CN108859766B - 四轮轮毂电机混合动力汽车故障协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种四轮轮毂电机混合动力汽车故障协调控制方法，基于各个部位控制器以及整车控制器的故障报文信息和各个部位的硬件故障信息，分别提出动力电池目标故障控制、动力电池硬件故障控制、轮毂电机驱动系统目标故障控制、轮毂电机驱动系统硬件故障控制、发动机—发电机串联系统目标故障控制和，发动机—发电机串联系统硬件故障控制；当无硬件故障时，车辆正常行驶，无论何种故障均提醒驾驶人员，本发明使得整车发生故障瞬间可得到迅速处理，保证整车正常行驶。

Description

四轮轮毂电机混合动力汽车故障协调控制方法

技术领域

本发明属于新能源汽车领域，具体涉及一种四轮轮毂电机混合动力汽车故障协调控制方法。

背景技术

当前新能源汽车已经成为汽车界研究的热点以及焦点，轮毂电机以及混合动力已经得到了跳跃式的发展。混合动力汽车相对于纯电动汽车增加了发动机—发电机串联发电系统，发生故障的概率更高了。而四轮轮毂电机分布式驱动使得各个车轮可以得到单独控制，有利于整车在发生轻微故障时进入正常行驶或进入跛行模式。充分利用轮毂电机的优点，优化故障控制策略，有利于整车的行驶安全和新能源汽车的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种四轮轮毂电机混合动力汽车故障协调控制方法，使得整车发生故障瞬间可得到迅速处理，保证整车正常行驶。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种四轮轮毂电机混合动力汽车故障协调控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

动力电池目标故障控制，车辆正常行驶，并提醒驾驶人员：1）电池温度过高故障：限制动力电池输入功率以及动力电池输出功率；2）系统电压过高故障：判断电池电量SOC，若SOC低于50%，则限制发电机功率，降低发电机目标扭矩；若SOC高于50%，则将发电机对电池的充电功率限制为0；3）持续一定时间放电电流过大故障：限值动力电池输出功率，降低轮毂电机目标扭矩；4）持续一定时间充电电流过大故障：限值电池充电功率，降低发电机目标扭矩；5）系统电压过低故障：增大发电机目标扭矩从而升高发电机发电功率，提升充电功率。并降低动力电池输出功率；6）SOC值过低故障：提升发电机扭矩以增大动力电池充电功率并降低动力电池输出功率；7）若无以上1）-6）故障发生时，对于动力电池的充放电，限制其最小充电倍率为5C，最大充电倍率为10C。

动力电池硬件故障控制，并提醒驾驶人员：1）动力电池充电线路故障：限制电池输出功率，降低电机扭矩；2）高压系统绝缘值过低故障：将电机控制器、DCDC、高压电断开，判断此时绝缘值状态，若此时绝缘值仍低于绝缘值预设值，再对整车车速进行判断；若车速低于第一车速阈值，先断开各个回路高压，再断开动力电池高压电；若车速高于第一车速阈值，保留EHPS/EHPB回路高压电，待整车车速低于第一车速阈值时，再断开回路高压电以及动力电池高压电；

1）母线电流I过流故障：当250A＜I＜255A，限制故障电机及其同轴电机功率，故障严重即I≥255A时整车由四驱改为两驱状态；2）母线电压U过高故障：当680V＜U＜690V，限制故障电机及其同轴电机功率，故障严重即U≥690V时整车由四驱改为两驱状态；3）电机控制器温度T₁过温故障：当95℃＜T₁＜110℃，限制故障电机控制器及其同轴电机控制器对应的两电机功率，故障严重即T₁≥110℃时整车由四驱改为两驱状态；4）电机绕组温度T₂过热故障：当150℃＜T₂＜160℃限制故障电机及其同轴电机功率，故障严重即T₂≥160℃时改为两驱状态行驶；5）相电流i过载故障：当450A＜i＜470A限制故障电机及其同轴电机功率，故障严重i≥470A时改为两驱状态；6）电机超速故障：限制故障电机及其同轴电机扭矩；7）母线电压过低故障：限制故障电机及其同轴电机功率，同时增大发电机扭矩以提升发电功率；所有使用两驱状态时，限制车速为第二车速阈值；

