CN106394562A - 混合动力汽车控制系统及整车控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于混合动力汽车的整车控制器，其包括：传感器处理单元，用于采集混合动力汽车的第一运行参数集；通信接口单元，用于与混合动力汽车的至少一控制子系统交互信息，以获取第二运行参数集以及输出控制信号集；微处理器，用于结合第一、第二运行参数集生成控制信号集；其中，该至少一控制子系统基于控制信号集对混合动力汽车的动力总成进行控制。其能稳定地实现发动机、电机和传动系统的最佳配合，同时整合各种联结形式、可灵活应用于各种平台的混合动力汽车控制系统。

Description

混合动力汽车控制系统及整车控制器

技术领域

本发明涉及汽车控制领域，更具体地说，涉及一种混合动力汽车控制系统及整车控制器。

背景技术

汽车工业的发展面临着能源危机和环境污染两个重大制肘，新能源汽车的研发是克服这两个问题的有效措施之一。全球对不同形式的新能源汽车已有较为广泛的研究，相对于传统内燃机汽车和纯电动汽车，混合动力汽车具有诸多显著的优势，它既继承了石油燃料发动机高输出功率的长处，弥补了纯电动汽车续驶里程短的不足，又发扬了纯电动汽车作为“绿色汽车”节能和低排放的优点，显著改善了整车燃油经济性能和排放性能。

一般来说，混合动力系统中存在两个或两个以上动力源，不同的动力源按照动力系统的联结方式可以分为串联，并联和混联三类。在不同的联结方式中，动力总成的控制并不是发动机控制、电机控制及传动系统控制等的简单叠加，而是需要根据车辆行驶工况的变化，实现发动机、电机和传动系统的最佳配合，并且保持电池运行状态的优化，从而达到整车性能的最佳状态。

混合动力汽车控制系统及整车控制器的设计是决定混合动力汽车各项性能的关键因素。

现有技术中，申请号为 201310407606.2、名称为“用于汽车的混合动力系统、混合动力车及其控制方法”的专利申请，提供一种用于汽车的混合动力系统及其控制方法，系统采用双电机的混合动力结构特点，在汽车换档时通过控制器控制后驱电机驱动车辆行驶，避免汽车在汽车换档时动力中断，从而保证到了车辆行驶的平顺性，也提高了行驶过程中的平均速度。该系统的缺点是：采用双电机的结构系统复杂度较高，控制难度较大，而且增加成本。对于控制方法方面，专利只涉及控制系统的应用层，并且该方法只适用于特定形式的混合动力系统，系统柔性度较小。

又例如，在申请号为 201220285809.X、名称为“一种混合动力车辆能量管理系统”的专利申请中。其混合动力系统采用单轴并联的混合动力结构，整车控制单元HCU通过GPRS模块与远端服务器通信，提供一种远程工况数据采集与分析及参数标定功能，克服现有技术中混合动力车辆能量管理策略系统无法适应车辆实际工况动态变化不足的缺点，提高整车的燃油经济性和排放性能。该系统的缺点是：整车控制对实时性要求较高，GPRS无线通信实时性较慢，会影响整车的整体性能，另外该能量管理方法主要应用于固定行驶线路的车辆，而对于行驶线路自由的乘用车不是很实用，且产业化的可能性较小。

又例如，在申请号为 201410756049.X、名称为“一种串联式混合动力电动车能量管理系统及方法”的专利申请中。其管理方法可以提升串联式混合动力的可靠性、安全性及智能化程度。但该系统的缺点是：该混合动力能量管理策略系统及方法涉及串联式混合动力系统及其整车控制软件应用层的思想，因此只适用于特定的串联式混合动力系统，不能对其他联结形式的混合动力提供参考。

总之，现有技术中，一方面，根据车辆行驶工况的变化来实现发动机、电机和传动系统的最佳配合，并且保持电池运行状态的优化，是业内研发的核心目标，也是难点所在。另一方面，目前针对不同的混合动力联结方式，混合动力汽车控制系统及整车控制器均不相同，对于汽车开发企业来说，这需要管理多个版本的控制系统，系统集成度不高、柔性差，难以实现各平台的整合。

因此，业内研发人员期望获得一种能稳定地实现发动机、电机和传动系统的最佳配合，同时整合各种联结形式、可灵活应用于各种平台的混合动力汽车控制系统及其整车控制器。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种整车控制器，其能稳定地实现发动机、电机和传动系统的最佳配合。

为实现上述目的，本发明提供一种技术方案如下：

一种用于混合动力汽车的整车控制器，包括：传感器处理单元，用于采集混合动力汽车的第一运行参数集；通信接口单元，用于与混合动力汽车的至少一控制子系统交互信息，以获取第二运行参数集以及输出控制信号集；微处理器，用于结合第一、第二运行参数集生成控制信号集；其中，该至少一控制子系统基于控制信号集对混合动力汽车的动力总成进行控制。

