CN107364439B - 混合动力车辆和纯电力车辆动力控制系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于混合动力车辆的动力控制系统，其包括整车控制器、电机驱动管理系统、电池管理系统、发动机管理系统。所述整车控制器通过相互平行的第一和第二CAN总线与所述电机驱动管理系统、发动机管理系统和电池管理系统连接；在常规状态下，所述整车控制器通过第一CAN总线与所述发动机管理系统以完整模式通讯，通过第二CAN总线与所述电机驱动管理系统和电池管理系统以完整模式通讯；在第一CAN总线中出现故障时，所述整车控制器通过第二CAN总线与所述发动机管理系统以精简模式通讯。还公开了一种用于纯电力车辆的动力控制系统。

Description

混合动力车辆和纯电力车辆动力控制系统
技术领域
本发明涉及一种基于双CAN架构的混合动力或纯电力车辆的动力控制系统。
背景技术
现有的车辆混合动力控制系统采用的大多是单CAN架构，如图1中所示，其包括连接在HCU(整车控制器)1与EMS(发动机管理系统)2之间的单路第一CAN总线5以及连接在HCU1与高压部件(包括PEB(电机驱动管理系统)2和BMS(电池管理系统)3)之间的单路第二CAN总线6。
根据这种现有技术，两个网段由HCU 1作为唯一交互入口。这样，任何一路总线出现故障时，这路总线上连接的所有动力源都没法参与驱动，即便动力源本身部件并没有故障，这就大大降低了整车系统的容错能力。
发明内容
本发明意在提供一种基于双CAN架构的混合动力或纯电力车辆的动力控制系统，实现一路网段出现故障后，动力驱动系统可以互相平顺的切换。
本发明在其一个方面提供了一种混合动力车辆动力控制系统，其包括：
整车控制器；
发动机管理系统，用于控制作为车辆一个动力源的发动机；
电机驱动管理系统，用于控制作为车辆另一个动力源的电机；以及
电池管理系统，用于控制向所述电机供电的电池；
其中，所述整车控制器通过相互平行的第一和第二CAN总线与所述发动机管理系统、电机驱动管理系统和电池管理系统连接；
在常规状态下，所述整车控制器通过第一CAN总线与所述发动机管理系统以完整模式通讯、整车控制器通过第二CAN总线与电机驱动管理系统和电池管理系统以完整模式通讯；
在第一CAN总线中出现故障时，所述整车控制器通过第二CAN总线与所述发动机管理系统以精简模式通讯。
根据一种可行实施方式，在常规状态下，所述整车控制器通过第一CAN总线向所述发动机管理系统发送完整发动机控制指令，所述完整发动机控制指令包括：
(1)发动机直接控制类指令；
(2)发动机扭矩和速度限制范围；
(3)发动机诊断类接口。
根据一种可行实施方式，在常规状态下，所述整车控制器通过第一CAN总线从所述发动机管理系统接收完整发动机反馈信息，所述完整发动机反馈信息包括：
(1)发动机实际控制类参数；
(2)发动机能力范围；
(3)发动机状态信息；
(4)发动机诊断结构。
根据一种可行实施方式，在常规状态下，所述整车控制器通过第二CAN总线向所述电机驱动管理系统和电池管理系统发送完整电机/电池控制指令，所述完整电机/电池控制指令包括：
(1)电机、电池模式控制指令；
(2)电机转速、扭矩控制指令。
根据一种可行实施方式，在常规状态下，所述整车控制器通过第二CAN总线分别从所述电机驱动管理系统和电池管理系统接收完整电机反馈信息和完整电池反馈信息；
所述完整电机反馈信息包括：
(1)电机实际状态；
(2)电机驱动能力；
所述完整电池反馈信息包括：
(1)电池当前状态；
(2)电池能力。
根据一种可行实施方式，在第一CAN总线中出现故障时，所述整车控制器通过第二CAN总线向所述发动机管理系统发送精简发动机控制指令以及从所述发动机管理系统接收精简发动机反馈信息；所述精简发动机控制指令只包括发动机直接控制类指令；所述精简发动机反馈信息只包括发动机实际控制类参数。
