CN110155025A - 马达通信损失期间的自主马达控制 - Google Patents

马达通信损失期间的自主马达控制 Download PDF

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CN110155025A
CN110155025A CN201910112424.XA CN201910112424A CN110155025A CN 110155025 A CN110155025 A CN 110155025A CN 201910112424 A CN201910112424 A CN 201910112424A CN 110155025 A CN110155025 A CN 110155025A
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CN
China
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motor
controller
vehicle
voltage
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Application number
CN201910112424.XA
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拉吉特·约里
法扎尔·阿拉曼·赛义德
保罗·斯蒂芬·布莱恩
布莱恩·弗朗西斯·莫顿
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Ford Global Technologies LLC
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Ford Global Technologies LLC
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Publication date
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Abstract

本公开提供了“马达通信损失期间的自主马达控制”。一种计算机实施的方法包括，响应于在行驶周期期间在预定时间内马达控制器接收通信包的缺失，由所述控制器操作：(i)逆变器，以在所述预定时间期满时以由逆变器端子电压限定的设定值输出电压，和(ii)与逆变器联接的马达，以根据所述电压的变化施加扭矩。

Description

马达通信损失期间的自主马达控制
技术领域
本申请总体涉及电动马达系统，其配置成在电动马达系统与车辆网络之间的通信事件损失期间操作。
背景技术
混合动力电动车辆(HEV)包括内燃发动机、诸如电动马达的电机和牵引电池。在这些车辆中，通过至少一个车辆网络发送和接收信号。电动马达系统通过车辆网络接收关键信息，包括满足车辆性能要求和驾驶员需求所需的马达扭矩。在电动马达系统与车辆网络之间通信损失的情况下，可能需要若干动作以确保车辆的继续操作。由于可能不希望关闭整个车辆，因此可以实施有限操作策略(LOS)模式以延长车辆操作。
发明内容
一种车辆包括马达、逆变器和马达控制器。马达控制器可以配置成响应于在行驶周期期间在预定时间内接收通信包的缺失，操作逆变器以在预定时间期满时以由逆变器的端子电压限定的设定值(setpoint)输出电压，马达配置成根据电压的变化施加扭矩。
混合动力车辆包括马达、发动机、牵引电池和发动机控制器。发动机控制器可以配置成响应于在行驶周期期间在预定时间内从马达控制器接收通信包的缺失，根据牵引电池的电流操作发动机。
一种计算机实施的方法包括，响应于在行驶周期期间在预定时间内马达控制器接收通信包的缺失，由控制器操作：(i)逆变器，以在预定时间期满时以由逆变器端子电压限定的设定值输出电压，和(ii)与逆变器联接的马达，以根据电压的变化施加扭矩。
附图说明
图1是示出包括可变电压可变频率转换器的典型传动系和能量存储部件的混合动力车辆的框图。
图2是车辆动力传动系统控制系统的框图。
