CN104176047B - 混合动力汽车的扭矩监控方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力汽车的扭矩监控方法及装置，属于混合动力汽车的动力系统电子控制技术领域。该方法包括以下步骤：（a）基于与扭矩相关的驾驶员操作信息以及状态信息，计算得出最大/最小稳态扭矩限值；（b）将作用于车轮端的实际扭矩值与最大/最小稳态扭矩限值进行比较，如果实际扭矩值超出最大稳态扭矩限值或最小稳态扭矩限值，计算输出相应的超限扭矩；（c）基于超限扭矩计算相应的超限加速度，并且对超限加速度进行积分计算以得到相应的超限速度和超限位移；以及（d）判断超限速度和/或超限位移是否超出相应的预定的安全阈值，以确定当前实际扭矩值是否处于安全状态。该扭矩监控方法可以大大提高混合动力汽车的安全性。

Description

混合动力汽车的扭矩监控方法及装置

技术领域

本发明属于混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）的动力系统电子控制技术领域，涉及汽车扭矩的控制过程，尤其涉及对混合动力汽车的扭矩监控方法及装置。

背景技术

现代汽车越来越依赖于电子控制方式，即所谓的X-By-Wire。其中电控动力系统是指由电子控制方式实现对车辆动力系统的控制，其是目前普遍采用的汽车动力系统方案。电控动力系统中，驾驶员的与扭矩相关的意图（油门、制动、档位操作等）可以通过电子方式采集并解析，进一步转化成驱动车辆的车轮端扭矩，这个过程简单地称为汽车扭矩的控制过程，在电子控制单元中进行计算和控制输出。

具体到动力系统上，整车控制器可以通过自身的控制接口获取驾驶员的油门、制动、档位等与扭矩相关的信息，并且获取车辆的速度、温度等状态信息，然后将二者结合经过预先编订的控制算法计算后，得到当前驱动车辆所需的扭矩。然后基于该所需的扭矩直接控制动力源（如发动机管理系统），或者发出扭矩指令间接控制动力源输出相应驱动扭矩使车辆行进。这种被广泛采用的汽车扭矩的控制过程也称为基于扭矩的控制方法。

基于扭矩的控制方法本身具备很多优势，通过对整车控制器的控制策略设计和编程，可以非常方便灵活地实现整车动力性、舒适性、能耗的综合优化平衡。然而这种方式也有其固有的问题，就是如何保证电子控制的安全性。在电子控制方式下，控制指令与输出到轮端的扭矩没有机械连接关系，一旦电控指令出错，就可能在轮端产生异常的扭矩，导致驾驶员非期望的加速或减速，以至于引起危险。

当今的汽车电控系统中，较多地采用分布式电控系统，也就是说各电控单元、传感器、执行器和通讯网络安装在车辆的各个位置，形成一个实时性很强的分布式系统。尤其地，对于混合动力汽车而言，更为明显地采用分布式系统，主控制器解释和分配对各动力源的扭矩需求，而实际的扭矩实现是由各动力源的相应控制器分别完成。分布式控制方式具备配置灵活、开发成本低等优势。但在分布式控制方式下，如果主控制器计算出的扭矩指令出错，就很可能危及乘员及车辆的安全。扭矩监控的目的是，防止因电子电气等各方面原因所产生的失效而产生不可控的扭矩导致整车处于危险状态。

扭矩监控系统包括硬件监控和软件监控两个方面，硬件方面包括对控制器硬件本身（ALU、 RAM、ROM等）、传感器、执行器、通讯系统等的监控，检查这些部件本身的工作状态。软件监控方面是指对主控制器或各动力源对应的控制器的内部运行的控制算法的监控，具体来说通过冗余的差异化算法对基本控制算法进行校验。软件监控方法能够发现的失效有以下几种可能：（1）控制器局部失效，如RAM, ROM局部损坏；（2）程序流异常调用、跳转；（3）程序中存在的未知BUG。

但是，现有的软件监控方法在应用于具有多动力源多模式的混合动力汽车的扭矩控制过程时，明显存在冗余算法过于复杂、设计复杂程度过高的缺点，容易导致混合动力汽车的安全性降低。