根据一种可行实施方式，在第一CAN总线中出现故障时，所述整车控制器在整车端仅响应制动开关请求，所述发动机直接控制类指令包括控制发动机进入限功率运行模式的指令。
根据一种可行实施方式，在第一CAN总线正常而第二CAN总线中出现故障时，所述整车控制器切换到通过第一CAN总线分别从所述电机驱动管理系统和电池管理系统接收精简电机反馈信息和精简电池反馈信息；所述精简电机反馈信息仅包括电机实际状态；所述精简电池反馈信息仅包括电池当前状态。
根据一种可行实施方式，在第一CAN总线正常而第二CAN总线中出现故障时，所述整车控制器切换到通过第一CAN总线向所述电机驱动管理系统和电池管理系统发送完整电机/电池控制指令或是精简电机/电池控制指令；所述精简电机/电池控制指令仅包括电机转速和/或扭矩控制指令。
根据一种可行实施方式，所述整车控制器还用于控制动力源的接入和切断以及变速箱的档位；
在第一CAN总线中出现故障时，所述整车控制器通过第二CAN总线将档位信息保持前一时刻状态或是降档。
根据一种可行实施方式，在检测到第一CAN总线中出现故障之后，经历一段准备时间后从所述完整模式切换到精简模式，所述准备时间小于最小网络故障确认时间。
本发明在其另一个方面提供了一种纯电力车辆动力控制系统，其包括：
整车控制器；
电机驱动管理系统，用于控制作为车辆动力源的电机；以及
电池管理系统，用于控制向所述电机供电的电池；
其中，所述整车控制器通过相互平行的第一和第二CAN总线与所述电机驱动管理系统和电池管理系统连接；
在常规状态下，所述整车控制器通过第二CAN总线与所述电机驱动管理系统和电池管理系统以完整模式通讯；
在第二CAN总线中出现故障时，所述整车控制器通过第一CAN总线与所述电机驱动管理系统和电池管理系统以精简模式通讯。
根据一种可行实施方式，所述电机包括至少两个电机；在第二CAN总线中出现故障时，所述整车控制器通过第一CAN总线以安全模式选择相应电机的接入、被接入电机的相应档位以及电机间的扭矩分配。
本发明的上述适用于所述混合动力车辆动力控制系统的各项特征同样适用于所述纯电力车辆动力控制系统中(与发动机相关的特征需经适应性修改)。
根据本发明，在基于双CAN架构的混合动力或纯电力驱动系统中，在一路网段出现故障后，车辆的动力驱动系统可以互相平顺的切换，整车进入限车速运行状态，从而提高了整车系统的容错能力。
附图说明
下面将参照附图详细描述本发明，在附图中：
图1是根据现有技术的基于单CAN架构的混合动力车辆的动力控制系统框图；
图2是根据本发明的一种可行实施方式的基于双CAN架构的混合动力车辆的动力控制系统框图；
图3是根据本发明的双路CAN动力控制系统在总线切换时的发动机控制方案的示意图；
图4是根据本发明的双路CAN动力控制系统在总线切换时的电机和电池控制方案的示意图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的一些实施方式。
如图2所示，根据本发明的一种可行实施方式，用于混合动力车辆的动力控制系统包括HCU(整车控制器)1，其为整个车辆控制系统的核心部件，用于接收并且处理驾驶员的驾驶操作指令，并向车辆的各个部件控制器发送控制指令，使车辆按驾驶期望行驶。此外，HCU 1与车辆各个部件进行通讯以实现各部件的状态采集及指令输出。此外，HCU1判断和存储车辆各个部件的故障，视故障的类别对整车进行分级保护。同时整车控制器还用于控制动力源的接入和切断以及变速箱的档位，替代传统变速箱功能。
此外，动力控制系统还包括EMS(发动机管理系统)2，其从HCU1接收控制指令来控制作为动力源之一的发动机的运转，尤其是精确控制燃油供给量。此外，EMS 2基于发动机相关的各种传感器的测量结果，将发动机状态信息送入HCU 1。
此外，动力控制系统还包括PEB(电机驱动管理系统)3，其从HCU1接收控制指令来控制作为动力源之一的电机的运转。此外，PEB 3基于电机相关的传感器提供的信号将电机信息送入HCU 1。