图3是混合动力电动车辆(HEV)的示意图。
图4是HEV动力系统中的电力连接的示意图。
图5是在马达通信损失期间的车辆控制系统的流程图。
具体实施方式
本文中描述了本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可嫩被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的特定结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用实施例的代表性基础。如本领域一般技术人员将理解的是，参考任何一个附图示出并描述的各个特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征相结合以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可以是特定应用或实施方式所希望的。
通常车辆包括多个模块(例如，控制器)，每个模块执行特定任务，并且通常每个模块需要来自不同模块的数据以有效地执行。在一些情况下，两个模块之间的通信损失可能导致车辆关闭，此后车辆不可操作，直到恢复通信损失。通常，通信包括数据包的传递，所述包可以包括源ID、目的地ID、报头、主体(例如，数据)、错误检查字段(例如，校验和)等。例如，在与马达控制单元(MCU)通信损失之后，电动马达可能无法用于为牵引电池/高压电池充电，这进而限制12V低压电池的充电。因此，牵引电池最终可能由于使用高压负载(例如，空调负载、DC/DC)而耗尽，接着是12V电池，从而导致12V总线的断电。一旦12V总线断电，总线上的模块(例如，发动机控制单元(ECU))也可能断电，由ECU控制的内燃发动机将关闭，从而导致车辆关闭(例如，停在路上(QoR)。
这里，提供了一种策略，以在控制器(例如MCU)损失通信(例如，CAN、以太网或Flexray通信)时继续操作车辆。在一个实例中，MCU损失与包括电池控制模块(BECM)的所有模块的通信。BECM通信的损失是限制性更强的故障，且因此是其他可能情况(例如，MCU部分CAN通信损失)的超集。
这里，MCU独立地操作马达(即，没有从车辆系统控制器(VSC)接收的扭矩命令)。在损失通信的情况下，MCU进入逆变器电压维持模式(即，期望的马达扭矩基于反馈控制器以将逆变器电压维持在期望的设定值。在来自监测马达的MCU的实际反馈缺失的情况下，VSC使用牵引电池电流和牵引电池电压来估计马达扭矩。然后，VSC基于估计的马达扭矩校正所请求的发动机扭矩。这确保发动机产生足够的扭矩以满足驾驶员的需求以及补偿电动马达负载。
图1描绘了可以被称为插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电气化车辆112。插电式混合动力电动车辆112可以包括机械地联接到混合动力变速器116的一个或多个电机114。电机114可以能够作为马达或发电机来操作。另外，混合动力变速器116机械地联接到发动机118。混合动力变速器116还机械地联接到驱动轴120，所述驱动轴120机械地联接到车轮122。当发动机118开启或关闭时，电机114可以提供推进和减速能力。电机114还可以充当发电机，并且可以通过回收原本通常在摩擦制动系统中作为热量而损失的能量来提供燃料经济性益处。通过允许发动机118以更有效的速度操作并允许混合动力电动车辆112以其中发动机118在某些状况下关闭的电动模式进行操作，电机114还可以减小车辆排放。电气化车辆112也可以是电池电动车辆(BEV)。在BEV配置中，可不存在发动机118。在其他配置中，电气化车辆112可以是没有插电功能的全混合动力电动车辆(FHEV)。
牵引电池或电池组124存储可以由电机114使用的能量。车辆电池组124可以提供高压直流(DC)输出。牵引电池124可以电联接到一个或多个电力电子模块126。一个或多个接触器142可以在打开时将牵引电池124与其他部件隔离，并且在闭合时将牵引电池124连接到其他部件。电力电子模块126还电联接到电机114，并且提供在牵引电池124与电机114之间双向传递能量的能力。例如，牵引电池124可以提供DC电压，而电机114可以以三相交流电(AC)操作来起作用。电力电子模块126可以将DC电压转换为三相AC电流以操作电机114。在再生模式中，电力电子模块126可以将来自充当发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124相容的DC电压。