有鉴于此，有必要提出一种新的适用于混合动力汽车的扭矩监控方法。

发明内容

本发明的目的之一在于，提出一种适用于混合动力汽车的扭矩控制的监控应用的扭矩监控方法。

本发明的又一目的在于，通过设计扭矩监控算法以提高汽车扭矩控制的安全性。

为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案。

按照本发明的一方面，提供一种混合动力汽车的扭矩监控方法，其包括以下步骤：

（a）基于与扭矩相关的驾驶员操作信息以及状态信息，计算得出最大/最小稳态扭矩限值；

（b）将作用于车轮端的实际扭矩值与所述最大/最小稳态扭矩限值进行比较，如果所述实际扭矩值超出最大稳态扭矩限值或最小稳态扭矩限值，计算输出相应的超限扭矩；

（c）基于所述超限扭矩计算相应的超限加速度，并且对所述超限加速度进行积分计算以得到相应的超限速度和超限位移；以及

（d）判断所述超限速度和/或超限位移是否超出相应的预定的安全阈值，以确定当前实际扭矩值是否处于安全状态。

在一优选实施例中，在所述（a）步骤中，所述最大/最小稳态扭矩限值被进行滤波处理。

在一实施例中，在所述（b）步骤中，将从所述混合动力汽车中所包括的各个动力源反馈的实际输出扭矩进行加和，然后乘以传动比计算得出所述实际扭矩值。

优选地，在所述（b）步骤中，所述超限扭矩等于所述实际扭矩值减去所述最大/最小稳态扭矩限值。

优选地，在所述（b）步骤中，如果所述实际扭矩值未超出最大稳态扭矩限值或最小稳态扭矩限值，则判断当前实际扭矩值处于安全状态。

优选地，在所述（c）步骤中，所述超限扭矩除以车轮的半径以转换得到超限驱动力，然后再除以所述混合动力汽车的整车质量以计算得出相应的超限加速度。

优选地，所述预定的安全阈值包括对应于所述超限速度的第一安全阈值和对应于所述超限位移的第二安全阈值。

优选地，在所述（d）步骤中，在所述超限速度超出所述第一安全阈值，和/或者所述超限位移超出所述第二安全阈值时，该当前实际扭矩值确定为不安全状态。

优选地，在所述（d）步骤中，当前实际扭矩值确定为不安全状态时，进一步触发扭矩监控的故障处理以输出动力关断信号，并通过独立的关断路径切断整车的动力输出。

优选地，所述最大/最小稳态扭矩限值根据当前档位是前进档还是倒车档确定。

按照本发明的又一方面，提供一种混合动力汽车的扭矩监控，其包括：

稳态扭矩限值计算部件，其用于基于与扭矩相关的驾驶员操作信息以及状态信息、计算得出最大/最小稳态扭矩限值；

比较部件，其用于将作用于车轮端的实际扭矩值与所述最大/最小稳态扭矩限值进行比较，如果所述实际扭矩值超出最大稳态扭矩限值或最小稳态扭矩限值，计算输出相应的超限扭矩；

加速度计算部件，其用于基于所述超限扭矩计算相应的超限加速度，并且对所述超限加速度进行积分计算以得到相应的超限速度和超限位移；以及

仲裁部件，其用于判断所述超限速度和/或超限位移是否超出相应的预定的安全阈值以确定当前实际扭矩值是否处于安全状态。

本发明的技术效果是，该扭矩监控方法简单，并且完全适合于混合动力汽车的动力系统配置，因此监控可靠性好，可以大大提高混合动力汽车的扭矩控制的安全性。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是混合动力汽车的动力系统配置的常见结构示意图。

图2是按照本发明一实施例的混合动力汽车的扭矩监控方法的过程示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

图1所示为混合动力汽车的动力系统配置的常见结构示意图。如图1所示，混合动力汽车的动力系统包括多个动力源，在该示例中，动力系统中包括三个动力源：发动机110、TM电机130、ISG电机120。其中发动机110与ISG电机120之间通过扭转减震器固连，然后通过离合器C1与电驱变速箱连接；TM电机130通过另一个离合器C2与电驱动变速箱连接。其中，电驱动变速箱是动力耦合装置，电驱动变速箱之后再通过主减速器将动力传输至轮端。

在该混合动力系统中,三个动力源(发动机110、TM电机130、ISG电机120)与两个离合器配合，能够实现纯电动、串联、并联等多种动力配置模式，模式之间的切换过程需要动力源进行相应扭矩配合。此外，电驱动变速箱例如具有二档，换档过程同样需要动力源进行扭矩配合。因此，对于类似的混合动力汽车，如果综合起来考虑，申请人发现，该动力系统的扭矩控制状态将非常复杂；首先，要根据驾驶员需求进行基本的扭矩解释，然后基于当前车辆状态将需求扭矩分配给三个动力源，这是稳态的扭矩控制部分；除了稳态扭矩控制外，动力系统还要应对大量模式切换以及换档等瞬态工况。