轮毂电机驱动系统硬件故障控制，并提醒驾驶人员：1）当一个轮毂电机驱动系统出现硬件故障时，整车由四驱改为两驱状态；2）当两个轮毂电机驱动系统出现硬件故障时，根据以下情况划分，a.若发生故障的轮毂电机属于同轴电机，车辆进入两驱状态，b.若发生故障的轮毂电机位置关系为异轴同侧，车辆进入跛行，将故障轮毂限制车速为第一车速阈值，c.若发生故障的轮毂电机位置关系为异轴异侧，车辆进入两轮驱动模式，将故障轮毂电机设置为从动轮，由T1*a1=T2*a2得出T1/T2=a2/a1。其中a₁、a₂代表两驱动电机距离重心的横向垂直距离，T1、T2分别表示车辆行驶两个驱动轮的驱动力矩，限制车速在第三车速阈值以内；3）针对三个轮毂电机驱动系统失效故障的应急处理：车辆进入单轮驱动应急模式，并限制驱动轮毂电机的输出功率，限制车速为第四车速阈值；

发动机—发电机串联系统目标故障控制，车辆正常行驶，并提醒驾驶人员：发电机母线电流电压过高故障：降低发电机目标扭矩以限制发电功率；发电机绕组过热故障：降低发电机目标扭矩以限制发电功率；相电流过载故障：降低发电机目标扭矩以限制发电功率；发电机超速故障：降低发电机目标扭矩以限制发电功率；母线电压过低故障：增大发电机扭矩以提升发电机发电功率；发动机或发电机温度过高时：根据SOC电量进行判断，当SOC高于50%时，整车进入纯电动行驶，关闭发电串联发电系统，当SOC低于50%时，限制发电机扭矩及发动机转速，从而降低发电功率；

发动机—发电机串联系统硬件故障控制，并提醒驾驶人员：当出现位置传感器故障、控制器通讯故障时，根据动力电池电量进行判断；当SOC大于35%时，进入纯电动模式行驶。当SOC小于35%时，停车进行故障排查与消除；当出现预充电故障或发动机及发电机出现内部硬件故障时，应及时停车进行故障排查与消除。

按上述方案，第一车速阈值为30km/h，第二车速阈值为60Km/h，第三车速阈值为25km/h，第四车速阈值为20km/h。

按上述方案，所述的一定时间为10s以上。

按上述方案，所述的动力电池目标故障控制、轮毂电机驱动系统目标故障控制、发动机—发电机串联系统目标故障控制时，用黄灯提醒驾驶人员；

所述的动力电池硬件故障控制、轮毂电机驱动系统硬件故障控制、发动机—发电机串联系统硬件故障控制时，用红灯提醒驾驶人员。

本发明的有益效果为：基于各个部位控制器以及整车控制器的故障报文信息和各个部位的硬件故障信息，对整车实行多目标故障优化控制策略，使得整车发生故障瞬间可得到迅速处理，保证整车正常行驶。

附图说明

图1为整车布置及控制框图。

图2为动力电池故障协调控制策略图。

图3为轮毂电机驱动系统故障协调控制策略图。

图4为串联发电系统故障协调控制策略图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

图1为整车布置及控制框图，本发明基于各个部位控制器以及整车控制器的故障报文信息和各个部位的硬件故障信息，对整车实行多目标故障优化控制策略。

1、动力电池故障优化处理策略，如图2所示。

（1）动力电池多目标故障优化处理策略

电池温度过高故障：判断电池输入端及输出端功率是否过高。若发电机实际扭矩过大，则降低发电机对电池充电功率即降低VCU对于发电机的目标扭矩。若此时电机实际工作扭矩较大，则限值电机功率从而降低电池温度。

系统电压过高故障：判断电池电量SOC，若SOC低于50%，则限制发电机功率，降低发电机目标扭矩。若SOC高于50%，则将发电机输出扭矩降为0，发电机处于怠速状态，进入纯电动模式行驶。

持续10s以上放电电流过大故障：限值动力电池输出功率，即降低电机目标扭矩。若整车需要较大车速，可由发电机直接将电能流向轮毂电机。

持续10s以上充电电流过大故障：限值动力电池的充电功率，即降低发电机目标扭矩。若此时动力电池电量SOC较高，可在短时间内进入纯电动模式行驶。

系统电压过低故障：一方面，增大发电机目标扭矩从而升高发电机发电功率，提升充电效率，从而增大动力电池电量SOC以提升系统电压。另一方面，降低动力电池输出功率，主要在于限制电机扭矩、限制DCDC功率。电机需要较大功率是可由发电机直接将电能流向轮毂电机。