车辆112可以包括电联接在牵引电池124与电力电子模块126之间的可变电压转换器(VVC)152。VVC 152可以是DC/DC升压转换器，所述DC/DC升压转换器被配置成增加或升高由牵引电池124提供的电压。通过增加电压，可以降低电流要求，从而导致电力电子模块126和电机114的布线尺寸减小。另外，电机114可以以更好的效率和更低的损耗操作。
除了提供用于推进的能量之外，牵引电池124还可以为其他车辆电气系统提供能量。车辆112可以包括DC/DC转换器模块128，所述DC/DC转换器模块128将牵引电池124的高压DC输出转换为与低压车辆负载兼容的低压DC电源。DC/DC转换器模块128的输出可以电联接到辅助电池130(例如，12V电池)以对辅助电池130进行充电。低压系统可以电联接到辅助电池130。一个或多个电气负载146可以联接到高压总线。电气负载146可以具有相关联的控制器，所述相关联的控制器视需要操作和控制电气负载146。电气负载146的示例可以是风扇、电加热元件和/或空气调节压缩机。
电气化车辆112可以配置成从外部电源136对牵引电池124再充电。外部电源136可以是与电源插座(electrical outlet)的连接。外部电源136可以电联接到充电器或电动车辆供电装备(EVSE)138。外部电源136可以是由电力公共事业公司提供的配电网络或电网。EVSE 138可以提供电路和控件以调节和管理电源136与车辆112之间的能量传递。外部电源136可以向EVSE 138提供DC电力或AC电力。EVSE138可以具有用于插入车辆112的充电端口134中的充电连接器140。充电端口134可以是配置成将电力从EVSE 138传递到车辆112的任何类型的端口。充电端口134可以电联接到充电器或车载电力转换模块132。电力转换模块132可以调节从EVSE 138供应的电力，以向牵引电池124提供适当的电压和电流水平。电力转换模块132可以与EVSE 138介接，以协调向车辆112的电力输送。EVSE连接器140可以具有与充电端口134的对应凹槽配合的针脚(pin)。替代地，被描述为电联接或电连接的各种部件可以使用无线电感耦合来传递电力。
可以提供一个或多个车轮制动器144，以用于使车辆112减速并阻止车辆112的运动。车轮制动器144可以是液压致动的、电致动的或它们的一些组合。车轮制动器144可以是制动系统150的一部分。制动系统150可以包括用于操作车轮制动器144的其他部件。为简单起见，所述图描绘了在制动系统150与车轮制动器144中的一个之间的单个连接。暗示了制动系统150与其他车轮制动器144之间的连接。制动系统150可以包括用于监测和协调制动系统150的控制器。制动系统150可以监测制动部件并且控制车轮制动器144以实现车辆减速。制动系统150可以响应于驾驶员命令并且还可以自主地操作以实施诸如稳定性控制等特征。制动系统150的控制器可以实施以下方法：当由另一个控制器或子功能请求时施加所请求的制动力。
车辆112中的电子模块可以经由一个或多个车辆网络进行通信。车辆网络可以包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是串行总线，诸如控制器局域网(CAN)。车辆网络的一个信道可以包括由电气与电子工程师协会(IEEE)802系列标准定义的以太网。车辆网络的附加信道可以包括模块之间的离散连接并且可以包括来自辅助电池130的电力信号。可以通过车辆网络的不同信道传递不同的信号。例如，可以通过高速信道(例如，以太网)传递视频信号，而可以通过CAN或离散信号传递控制信号。车辆网络可以包括有助于在模块之间传递信号和数据的任何硬件和软件部件。车辆网络未在图2中示出，但是这可以暗含着车辆网络可以连接到车辆112中存在的任何电子模块。可以存在车辆系统控制器(VSC)148，以协调各种部件的操作。