此外，动力控制系统还包括BMS(电池管理系统)4，其从HCU 1接收控制指令来控制为电机供电的电池(例如高压电池)的运转。此外，BMS 4基于电池箱内安装的传感器提供的信号将电池信息送入HCU 1。
本发明通过双CAN架构实现HCU 1与高压部件(PEB 3、BMS 4等)之间的通讯，其中高压部件和发动机系统均平行连接至两条CAN网络。具体而言，如图2所示，HCU 1通过两条相互平行的第一CAN总线5和第二CAN总线6与EMS 2、PEB 3、BMS 4、)经相应的通讯口连接，以实现多动力源的动力分配和协调。每条CAN总线包括两根传输线(如图3、4所示)，用于实现这些部件之间的连接。这两条CAN总线可以都是高速CAN总线。
第一CAN总线5为主总线，在常规状况下，HCU 1通过第一CAN总线5与EMS 2保持双向通讯，同时，第一CAN总线5还控制车辆的制动、其他一些整车管理功能等；第二CAN总线6与PEB 3、BMS 4保持双向通讯。当HCU 1判断出第一CAN总线5出现通讯故障时，HCU1切换到通过第二CAN总线6与EMS 2、PEB 3、BMS 4、TCU双向通讯。
如图3所示，在常规状态下，HCU 1与EMS 2之间通过第一CAN总线5以完整模式进行双向通讯，所述通讯包括HCU 1向EMS 2发送的发动机控制指令1(完整指令)和从EMS 2接收的发动机反馈信息1(完整信息)。
发动机控制指令1主要包括：
1.发动机直接控制类指令；
2.发动机扭矩和速度限制范围；
3.发动机诊断类接口。
发动机反馈信息1主要包括：
1.发动机实际控制类参数；
2.发动机能力范围；
3.发动机状态信息(例如吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等)；
4.发动机诊断结构。
在第一CAN总线5出现故障的情况下，HCU 1切换到HCU 1与EMS 2之间通过第二CAN总线6以相对于所述完整模式精简了的精简模式进行双向通讯，即HCU 1向EMS 2发送的发动机控制指令2(精简指令)和从EMS 2接收的发动机反馈信息2(信息)。其中，发动机控制指令2只包括发动机直接控制类指令，而发动机反馈信息2仅包括发动机实际控制类参数。
切换过程如图3所示。在第一CAN总线5出现故障时，从底层发出故障状态位置位T1时刻开始，动力控制系统进入切换准备过程，准备时间为ΔT1，该ΔT1小于相应网段的最小网络故障确认时间，在该ΔT1中，从第二CAN总线6向HCU 1传输切换状态准备信息，包括：第二CAN总线6网段状态确认，接收发送双方状态确认，发送准备标志位，接收准备状态位等信息。在经历了ΔT1而达到T2时刻后，准备信息就绪，即开始HCU 1经第二CAN总线6向EMS 2发出指令和从其接收信息，其中，由第二CAN总线6向HCU 1传输精简的发动机控制指令2，此时HCU 1要控制EPT系统进入限功率运行模式，即便驱动电机和电池系统工作正常。此外，HCU1对整车其他状态如底盘干涉扭矩、油门信息均不再响应。同时，HCU 1通过控制TCU而将档位信息保持前一时刻状态或是降档至安全的低档位。第一CAN总线5出现故障后整车端仅响应制动开关请求。而车辆驱动能力也是在受限的基础上，保持低车速运行。
同样，在常规状态下，HCU 1与PEB 3、BMS 4在第二CAN总线6上以完整模式进行双向通讯，交互的信息包括HCU 1向PEB 3、BMS4发出的电机/电池控制指令1和电机/电池控制指令1(完整指令)以及从PEB 3、BMS 4接收的电机反馈信息1(完整信息)和电池反馈信息1(完整信息)。
电机/电池控制指令1主要包括：
1.电机、电池模式控制指令；
2.电机转速、扭矩控制指令。
电机反馈信息1主要包括：
1.电机实际状态；
2.电机驱动能力。
电池反馈信息1主要包括：
1.电池当前状态(电压、电流和内阻等)；
2.电池能力。