SOC值过低故障：提升发电机扭矩以增大动力电池充电功率，降低动力电池放电功率。即限制电机功率及扭矩，断开DCDC的输入。目的在于增大充电、降低放电以提升SOC电量值。

若无以上故障发生时，对于动力电池的充放电，限制其最小充电倍率为5C，最大充电倍率为10C。在故障发生后对轮毂电机进行限制则必须将同轴两电机同时限制。此故障发生时需及时亮出黄灯以警告驾驶员。

（2）动力电池硬件故障优化处理策略

动力电池充电线路故障：此现象反馈为发电机实际输出扭矩不为0而电池充电电流值为0，此时判断为动力电池充电系统故障。此时应限制电池输出功率，降低电机扭矩。

动力电池绝缘值过低故障：首先将电机控制器、DCDC、高压电断开，判断此时绝缘值状态。若此时绝缘值仍处于较低状态，再对整车车速进行判断。若车速低于30Km/h，先断开各个回路高压，再断开动力电池高压电。若车速高于30Km/h，保留EHPS/EHPB回路高压电，待整车车速低于30Km/h时，再断开回路高压电以及动力电池高压电。

发生动力电池硬件故障时，需及时亮出红灯警告驾驶员以提醒驾驶员到达安全维修位置时及时对故障进行排查与消除。

2、轮毂电机驱动系统故障诊断优化处理策略，如图3所示。

（1）轮毂电机驱动系统多目标故障优化处理策略

母线电流10s以上过流故障（电流＞250A）：限制此故障电机及其同轴电机控制器对应电机的功率。VCU降低所对应电机的目标扭矩。从而降低输出电流。同时限制动力电池充电功率，降低动力电池电流输入。过流故障较为严重时可断开故障电机及其同轴电机，将四驱改为两驱。待电流恢复正常时再恢复为四轮驱动。

母线电压过高故障（电压大于680V）：降低故障电机及其同轴电机控制器输入端的电流及功率同时限制动力电池充电功率。过压故障较为严重时可断开故障电机及其同轴电机，将四驱改为两驱行驶模式。待电压恢复正常后再恢复四轮驱动状态。

电机控制器过温故障（温度高于95℃）：降低故障电机控制器对应的电机及同轴电机的扭矩，限制电机控制器的输入及输出功率。过温故障严重时可将四驱直接改为两驱，待温度回复正常后再恢复四驱状态。

电机绕组过热故障（温度高于150℃）：将此故障电机及其同轴电机同时限制功率，必要时可将目标扭矩降为0，整车改为两驱状态。

相电流10s以上过载故障（相电流＞450A）：降低故障电机及其同轴电机扭矩以限制功率，必要时可将目标扭矩降为0。

电机超速故障（转速＞4000rpm）：迅速限制电机扭矩，降低对应轮毂电机控制器输出功率。

母线电压过低故障（电压＜530V）：限制所有电机的功率。同时增大发电机扭矩从而提升发电功率。

母线电压过压报警（电压＞700V）：降低发电机扭矩，限制发电机功率。

电机温度较高（温度＞110℃）：降低电机目标扭矩以限制电机的功率，从而降低电机温度。

发生以上故障时，整车控制器还应及时发出黄灯命令以亮起黄灯提醒驾驶员在指定安全位置及时解决故障

（2）电机及控制器硬件故障优化处理策略

硬件故障包含电机短路故障、预充电故障、位置传感器故障、控制器通讯故障等各个电机及其控制器的硬件故障，无法通过上下级的协调迅速解决，按照以下方式进行处理。

1）针对一个轮毂电机驱动系统硬件故障的应急处理：

车辆进入两轮驱动模式，将故障轮毂电机与同轴异侧轮毂电机设置为从动轮，为保证车辆行驶的稳定性，将整车车速限制在60Km/h以内。

2）针对两个轮毂电机驱动系统失效故障的应急处理：

a.若发生故障的轮毂电机属于同轴电机，车辆进入两轮驱动模式，将故障轮毂电机设置为从动轮，为保证应急跛行的行驶稳定性，限制车速在60Km/h以内。

b.若发生故障的轮毂电机位置关系为异轴同侧，车辆进入两轮驱动应急模式，将故障轮毂电机设置为从动轮并限制驱动轮毂电机的输出功率，将最高车速限制在30km/h以内，防止横摆力矩过大使驾驶员无法控制方向盘；

c.若发生故障的轮毂电机位置关系为异轴异侧，车辆进入两轮驱动模式，将故障轮毂电机设置为从动轮，需要针对转弯行驶时的操纵稳定性对两个驱动轮的驱动力矩做实时调整；直线行驶时，根据陀螺仪侧偏计算出实时重心到两电机的横向距离，由T₁*a₁=T₂*a₂得出T₁/T₂=a₂/a₁。其中a₁、a₂代表两驱动电机距离重心的横向垂直距离。并限制车速在25Km/h以内。