通常，VVC 152被配置成升压转换器。VVC 152可以包括输入端子，所述输入端子可以通过接触器142联接到牵引电池124的端子。VVC 152可以包括联接到电力电子模块126的端子的输出端子。可以操作VVC 152以致使输出端子处的电压大于输入端子处的电压。车辆112可以包括VVC控制器，所述VVC控制器监测和控制VVC 152内的各种位置处的电气参数(例如，电压和电流)。在一些配置中，VVC控制器可以被包括而作为VVC 152的一部分。VVC控制器可以确定输出基准电压，VVC控制器可以基于电气参数和基准电压，而确定足以致使VVC 152实现期望的输出电压的控制信号。在一些配置中，控制信号可以被实施为脉冲宽度调制(PWM)信号，其中PWM信号的占空比变化。控制信号可以以预确定的切换频率操作。VVC控制器可以使用控制信号命令VVC 152提供所期望的输出电压。操作VVC 152的特定控制信号可以与VVC 152将提供的升压量直接相关。
参考图1，VVC 152可以提升或“阶梯升高”由牵引电池124提供的电力的电压电势。牵引电池124可以提供高压(HV)DC电力。在一些配置中，牵引电池124可以提供在150伏与400伏之间的电压。接触器142可以串联电联接在牵引电池124与VVC 152之间。当接触器142闭合时，HV DC电力可以从牵引电池124传递到VVC 152。输入电容器可以与牵引电池124并联电联接。输入电容器可以减少任何电压和电流纹波。VVC 152可以接收HV DC电力，并且根据占空比提升或“阶梯升高”输入电压的电压电势。通常，输出电容器电联接在VVC 152的输出端子与电力电子模块126的输入端之间，以稳定总线电压并且减少VVC 152的输出处的电压和电流纹波。
图2是示出用于车辆(例如，车辆112或图3的车辆310)的示例性车辆控制系统的框图。如图所示，车辆控制系统202接收由驾驶员输入200产生的信号和/或命令(例如，档位选择、加速器位置和制动力)。车辆控制系统202处理这些驾驶员输入200并在整个车辆中传送命令。车辆控制系统202可以电连接到各种其他动力传动系统控制系统204-208，诸如像发动机控制系统204、M/G控制系统206和电池控制系统208，并且可以充当车辆的整体控制器。车辆控制系统202可以通过车辆网络210电连接到各种动力传动系统控制系统204-208并与之通信。车辆网络210连续地向动力传动系统控制系统204-208广播数据和信息。车辆网络210可以是受控区域网络(CAN)总线、Flexray总线、以太网总线或用于将数据传递到车辆控制系统202和其他各种控制器、子系统或其部件并从其传递数据的其他车辆通信总线。
在混合动力车辆中，马达系统通过车辆网络接收关键信息。在这个网络上发送和接收诸如期望扭矩、操作模式和其他关键信号的信号。在马达系统和车辆网络之间的通信损失的情况下，可能需要若干动作来确保车辆的继续操作。由于可能不希望关闭整个车辆，因此可以实施有限操作策略(LOS)模式以延长车辆的操作。
参考图3，示出了根据本公开的实施例的混合动力电动车辆(HEV)310的示意图。图3示出了部件之间的代表性关系。车辆内部的部件的物理放置和定向可以变化。HEV 310包括动力传动系统312。动力传动系统312包括驱动变速器316的发动机314，变速器316可以被称为模块化混合动力变速器(MHT)。如下文将进一步详细描述，变速器316包括电机，诸如电动马达/发电机(M/G)318、相关联的牵引电池320、变矩器322和多级传动比自动变速器或齿轮箱324。发动机314、M/G 318、变矩器322和自动变速器316依次串联连接，如图3所示。
发动机314和M/G 318都是HEV 310的驱动源。发动机314通常表示动力源，其可包括内燃发动机，诸如汽油、柴油或天然气动力发动机，或燃料电池。当发动机314和M/G 318之间的分离离合器326至少部分地接合时，发动机314产生发动机动力和相应的发动机扭矩，所述发动机扭矩被提供给M/G 318。M/G 318可以由多种类型的电机中的任何一种实施。例如，M/G 318可以是永磁同步马达。电力电子设备按照M/G 318的要求调节电池320提供的直流(DC)电力，如下文将描述。例如，电力电子设备可以向M/G 318提供三相交流电流(AC)。