如图4所示，在第二CAN总线6发生故障时，HCU 1切换到HCU1与PEB 3、BMS 4之间通过第一CAN总线5以相对于所述完整模式精简了的精简模式进行双向通讯。具体而言，底层发出故障状态位置位T3时刻开始，动力控制系统进入切换准备过程，准备时间为ΔT2，该ΔT2小于相应网段的最小网络故障确认时间并且可与前述ΔT1相同或不同。在该ΔT2中，从第一CAN总线5向HCU 1传输切换状态准备信息，包括：第一CAN总线5网段状态确认，接收发送双方状态确认，发送准备标志位、接收准备状态位等信息。在经历了ΔT2而达到T4时刻后，准备信息就绪，即开始HCU 1经第一CAN总线5从PEB 3、BMS 4电机反馈信息2(信息)和电池反馈信息2(信息)，并向它们发出电机/电池控制指令2(精简指令，例如仅包括电机转速和/或扭矩控制指令)或是维持电机/电池控制指令1(完整指令)。电机反馈信息2可以仅包括电机实际状态，而电池反馈信息2可以仅包括电池当前状态。此时HCU 1要控制EPT系统进入限功率运行模式。在车辆动力源包括一个以上的电机的情况下，HCU 1通过控制TCU而以安全模式选择电机的接入、被接入电机的相应档位以及电机间的扭矩分配。
根据本发明，在双路CAN总线中的任何一路出现故障的状况下，HCU 1切换到另一路CAN总线而简化控制车辆以故障模式运行，保证驾驶员有足够的时间将故障车辆驾驶到安全区域或维修场所。
根据本发明的另一种可行实施方式，基于双CAN架构的纯电力车辆的动力控制系统包括前面描述的HCU 1、PEB 3、BMS 4，而不包括EMS 2，HCU 1通过第一CAN总线5和第二CAN总线6与PEB 3、BMS4连接。
第一CAN总线5控制车辆的制动、其他一些整车管理功能等。
在常规状态下，所述HCU 1通过第二CAN总线6与所述PEB 3、BMS 4以完整模式通讯；在第二CAN总线6中出现故障时，所述HCU1切换到通过第一CAN总线5与所述PEB 3、BMS 4以精简模式通讯。如前面参照图4对混合动力车辆的动力控制系统所做描述。
在纯电力车辆中，用于驱动车辆的电机很可能包括多个电机。在这种情况下，在第二CAN总线6中出现故障时，所述HCU 1切换到通过第一CAN总线5以安全模式选择相应电机的接入、被接入电机的相应档位以及电机间的扭矩分配。
本领域技术人员可对前面描述的各种不见以及相关控制指令和反馈信息进行各种调整。
可以看到，本发明解决了系统由于非零件故障而是网络故障导致的车辆不能行驶问题，使得即便网络受到干扰，车辆依旧能够进入故障模式运行，保证驾驶员有足够的时间将故障车辆驾驶到安全区域，减少了车辆被迫停驶带来的负面影响。
虽然这里参考具体的实施方式描述了本发明，但是本发明的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本发明的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (13)

1.一种混合动力车辆动力控制系统，包括：
整车控制器；
发动机管理系统，用于控制作为车辆一个动力源的发动机；
电机驱动管理系统，用于控制作为车辆另一个动力源的电机；以及
电池管理系统，用于控制向所述电机供电的电池；
其中，所述整车控制器通过相互平行的第一和第二CAN总线与所述发动机管理系统、电机驱动管理系统和电池管理系统连接；
在常规状态下，所述整车控制器通过第一CAN总线与所述发动机管理系统以完整模式通讯，以便向所述发动机管理系统发送完整发动机控制指令，以及从所述发动机管理系统接收完整发动机反馈信息，并且通过第二CAN总线与电机驱动管理系统和电池管理系统以完整模式通讯，以便向所述电机驱动管理系统和电池管理系统发送完整电机/电池控制指令，以及分别从所述电机驱动管理系统和电池管理系统接收完整电机反馈信息和完整电池反馈信息；
在第二CAN总线正常而第一CAN总线中出现故障时，所述整车控制器通过第二CAN总线与所述发动机管理系统以相对于所述完整模式精简了的精简模式通讯，以便向所述发动机管理系统发送精简发动机控制指令，以及从所述发动机管理系统接收精简发动机反馈信息。