3）针对三个轮毂电机驱动系统失效故障的应急处理：

车辆进入单轮驱动应急模式，并限制驱动轮毂电机的输出功率，将最高车速限制在20km/h以内，防止横摆力矩过大使驾驶员无法控制方向盘；

发生以上故障时，整车控制器还应及时发出红灯命令以亮起红灯提醒驾驶员在指定安全位置及时解决故障

3、发动机—发电机串联系统故障诊断策略优化，如图4所示。

（1）串联发电系统多目标故障优化策略

发电机10s以上母线电流过高故障（电流＞250A）：降低发电机目标扭矩以限制发电机发电功率。

发电机母线电压10s以上过高故障（电压＞750V）：降低发电机目标扭矩以限制发电机发电功率。

发电机控制器过温故障（温度＞95℃）：降低发电机目标扭矩以限制发电机发电功率。

发电机绕组过热故障（温度＞150℃）：降低发电机目标扭矩以限制发电机发电功率。

相电流10s以上过载故障（相电流＞450A）：降低发电机目标扭矩以限制发电机发电功率。

发电机超速故障（转速＞4000rpm）: 降低发电机目标扭矩以限制发电机发电功率。

母线电压过低故障（电压＜530V）：增大发电机扭矩以提升发电机发电功率。

发电机、发动机温度过高故障：降低发电机扭矩以限制发电机发电功率。动力电池电量高于35%时可关闭发动机—发电机串联发电系统进行纯电动模式行驶。

发生以上故障时，整车控制器还应及时发出黄灯命令以亮起黄灯提醒驾驶员在指定安全位置及时解决故障。

（2）串联发电系统硬件故障优化处理策略

预充电故障：判断动力电池电量SOC是否大于35%，若大于35%，可使用纯电动模式继续行驶至指定位置进行故障消除。若低于35%，应立即停车进行故障排查与消除。

位置传感器故障：判断动力电池电量SOC是否大于35%，若大于35%，可使用纯电动模式继续行驶至指定位置进行故障消除。若低于35%，应立即停车进行故障排查与消除。

控制器通讯故障：判断动力电池电量SOC是否大于35%，若大于35%，可使用纯电动模式继续行驶至指定位置进行故障消除。若低于35%，应立即停车进行故障排查与消除。

当发动机以及发电机串联发电系统中任何硬件出现故障导致系统无法正常给动力电池充电式，应对整车动力电池电量进行相应的判断。当动力电池SOC小于35%时，各个电机应切断动力，进行故障排查与消除。当动力电池SOC大于35%时，可自动切换至纯电动行驶模式，待车辆到达指定维修地点在进行故障排查与消除。

发生硬件故障时，整车控制器应发出红灯命令以亮起红灯提醒驾驶员尽快解决故障。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种四轮轮毂电机混合动力汽车故障协调控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

动力电池目标故障控制，车辆正常行驶，并提醒驾驶人员：1）电池温度过高故障：限制动力电池输入功率以及动力电池输出功率；2）系统电压过高故障：判断电池电量SOC，若SOC低于50%，则限制发电机功率，降低发电机目标扭矩；若SOC高于50%，则将发电机对电池的充电功率限制为0；3）持续一定时间放电电流过大故障：限值动力电池输出功率，降低轮毂电机目标扭矩；4）持续一定时间充电电流过大故障：限值电池充电功率，降低发电机目标扭矩；5）系统电压过低故障：增大发电机目标扭矩从而升高发电机发电功率，提升充电功率；

并降低动力电池输出功率；6）SOC值过低故障：提升发电机扭矩以增大动力电池充电功率并降低动力电池输出功率；7）若无以上1）-6）故障发生时，对于动力电池的充放电，限制其最小充电倍率为5C，最大充电倍率为10C；

动力电池硬件故障控制，并提醒驾驶人员：1）动力电池充电线路故障：限制电池输出功率，降低电机扭矩；2）高压系统绝缘值过低故障：将电机控制器、DCDC、高压电断开，判断此时绝缘值状态，若此时绝缘值仍低于绝缘值预设值，再对整车车速进行判断；若车速低于第一车速阈值，先断开各个回路高压，再断开动力电池高压电；若车速高于第一车速阈值，保留EHPS/EHPB回路高压电，待整车车速低于第一车速阈值时，再断开回路高压电以及动力电池高压电；