当分离离合器326至少部分地接合时，从发动机314到M/G 318或从M/G 318到发动机314的动力流是可能的。例如，分离离合器326可以接合，并且M/G 318可以作为发电机操作，以将由曲轴28和M/G轴330提供的旋转能量转换成电能以存储在电池320中。分离离合器326也可以脱开以将发动机314与动力传动系统312的剩余部分隔离，使得M/G 318可以充当HEV 310的唯一驱动源。轴330延伸穿过M/G 318。M/G 318连续可驱动地连接到轴330，而发动机314仅在分离离合器326至少部分地接合时可驱动地连接到轴330。
单独的起动机马达331可以与发动机314选择性地接合以使发动机旋转以允许燃烧开始。一旦发动机起动，起动机马达331就可以经由例如起动机马达331与发动机314之间的离合器(未示出)从发动机脱开。在一个实施例中，发动机314由起动机马达331起动，而分离离合器326打开，从而保持发动机与M/G 318脱开。一旦已经起动发动机并且使其达到与M/G 318一样的转速，分离离合器326就可以将发动机联接到M/G以允许发动机提供驱动扭矩。
在另一个实施例中，不提供起动机马达331，而是由M/G 318起动发动机314。为此，分离离合器326部分地接合以将扭矩从M/G 318传递到发动机314。M/G 318可能需要增大扭矩以满足驾驶员要求，同时还起动发动机314。一旦发动机转速达到M/G的转速，分离离合器326就可以完全接合。
M/G 318经由轴330连接到变矩器322。因此，当分离离合器326至少部分地接合时，变矩器322连接到发动机314。变矩器322包括固定到M/G轴330的泵轮和固定到变速器输入轴32的涡轮。因此，变矩器322在轴330与变速器输入轴32之间提供液力耦合器。当泵轮比涡轮旋转得更快时，变矩器322将动力从泵轮传输到涡轮。涡轮扭矩和泵轮扭矩的量值通常取决于相对速度。当泵轮速度与涡轮速度的速比足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的若干倍。还可以提供变矩器旁通离合器334，其在接合时摩擦地或机械地联接变矩器322的泵轮和涡轮，从而允许更有效的动力传递。变矩器旁通离合器334可以作为起步离合器操作以提供平稳的车辆起步。替代地或组合地，类似于分离离合器326的起步离合器可以设置在M/G 318与齿轮箱324之间，以用于不包括变矩器322或变矩器旁通离合器334的应用。在一些应用中，分离离合器326通常被称为上游离合器，并且起步离合器334(其可以是变矩器旁通离合器)通常被称为下游离合器。
齿轮箱324可以包括齿轮组(未示出)，所述齿轮组通过诸如离合器和制动器(未示出)的摩擦元件的选择性接合而选择性地置于不同的齿轮比，以便建立所期望的多个离散或阶梯传动比。摩擦元件可通过换档计划来控制，所述换档计划连接和断开齿轮组的某些元件以控制变速器输出轴336和变速器输入轴332之间的比率。基于各种车辆和环境工况，齿轮箱324通过相关联的控制器(诸如动力传动系统控制单元(PCU)自动从一个速比换档到另一个速比。然后，齿轮箱324将动力传动系统输出扭矩提供给输出轴336。
与变矩器322一起使用的液压控制的齿轮箱324仅仅是齿轮箱或变速器装置的一个示例；接受来自发动机和/或马达的输入扭矩并且接着以不同速比向输出轴提供扭矩的任何多重速比齿轮箱与本公开的实施例一起使用是可接受的。例如，齿轮箱324可以通过自动机械(或手动)变速器(AMT)实施，所述变速器包括一个或多个伺服马达以沿着换档导轨平移/旋转换档拨叉以选择所期望的齿轮比。例如，AMT可以用于具有更高扭矩要求的应用中。
如图1所示，输出轴336连接到差速器340。差速器340经由连接到差速器340的相应车桥344驱动一对车轮342。差速器向每个车轮342传输大致相等的扭矩，同时诸如当车辆转弯时允许轻微的速度差异。可以使用不同类型的差速器或类似装置将扭矩从动力传动系统分配到一个或多个车轮。例如，在一些应用中，扭矩分配可以取决于特定的操作模式或条件而变化。