因此，在这种情况下，如果仿照应用层的思路进行软件冗余以监控扭矩，则需要设计类似的扭矩分配、模式管理以及瞬态过程控制算法；这种软件监控方法非常不适合于混合动力汽车中应用。主要理由有两点：第一，对扭矩分配、模式管理和瞬态过程控制的重复实现会使设计复杂度过高，而违背扭矩监控算法必须简单明了的原则；第二，对于如此具有多个动力源的动力系统配置，要做到监控算法对应用层算法的完全覆盖（或包络）非常困难，可能会造成扭矩监控易被误报。

图2所示为按照本发明一实施例的混合动力汽车的扭矩监控方法的过程示意图。以下结合图1和图2所示，对该实施例的扭矩监控方法进行详细说明。

首先，步骤S210，基于与扭矩相关的驾驶员操作信息以及状态信息，计算得出最大/最小稳态扭矩限值。

具体地，在该实施例中，与扭矩相关的驾驶员操作信息包括但不限于油门、制动、档位等信息，状态信息包括但不限于速度、温度等信息。对于前进档，至少根据上述操作信息和状态信息等，可以通过查表得出当前车速下允许的对应前进档的最大稳态扭矩限值和最小稳态扭矩限值；同样地，对于倒车档，也可以做类似的计算以得到对应倒车档的最大稳态扭矩限值和最小稳态扭矩限值。在选择档位后，可以根据当前档位是前进档还是倒车档，确定当前车速下的最大/最小稳态扭矩限值。接下来，优选地，可以采用与应用层类似的扭矩滤波算法对上述最大/最小稳态扭矩限值进行滤波处理，滤波后的扭矩值作为最终的最大/最小稳态扭矩限值21。

进一步，步骤S230，将作用于车轮端的实际扭矩值与所述最大/最小稳态扭矩限值进行比较，如果所述实际扭矩值超出最大稳态扭矩限值或最小稳态扭矩限值，计算输出相应的超限扭矩。

具体地，在该实施例中，可以将各个动力源（例如图1中的发动机110、TM电机130、ISG电机120）的当前反馈的实际输出扭矩进行加和，然后乘以传动比，计算得出作用于车轮端的实际扭矩22。实际扭矩22和最大/最小稳态扭矩限值21在一起作比较处理，如果所述实际扭矩值超出最大稳态扭矩限值或最小稳态扭矩限值，计算输出相应的超限扭矩23。

具体地，在比较处理过程中，如果实际扭矩超出最大稳态扭矩，则意味着产生了额外的加速度，超限扭矩23此时等于实际扭矩减去最大稳态扭矩；如果实际扭矩超出最小稳态扭矩，则意味着产生了超限的减速度（也即为负值的加速度），超限扭矩23此时等于实际扭矩减去最大稳态扭矩，其表现为负值。

进一步，步骤S250，基于超限扭矩计算相应的超限加速度，并且对所述超限加速度进行积分计算以得到相应的超限速度和超限位移。

具体地，在该实施例中，超限扭矩23除以车轮的半径以转换得到超限驱动力，然后再除以混合动力汽车的当前整车质量以计算得出相应的超限加速度；进一步对超限加速度进行积分计算得到超限速度24和超限位移25。

进一步，步骤S270，判断超限速度和/或超限位移是否超出相应的预定的安全阈值，以确定当前实际扭矩值是否处于安全状态。

具体地，在该实施例中，可以对超限速度24和超限位移25分别地设置第一安全阈值和第二安全阈值。如果超限速度24超出所述第一安全阈值，和/或者如果超限位移25超出第二安全阈值，也即两个条件至少满足一个时，可以驱动当前实际扭矩值为不安全状态，也即额外的扭矩已导致了不安全性。

进一步地，在确定当前实际扭矩值为不安全状态时，可以触发扭矩监控的故障处理以输出动力关断信号26，并通过独立的关断路径切断整车的动力输出。

需要理解的是，在以上扭矩监控过程中，如果实际扭矩值未超出最大稳态扭矩限值或最小稳态扭矩限值，则判断当前实际扭矩值处于安全状态，也即车辆的当前扭矩处于允许范围，此时可以按照一定的步长分别逐步减小超限速度和超限位移（此时超限速度和超限位移以其绝对值来减小），如果超限速度和超限位移减小到小于或等于0，则超限速度和超限位移重置为0。