2.如权利要求1所述的混合动力车辆动力控制系统，其中，所述完整发动机控制指令包括：
(1)发动机直接控制类指令；
(2)发动机扭矩和速度限制范围；
(3)发动机诊断类接口。
3.如权利要求1所述的混合动力车辆动力控制系统，其中，所述完整发动机反馈信息包括：
(1)发动机实际控制类参数；
(2)发动机能力范围；
(3)发动机状态信息；
(4)发动机诊断结构。
4.如权利要求1所述的混合动力车辆动力控制系统，其中，所述完整电机/电池控制指令包括：
(1)电机、电池模式控制指令；
(2)电机转速、扭矩控制指令。
5.如权利要求1所述的混合动力车辆动力控制系统，其中，所述完整电机反馈信息包括：
(1)电机实际状态；
(2)电机驱动能力；
所述完整电池反馈信息包括：
(1)电池当前状态；
(2)电池能力。
6.如权利要求1至5中任一项所述的混合动力车辆动力控制系统，其中，所述精简发动机控制指令只包括发动机直接控制类指令；所述精简发动机反馈信息只包括发动机实际控制类参数。
7.如权利要求6所述的混合动力车辆动力控制系统，其中，在第一CAN总线中出现故障时，所述整车控制器在整车端仅响应制动开关请求，所述发动机直接控制类指令包括控制发动机进入限功率运行模式的指令。
8.如权利要求1至5中任一项所述的混合动力车辆动力控制系统，其中，在第一CAN总线正常而第二CAN总线中出现故障时，所述整车控制器切换到通过第一CAN总线分别从所述电机驱动管理系统和电池管理系统接收精简电机反馈信息和精简电池反馈信息；所述精简电机反馈信息仅包括电机实际状态；所述精简电池反馈信息仅包括电池当前状态。
9.如权利要求1至5中任一项所述的混合动力车辆动力控制系统，其中，在第一CAN总线正常而第二CAN总线中出现故障时，所述整车控制器切换到通过第一CAN总线向所述电机驱动管理系统和电池管理系统发送完整电机/电池控制指令或是精简电机/电池控制指令；所述精简电机/电池控制指令仅包括电机转速和/或扭矩控制指令。
10.如权利要求1至5中任一项所述的混合动力车辆动力控制系统，其中，所述整车控制器还用于控制动力源的接入和切断以及变速箱的档位；
在第一CAN总线中出现故障时，所述整车控制器通过第二CAN总线将档位信息保持前一时刻状态或是降档。
11.如权利要求1至5中任一项所述的混合动力车辆动力控制系统，其中，在检测到第一CAN总线中出现故障之后，经历一段准备时间后从所述完整模式切换到精简模式，所述准备时间小于最小网络故障确认时间。
12.一种纯电力车辆动力控制系统，包括：
整车控制器；
电机驱动管理系统，用于控制作为车辆动力源的电机；以及
电池管理系统，用于控制向所述电机供电的电池；
其中，所述整车控制器通过相互平行的第一和第二CAN总线与所述电机驱动管理系统和电池管理系统连接；
在常规状态下，所述整车控制器通过第二CAN总线与所述电机驱动管理系统和电池管理系统以完整模式通讯，以便向所述电机驱动管理系统和电池管理系统发送完整电机/电池控制指令，以及分别从所述电机驱动管理系统和电池管理系统接收完整电机反馈信息和完整电池反馈信息；
在第二CAN总线中出现故障时，所述整车控制器通过第一CAN总线与所述电机驱动管理系统和电池管理系统以相对于所述完整模式精简了的精简模式通讯，以便分别从所述电机驱动管理系统和电池管理系统接收精简电机反馈信息和精简电池反馈信息，以及向所述电机驱动管理系统和电池管理系统发送完整电机/电池控制指令或是精简电机/电池控制指令。
13.如权利要求12所述的纯电力车辆动力控制系统，其中，所述电机包括至少两个电机；在第二CAN总线中出现故障时，所述整车控制器通过第一CAN总线以安全模式选择相应电机的接入、被接入电机的相应档位以及电机间的扭矩分配。
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