动力传动系统312还包括相关联的控制器350，例如动力传动系统控制单元(PCU)。虽然被示出为一个控制器，但是控制器350可以是更大控制系统的一部分并且可在整个车辆310上由各种其他控制器(诸如车辆系统控制器(VSC))控制。将在图2中更详细地描述单独的附加控制器及其层级。因此应当理解的是，动力传动系统控制单元350和一个或多个其他控制器可以统称为“控制器”，其响应于来自各种传感器的信号而控制各种执行器以控制诸如起动/停止、操作M/G318以提供车轮扭矩或对电池320充电、选择或计划变速器换档等功能。控制器350可以包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理单元(CPU)。计算机可读存储装置或介质可以包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)中的易失性存储器和非易失性存储器。KAM是可用于在CPU断电时存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可以使用若干已知存储器装置中的任何一种来实施，诸如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、快闪存储器或能够存储数据的任何其他电子、磁性、光学或组合存储器装置，其中一些代表由控制器用于控制发动机或车辆的可执行指令。
控制器经由输入/输出(I/O)接口与各种发动机/车辆传感器和执行器通信，所述接口可以实施为提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换、短路保护等等的单个集成接口。替代地，可以使用一个或多个专用硬件或固件芯片以在将信号提供给CPU之前调节和处理特定信号。如图1的代表性实施例中一般所示，控制器350可将信号传送到发动机314、分离离合器326、M/G 318、起步离合器334、变速器齿轮箱324和电力电子设备356和/或从其传送信号。虽然没有明确示出，但是在上文识别的每个子系统中，控制器350通常可以控制各种功能或部件。可以使用由控制器执行的控制逻辑直接或间接致动的参数、系统和/或部件的示例包括燃料喷射正时、速率和持续时间、节流阀位置、火花塞点火正时(用于火花点火发动机)、进气/排气门正时和持续时间、诸如交流发电机的前端附件驱动(FEAD)部件、空调压缩机、电池充电、再生制动、M/G操作、用于分离离合器326的离合器压力、起步离合器334和变速器齿轮箱324等。通过I/O接口传送输入的传感器可用于指示涡轮增压器增压压力、曲轴位置(PIP)、发动机转速(RPM)、车轮速度(WS1、WS2)、车速(VSS)、冷却剂温度(ECT)、进气歧管压力(MAP)、加速踏板位置(PPS)、点火开关位置(IGN)、节流阀位置(TP)、空气温度(TMP)、排气氧(EGO)或其他排气组分浓度或存在、进气流量(MAF)、变速器档位、比率或模式、变速器油温(TOT)、变速器涡轮转速(TS)、变矩器旁通离合器334状态(TCC)、减速或换档模式(MDE)。
由控制器350执行的控制逻辑或功能可以由一个或多个图中的流程图或类似图来表示。这些图提供了代表性控制策略和/或逻辑，所述代表性控制策略和/或逻辑可以使用诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等一个或多个处理策略来实施。因此，所示的各种步骤或功能可以以所示顺序执行、并行地执行、或者在某些情况下省略。尽管没有总是明确示出，但是可以取决于所使用的特定处理策略而重复执行所示步骤或功能中的一个或多个。类似地，处理次序不一定是实现本文所述的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。控制逻辑可以主要在由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(诸如控制器350)执行的软件中实施。当然，取决于特定的应用，控制逻辑可以在一个或多个控制器中的软件、硬件或软件和硬件的组合中实施。当在软件中实施时，控制逻辑可以提供在存储有数据的一个或多个计算机可读存储装置或介质中，所述数据表示由计算机执行以控制车辆或其子系统的代码或指令。计算机可读存储装置或介质可以包括若干已知物理装置中的一个或多个，所述若干已知物理装置中的一个或多个利用电、磁和/或光存储来保存可执行指令和相关联的校准信息、操作变量等。