优选地，整车控制器还包括执行器驱动单元，用于根据控制信号集控制混合动力汽车的行驶辅助系统和/或部件。

优选地，微处理器包括：信号处理及故障初步分析模块，其针对第一运行参数集进行信号处理及故障初步分析，以确定汽车运行参数信息和/或汽车故障信息；故障诊断及安全控制单元，其基于汽车故障信息对混合动力汽车的至少一控制子系统进行故障诊断；混合动力工作模式确定单元，其基于故障诊断及安全控制单元的输出结果以及汽车运行参数信息确定混合动力汽车的动力总成的工作模式；以及系统部件控制单元，其基于混合动力工作模式确定单元的输出结果以及汽车运行参数信息生成控制信号集。

优选地，故障诊断及安全控制单元、混合动力工作模式确定单元以及系统部件控制单元的工作优先级依次降低。

本发明的另一目的在于提供一种混合动力汽车控制系统，其既能稳定地实现发动机、电机和传动系统的最佳配合，又可整合各种动力联结形式、灵活应用于各种平台。

为实现上述目的，本发明提供另一技术方案如下：

一种混合动力汽车控制系统，包括上述的整车控制器、发动机控制系统、电机控制系统、以及电池管理系统，其中整车控制器配置成：与发动机控制系统进行交互，以获取发动机运行信息并输出发动机控制信号；与电机控制系统进行交互，以获取电机运行信息并输出电机控制信号；与电池管理系统进行交互，以获取电池运行信息。

本发明所提供的整车控制器及以其实现的混合动力汽车控制系统集成度高、柔性良好，能稳定地实现发动机、电机和传动系统的最佳配合，同时整合各种联结形式、可灵活应用于各种平台的混合动力汽车控制系统。

此外，依照本发明的实施例可首先保证混合动力汽车的安全性、迅速诊断多种故障、消除驾驶员的顾虑。当系统资源足够的情况下，可使混合动力汽车达到最佳运行状态。

附图说明

图1示出本发明第一实施例提供的用于混合动力汽车的整车控制器的模块图。

图2示出本发明第二实施例提供的用于混合动力汽车的整车控制器的微处理器的模块图。

图3示出整车控制器与混合动力汽车的多个控制子系统进行交互的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明第一实施例提供一种用于混合动力汽车的整车控制器10，其包括：传感器处理单元101、微处理器102、通信接口单元103以及执行器驱动单元104。

其中，传感器处理单元101采集混合动力汽车的第一运行参数集；通信接口单元103与混合动力汽车的至少一控制子系统交互信息，以获取第二运行参数集以及输出控制信号集；微处理器102结合第一、第二运行参数集生成控制信号集。

混合动力汽车的控制子系统包括但不限于：发动机控制系统、电机控制系统、电池管理系统和/或变速箱控制系统等。这些控制子系统基于整车控制器10最终输出的控制信号集对混合动力汽车的动力总成进行控制。

进一步地，整车控制器10还可包括执行器驱动单元104。执行器驱动单元104根据微处理器102传来的控制信号集对混合动力汽车的行驶辅助系统和/或部件进行控制。

其中，行驶辅助系统和/或部件例如包括故障指示灯、继电器、冷却风扇控制器、冷却水泵控制器等。

具体地，传感器处理单元101采集多个传感器信号，这些传感器信号组成本文所述的第一运行参数集。第一运行参数集可以包括加速踏板位置信号；制动踏板位置信号；以及离合器位置信号（自动排挡混合动力汽车不具有离合器位置信号）这些模拟信号中的任一个或任多个，也可包括其他数字信号，诸如ACC开关信号、Run/crank信号等。这些各种信号能够由分设于车身各个位置的模拟信号传感器或数字信号传感器来采集，这些模拟信号传感器或数字信号传感器组成传感器处理单元101。

通信接口单元103与混合动力汽车的多个控制子系统交互信息。根据本发明的第一实施例的一种具体实现，通信接口单元103可实现为基于CAN总线的收发电路，其基于微处理器102的输出向整车控制器10外部输出控制信号集；以及接收外部输入的第二运行参数集。

结合图3，通信接口单元103（图3未示出）通过CAN总线与发动机控制系统301、电机控制系统302、电池管理系统303以及变速箱控制系统304（手动排挡混合动力汽车可不设变速箱控制系统）等混合动力汽车的控制子系统进行数据交互。其中，发动机控制系统301控制发动机201的运行并可获得其运行参数，电极控制系统302控制电机202的运行并可获得其运行参数，电池管理系统303管理动力电池203的运行并可获得其运行参数，以及，变速箱控制系统304控制变速箱204的运行并可获得其运行参数。