轮毂电机驱动系统目标故障控制，车辆正常行驶，并提醒驾驶人员：1）母线电流I过流故障：当250A＜I＜255A，限制故障电机及其同轴电机功率，故障严重即I≥255A时整车由四驱改为两驱状态；2）母线电压U过高故障：当680V＜U＜690V，限制故障电机及其同轴电机功率，故障严重即U≥690V时整车由四驱改为两驱状态；3）电机控制器温度T₁过温故障：当95℃＜T₁＜110℃，限制故障电机控制器及其同轴电机控制器对应的两电机功率，故障严重即T₁≥110℃时整车由四驱改为两驱状态；4）电机绕组温度T₂过热故障：当150℃＜T₂＜160℃限制故障电机及其同轴电机功率，故障严重即T₂≥160℃时改为两驱状态行驶；5）相电流i过载故障：当450A＜i＜470A限制故障电机及其同轴电机功率，故障严重i≥470A时改为两驱状态；6）电机超速故障：限制故障电机及其同轴电机扭矩；7）母线电压过低故障：限制故障电机及其同轴电机功率，同时增大发电机扭矩以提升发电功率；所有使用两驱状态时，限制车速为第二车速阈值；

轮毂电机驱动系统硬件故障控制，并提醒驾驶人员：1）当一个轮毂电机驱动系统出现硬件故障时，整车由四驱改为两驱状态；2）当两个轮毂电机驱动系统出现硬件故障时，根据以下情况划分，a.若发生故障的轮毂电机属于同轴电机，车辆进入两驱状态，b.若发生故障的轮毂电机位置关系为异轴同侧，车辆进入跛行，将故障轮毂限制车速为第一车速阈值，c.若发生故障的轮毂电机位置关系为异轴异侧，车辆进入两轮驱动模式，将故障轮毂电机设置为从动轮，由T1*a1=T2*a2得出T1/T2=a2/a1；其中a₁、a₂代表两驱动电机距离重心的横向垂直距离，T1、T2分别表示车辆行驶两个驱动轮的驱动力矩，限制车速在第三车速阈值以内；3）针对三个轮毂电机驱动系统失效故障的应急处理：车辆进入单轮驱动应急模式，并限制驱动轮毂电机的输出功率，限制车速为第四车速阈值；

发动机—发电机串联系统目标故障控制，车辆正常行驶，并提醒驾驶人员：发电机母线电流电压过高故障：降低发电机目标扭矩以限制发电功率；发电机绕组过热故障：降低发电机目标扭矩以限制发电功率；相电流过载故障：降低发电机目标扭矩以限制发电功率；发电机超速故障：降低发电机目标扭矩以限制发电功率；母线电压过低故障：增大发电机扭矩以提升发电机发电功率；发动机或发电机温度过高时：根据SOC电量进行判断，当SOC高于50%时，整车进入纯电动行驶，关闭发动机-发电串联发电系统，当SOC低于50%时，限制发电机扭矩及发动机转速，从而降低发电功率；

发动机—发电机串联系统硬件故障控制，并提醒驾驶人员：当出现位置传感器故障、控制器通讯故障时，根据动力电池电量进行判断；当SOC大于35%时，进入纯电动模式行驶；

当SOC小于35%时，停车进行故障排查与消除；当出现预充电故障或发动机及发电机出现内部硬件故障时，应及时停车进行故障排查与消除。

2.根据权利要求1所述的四轮轮毂电机混合动力汽车故障协调控制方法，其特征在于：第一车速阈值为30km/h，第二车速阈值为60Km/h，第三车速阈值为25km/h，第四车速阈值为20km/h。

3.根据权利要求1所述的四轮轮毂电机混合动力汽车故障协调控制方法，其特征在于：所述的一定时间为10s以上。

4.根据权利要求1所述的四轮轮毂电机混合动力汽车故障协调控制方法，其特征在于：所述的动力电池目标故障控制、轮毂电机驱动系统目标故障控制、发动机—发电机串联系统目标故障控制时，用黄灯提醒驾驶人员；

所述的动力电池硬件故障控制、轮毂电机驱动系统硬件故障控制、发动机—发电机串联系统硬件故障控制时，用红灯提醒驾驶人员。

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