车辆的驾驶员使用加速踏板352来提供推动车辆的要求的扭矩、动力或驱动命令。通常，压下和释放踏板352产生加速踏板位置信号，所述信号可以由控制器350解译为分别需要增大功率或减小功率。至少基于来自踏板的输入，控制器350命令来自发动机314和/或M/G318的扭矩。控制器350还控制齿轮箱324内的换档的正时，以及分离离合器326和变矩器旁通离合器334的接合或脱开。与分离离合器326一样，变矩器旁通离合器334可以在接合位置与脱开位置之间的范围内调节。除了由泵轮与涡轮之间的液力耦合器产生的可变滑差(slip)之外，这也在变矩器322中产生可变滑差。替代地，取决于特定应用，变矩器旁通离合器334可以在不使用调制操作模式的情况下操作为锁定或打开。
为了用发动机314驱动车辆，分离离合器326至少部分地接合以将至少一部分发动机扭矩通过分离式离合器326传递到M/G 318，然后从M/G 318通过变矩器322和变速箱324传递。当发动机314单独提供推进车辆所需的扭矩时，这个操作模式可以被称为“发动机模式”、“仅发动机模式”或“机械模式”。
M/G 318可以通过提供额外的动力来转动轴330来辅助发动机314。这个操作模式可以被称为“混合动力模式”、“发动机-马达模式”或“电动辅助模式”。
为了利用M/G 318作为唯一动力源来驱动车辆，除了分离离合器326将发动机314与动力传动系统312的其余部分隔离之外，动力流保持相同。在此期间，发动机314中的燃烧可以被禁用或以其他方式关闭以节省燃料。牵引电池320通过布线354将存储的电能传输到可以包括例如逆变器的电力电子设备356。电力电子设备356将来自电池320的DC电压转换为将由M/G 318使用的AC电压。控制器350命令电力电子设备356将来自电池320的电压转换为提供给M/G 318的AC电压，以向轴330提供正或负扭矩。这种操作模式可以被称为“仅电动模式”、“EV(电动车辆)模式”或“马达模式”。
在任何操作模式中，M/G 318可以充当马达并且为动力传动系统312提供驱动力。替代地，M/G 318可以充当发电机并将来自动力传动系统312的动能转换成电能以存储在电池320中。例如，当发动机314为车辆310提供推进动力时，M/G 318可以充当发电机。M/G 318还可以另外在再生制动期间充当发电机，在再生制动中来自旋转车轮342的旋转能量通过齿轮箱324传递回来并且被转换成电能以存储在电池320中。
应该理解的是，图3中所示的示意图仅仅是示例性的，而不旨在是限制性的。设想了其他配置，其利用发动机和马达的选择性接合以通过变速器传输。例如，M/G 318可以从曲轴328偏移，和/或M/G 318可以被提供在变矩器322和齿轮箱324之间。在不脱离本公开的范围的情况下，设想了其他配置。
在一个示例性系统中，当在正常操作期间，车辆系统控制器(VSC)解译驾驶员请求。这些请求包括档位选择(PRNDL)和加速踏板位置(APPS)以解译所期望的车轮扭矩。其他驾驶员请求包括由制动系统控制模块(BSCM)解译的至制动踏板位置传感器(BPPS)的制动踏板位置输入和发送到VSC以调节最终车轮扭矩的车轮扭矩修改请求。高压电池电子控制模块(BECM)监测电池特性，包括电池单元电量和整体电池电量、电池温度、端子电压、电流和荷电状态(SOC)，并基于电池特性确定最大允许放电功率限制和最大允许充电功率限制。然后，VSC确定动力传动系统操作点以维持电池荷电状态，同时最小化燃料消耗并且输送驾驶员请求的车辆操作。VSC中的扭矩控制(TC)控制器确定扭矩分配，使得扭矩需求在发动机扭矩和马达扭矩命令之间分配。