通信接口单元103接收的第二运行参数集可以包括发动机转速参数、电池SOC参数、电机运行参数、车速参数等。

通信接口单元103输出的控制信号集可以包括关于转矩分配策略的控制信号、关于（混合动力）模式切换过程控制策略的控制信号，也可以包括针对发动机控制系统301、电机控制系统302、电池管理系统303、或变速箱控制系统304的其他控制信号。

执行器驱动单元104可实现为功率驱动电路和/或保护电路，以驱动相关的系统或部件执行相应动作。

该第一实施例中，微处理器102为整车控制器的核心单元。其结合第一、第二运行参数集进行逻辑运算，生成控制信号集。

进一步地，控制信号集可以包括第一子集和第二子集，第一子集经由通信接口单元103输出到混合动力汽车的各控制子系统，以便对动力总成进行控制。第二子集向执行器驱动单元104传递，以便对混合动力汽车的行驶辅助系统和/或部件进行控制。

整车控制器的主要功能是获取加速踏板或制动踏板信号，并且从总线中获得车速、发动机转速、电池SOC等信息，按照一定的控制规则，通过CAN总线通讯直接或间接协调发动机管理系统、电机控制系统及变速箱控制系统等混合动力汽车的控制子系统进行工作。通过对动力系统各个部件的转速、扭矩、功率等参数进行协调控制，使混合动力车辆运行在最佳状态。

上述整车控制器系统集成度高、柔性良好，并能稳定地实现发动机、电机和传动系统的最佳配合，同时整合各种联结形式、可灵活应用于各种平台的混合动力汽车控制系统。

如图2所示，本发明第二实施例提供一种用于混合动力汽车的整车控制器的微处理器。该微处理器一般包括信号处理及故障初步分析模块1020、故障诊断及安全控制单元1021、混合动力工作模式确定单元1022以及系统部件控制单元1023。为说明的方便起见，传感器处理单元、通信接口单元以及执行器驱动单元在图2中并未示出。

信号处理及故障初步分析模块1020针对第一运行参数集进行信号处理及故障初步分析，以确定汽车运行参数信息和/或汽车故障信息。故障诊断及安全控制单元1021基于汽车故障信息对混合动力汽车的至少一控制子系统进行故障诊断。混合动力工作模式确定单元1022基于故障诊断及安全控制单元1021的输出结果以及汽车运行参数信息确定混合动力汽车的动力总成的工作模式。系统部件控制单元1023基于混合动力工作模式确定单元1022的输出结果以及汽车运行参数信息生成控制信号集。

作为进一步改进，故障诊断及安全控制单元1021、混合动力工作模式确定单元1022以及系统部件控制单元1023的工作优先级依次降低。

具体地，故障诊断及安全控制单元1021是优先级最高的管理单元，其主要功能是对混合动力控制系统进行故障诊断并针对整车故障及时进行保护处理；混合动力工作模式确定单元1022的优先级其次，其主要功能是确定混合动力汽车的动力总成的工作模式；而系统部件控制单元1023为优先级较低的管理单元，其主要功能主要包括生成控制信号集，控制信号集可至少体现整车能量管理策略和动态过程控制策略两个方面。

上述工作优先级的设置，可首先以最大系统资源对混合动力控制系统进行故障诊断及相应的保护处理；在此之后，以剩余的系统资源来考虑混合动力汽车的动力总成的工作模式；随之，再以剩余的系统资源具体体现整车能量管理策略和动态过程控制策略。这种渐进式的逻辑运算可首先保证混合动力汽车的安全性、迅速诊断多种故障、消除驾驶员的顾虑。当系统资源足够的情况下，上述工作优先级设置又能实现发动机、电机和传动系统的最佳配合，使混合动力汽车达到最佳运行状态。

系统部件控制单元1023生成控制信号集，经由总线（图2未示出）传送到混合动力汽车的多个控制子系统30，诸如发动机控制系统、电机控制系统、变速箱控制系统等。该多个控制子系统随后可以阀控制信号、电流控制信号等形式将控制命令发送到混合动力传动系统31，混合动力传动系统31最终实现对发动机、电机等动力总成部件的控制。

如上述第一实施例，混合动力传动系统31中可设置部分传感器，以便采集混合动力汽车的第一运行参数集。

在本发明的具体实现中，可将一些功能兼容且通用的功能模块做成数据库，在程序设计中直接调用。从而，对于不同构型的混合动力系统，能量管理系统的设计就主要集中在动态过程控制和能量分配等功能模块，并且软件功能模块开发可采用基于模型开发的方式，即在Matlab/Simulink软件中建立控制模型,经过仿真测试后，将模型生成C代码，与底层驱动程序集成，再下载到整车控制器硬件。

