述电压减少到至少小于第二阈值和过电压阈值的第三阈值，重新启用电机，并将VVC从限制操作模式改变为完全操作模式，
其中，限制操作模式使车辆能够在驾驶周期期间保持车辆推进。
8.根据权利要求7所述的车辆，其中，电机包括至少一个结合到所述电机的逆变器，其中，电机的电压或所述至少一个逆变器的电压超出过电压阈值。
9.根据权利要求7所述的车辆，其中，在至少一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)上出现超出过电压阈值的电压。
10.根据权利要求9所述的车辆，其中，IGBT与VVC和电机中的至少一个关联。
11.根据权利要求7所述的车辆，其中，电机包括逆变器，并且控制器还被配置为命令VVC在旁通模式下运行，其中，在旁通模式下，来自逆变器的电压供应给电池，同时电机被停用。
12.根据权利要求7所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被配置为在驾驶周期期间重新启用电机。
13.根据权利要求8所述的车辆，其中，在限制操作模式下，防止VVC将升压电压提供给至少一个其他电机。
14.一种控制混合动力电动车辆的方法，包括：
当电机电压超出过电压阈值时，检测过电压状况；
响应于所述过电压状况，由控制器停用电机；
当确定电机电压减少到至少小于过电压阈值的第二阈值时，由控制器将可变电压转换器(VVC)设置为限制操作模式；
当确定电机电压减少到至少小于第二阈值和过电压阈值的第三阈值时，由控制器重新启用电机，并由控制器将VVC从限制操作模式改变为完全操作模式，
其中，限制操作模式使车辆能够在驾驶周期期间保持车辆推进。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：在驾驶周期期间重新启用电机。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，在至少一个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)上出现所述过电压状况。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，IGBT与VVC和电机中的至少一个关联。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，在限制操作模式下，防止VVC将升压电压提供给至少一个其他电机。
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