至此，图2所示实施例的扭矩监控方法过程基本结束。该扭矩监控方法是基于速度和位移的算法，并且完全不是对应于扭矩控制的思路，不需要设计类似的扭矩分配、模式管理以及瞬态过程控制算法，非常适用于混合动力汽车的复杂动力系统配置，容易符合扭矩监控算法的简单明了原则。

需要理解的是，尽管以上扭矩监控方法实施例是针对图1所示实施例的混合动力汽车进行示例说明的，但是，本领域技术人员将可以根据以上教导或启示，将其同样地应用至其它类似的具有相对复杂动力系统配置（例如具有多个动力源）的混合动力汽车中。

以上例子主要说明了本发明的混合动力汽车的扭矩监控方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (11)

1.一种混合动力汽车的扭矩监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）基于与扭矩相关的驾驶员操作信息以及状态信息，计算得出最大/最小稳态扭矩限值；

（b）将作用于车轮端的实际扭矩值与所述最大/最小稳态扭矩限值进行比较，如果所述实际扭矩值超出最大稳态扭矩限值或最小稳态扭矩限值，计算输出相应的超限扭矩；

（c）基于所述超限扭矩计算相应的超限加速度，并且对所述超限加速度进行积分计算以得到相应的超限速度和超限位移；以及

（d）判断所述超限速度和/或超限位移是否超出相应的预定的安全阈值，以确定当前实际扭矩值是否处于安全状态。

2.如权利要求1所述的扭矩监控方法，其特征在于，在所述（a）步骤中，所述最大/最小稳态扭矩限值被进行滤波处理。

3.如权利要求1所述的扭矩监控方法，其特征在于，在所述（b）步骤中，将从所述混合动力汽车中所包括的各个动力源反馈的实际输出扭矩进行加和，然后乘以传动比计算得出所述实际扭矩值。

4.如权利要求1或3所述的扭矩监控方法，其特征在于，在所述（b）步骤中，所述超限扭矩等于所述实际扭矩值减去所述最大/最小稳态扭矩限值。

5.如权利要求1或3所述的扭矩监控方法，其特征在于，在所述（b）步骤中，如果所述实际扭矩值未超出最大稳态扭矩限值或最小稳态扭矩限值，则判断当前实际扭矩值处于安全状态。

6.如权利要求1所述的扭矩监控方法，其特征在于，在所述（c）步骤中，所述超限扭矩除以车轮的半径以转换得到超限驱动力，然后再除以所述混合动力汽车的整车质量以计算得出相应的超限加速度。

7.如权利要求1所述的扭矩监控方法，其特征在于，所述预定的安全阈值包括对应于所述超限速度的第一安全阈值和对应于所述超限位移的第二安全阈值。

8.如权利要求7所述的扭矩监控方法，其特征在于，在所述（d）步骤中，在所述超限速度超出所述第一安全阈值，和/或者所述超限位移超出所述第二安全阈值时，该当前实际扭矩值确定为不安全状态。

9.如权利要求8所述的扭矩监控方法，其特征在于，在所述（d）步骤中，当前实际扭矩值确定为不安全状态时，进一步触发扭矩监控的故障处理以输出动力关断信号，并通过独立的关断路径切断整车的动力输出。

10.如权利要求1或2所述的扭矩监控方法，其特征在于，所述最大/最小稳态扭矩限值根据当前档位是前进档还是倒车档确定。

11.一种混合动力汽车的扭矩监控装置，其特征在于，包括：

稳态扭矩限值计算部件，其用于基于与扭矩相关的驾驶员操作信息以及状态信息、计算得出最大/最小稳态扭矩限值；

比较部件，其用于将作用于车轮端的实际扭矩值与所述最大/最小稳态扭矩限值进行比较，如果所述实际扭矩值超出最大稳态扭矩限值或最小稳态扭矩限值，计算输出相应的超限扭矩；

加速度计算部件，其用于基于所述超限扭矩计算相应的超限加速度，并且对所述超限加速度进行积分计算以得到相应的超限速度和超限位移；以及

仲裁部件，其用于判断所述超限速度和/或超限位移是否超出相应的预定的安全阈值以确定当前实际扭矩值是否处于安全状态。