此外，为了达到兼容多种结构形式的混合动力系统的目的，在混合动力整车控制器的硬件设计方面，可将整车控制器的硬件设计成为兼容的硬件，即根据混合动力系统的控制需求，综合考虑串联、并联和混联等混合动力的联结形式，从而可开发出满足多种构型、各种平台的整车控制器。

本发明第三实施例提供一种混合动力汽车控制系统，其包括上述第一或第二实施例中的整车控制器、发动机控制系统、电机控制系统、以及电池管理系统。

其中，整车控制器配置成：与发动机控制系统进行交互，以获取发动机运行信息并输出发动机控制信号；与电机控制系统进行交互，以获取电机运行信息并输出电机控制信号；与电池管理系统进行交互，以获取电池运行信息。

进一步地，在自动排挡混合动力汽车中，混合动力汽车控制系统还包括变速箱控制系统，整车控制器与变速箱控制系统进行交互，以获取挡位信息并输出换挡指令。

结合图3，混合动力汽车控制系统还可包括仪表系统40，整车控制器与仪表系统40进行交互，以向乘客指示混合动力汽车的行驶状态。混合动力汽车控制系统也可包括车身控制器，车身控制器通过总线与发动机控制系统、电机控制系统、变速箱控制系统等进行交互，以便控制车身的稳定与平衡。

对于汽车电控系统开发企业来说，本发明提高了混合动力汽车控制系统的开发效率，并且可以达到集成管理不同构型、不同平台混合动力车型的开发的目的，甚至可以移植到纯电动汽车及其他新能源车辆的开发。

上述说明仅针对于本发明的优选实施例，并不在于限制本发明的保护范围。本领域技术人员可作出各种变形设计，而不脱离本发明的思想及附随的权利要求。

Claims (11)

1.一种用于混合动力汽车的整车控制器，包括：

　　传感器处理单元，用于采集所述混合动力汽车的第一运行参数集；

　　通信接口单元，用于与所述混合动力汽车的至少一控制子系统交互信息，以获取第二运行参数集以及输出控制信号集；

　　微处理器，用于结合所述第一、第二运行参数集生成所述控制信号集；

　　其中，所述至少一控制子系统基于所述控制信号集对所述混合动力汽车的动力总成进行控制。

2.根据权利要求1所述的整车控制器，其特征在于，所述整车控制器还包括执行器驱动单元，用于根据所述控制信号集控制所述混合动力汽车的行驶辅助系统和/或部件。

3.根据权利要求2所述的整车控制器，其特征在于，所述微处理器包括：

　　信号处理及故障初步分析模块，其针对所述第一运行参数集进行信号处理及故障初步分析，以确定汽车运行参数信息和/或汽车故障信息；

　　故障诊断及安全控制单元，其基于所述汽车故障信息对所述混合动力汽车的所述至少一控制子系统进行故障诊断；

　　混合动力工作模式确定单元，其基于所述故障诊断及安全控制单元的输出结果以及所述汽车运行参数信息确定所述混合动力汽车的动力总成的工作模式；以及

　　系统部件控制单元，其基于所述混合动力工作模式确定单元的输出结果以及所述汽车运行参数信息生成所述控制信号集。

4.根据权利要求3所述的整车控制器，其特征在于，所述故障诊断及安全控制单元、所述混合动力工作模式确定单元以及所述系统部件控制单元的工作优先级依次降低。

5.根据权利要求1所述的整车控制器，其特征在于，所述第一运行参数集包括如下项的任一个或任多个：

　　加速踏板位置信号；

　　制动踏板位置信号；以及

　　离合器位置信号。

6.根据权利要求1所述的整车控制器，其特征在于，所述控制子系统包括：

　　发动机控制系统；

　　电机控制系统；以及

　　电池管理系统。

7.根据权利要求1所述的整车控制器，其特征在于，所述第二运行参数集包括如下项的任一个或任多个：

　　车速；

　　发动机转速；以及

　　电池SOC。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的整车控制器，其特征在于，所述混合动力包括串联、并联和/或混联的联结方式。

9.一种混合动力汽车控制系统，包括如权利要求1至7中任一项所述的整车控制器、发动机控制系统、电机控制系统、以及电池管理系统，其中所述整车控制器配置成：

　　与所述发动机控制系统进行交互，以获取发动机运行信息并输出发动机控制信号；

　　与所述电机控制系统进行交互，以获取电机运行信息并输出电机控制信号；

　　与所述电池管理系统进行交互，以获取电池运行信息。

10.如权利要求9所述的混合动力汽车控制系统，其特征在于，其还包括变速箱控制系统，所述整车控制器与所述变速箱控制系统进行交互，以获取挡位信息并输出换挡指令。

11.如权利要求9或10所述的混合动力汽车控制系统，其特征在于，其还包括仪表系统，所述整车控制器与所述仪表系统进行交互，以向乘客指示所述混合动力汽车的行驶状态。