VSC和马达控制单元(MCU)经由通信总线210(例如，CAN总线、Flexray总线、以太网总线或其他车辆总线)(参见图2)进行通信。在正常操作期间，VSC向MCU发送具有所期望的马达扭矩的马达扭矩命令，且MCU通过驱动马达扭矩作出响应。在MCU与VSC损失通信的通信故障期间，VSC不传输马达扭矩命令并且不接收来自MCU的驱动扭矩。
图4是HEV动力系统400中的电力连接的示意图。HEV动力系统包括由牵引(例如，高压)电池404供电的马达/逆变器系统控制器(ISC)402。电池404可以经由高压(HV)接触器406与电路断开，并且电容器408通常与马达/ISC 402并联联接。而且，直流(DC)到DC转换器410与电池404选择性地并联联接，以将牵引电池404的高压(例如，>100伏、240V或300V)转换为辅助电池412的低压(例如，<100伏、24V或12V)。
在MHT配置中，12V系统412经由DC/DC转换器410和高压总线(例如，牵引电池404)充电。高压电池404进而经由高压电动马达402充电，或者在PHEV实施方式中经由与电网(未示出)的连接充电。
通常系统被配置成使得当MCU和VSC之间的通信损失时，MCU将不操作电动马达对牵引电池404充电，这进而限制经由牵引电池404的剩余能量对辅助(例如，12V)电池412的充电。因此，牵引电池404最终可能由于使用高压负载(例如，空调负载、DC/DC)而耗尽。最终，辅助(例如，12V)电池412也可能耗尽，从而导致12V总线电压下降到用以使发动机控制单元(ECU)保活的某个阈值以下。这将导致车辆关闭(例如，停在路上(QoR)。
这里，提供了一种策略，以在控制器(例如MCU)损失通信(例如，CAN、以太网或Flexray通信)时继续操作车辆(例如，车辆310或车辆112)。在一个实例中，MCU损失与包括电池控制模块(BECM)的所有模块的CAN通信。BECM通信的损失是限制性更强的故障，且因此是其他可能情况(例如，MCU部分CAN通信损失)的超集。
这里，MCU独立地操作马达(即，没有从车辆系统控制器(VSC)接收的扭矩命令)。在损失通信的情况下，MCU进入逆变器电压维持模式(即，期望的马达扭矩基于反馈控制器以将逆变器电压维持在期望的设定值。在来自监测马达的MCU的实际反馈缺失的情况下，VSC使用牵引电池电流和牵引电池电压来估计马达扭矩。然后，VSC基于估计的马达扭矩校正所请求的发动机扭矩。这确保发动机产生足够的扭矩以满足驾驶员的需求以及补偿电动马达负载。
图5是在马达通信损失期间的车辆控制系统的流程图。在这个示例性流程图中，MHT混合动力动力传动系统配置成仅通过发动机推进车辆，并且动力分配混合动力需要经由发电机将发动机速度控制到设定目标，并且车轮扭矩是发动机和马达扭矩的函数。这里，公开了一种在MCU损失CAN通信的情况下操作车辆的FMEM策略。在框502中，控制器在检测到通信故障时分支。如果未检测到通信故障，则控制器退出。在MCU通信故障的情况下(例如，可能导致在所有相关模块中设置标志的CAN通信故障)，在框504中，VSC中的控制器上拉(例如，起动)发动机(如果发动机未操作)并在操作期间禁止发动机启停并且进行到框506。启停操作允许控制器在需求降至阈值以下时(例如，当车辆遇到停车灯、开车遇堵，或甚至沿斜坡滑行时)关闭内燃发动机(ICE)，并当需求超过阈值时(例如，当压下油门踏板以加速车辆时)自动起动ICE。通过在需求低于阈值时停止ICE，提高燃料效率。可以经由例如一些通信策略的多种方式检测通信故障，在接收到数据包时从接收模块自动发送确认。而且，一些模块定期或半定期地与其他模块通信，因此这样的递增/递减定时器可以配置成在上溢/下溢时产生中断并且在接收到确认或其他通信消息时重置。递增/递减计数器的重置可以包括加载预定值并递减或递增计数直到发生下溢/上溢，或者替代地，计数器可以在重置时加载零或1s(例如，0xFFFF)，并且递增/递减计数直到定时器匹配加载到匹配寄存器中的预定值。
一旦检测到通信故障，MCU控制器在框506中进入逆变器电压维持模式，其中逆变器输出电压维持在当前电压水平。在框508中，VSC控制器基于反馈控制器估计期望的马达扭矩，其中逆变器电压维持在期望的设定值。这里，设定值存储在MCU内部，且不需要来自VSC的任何通信。
e＝V设定-Vinv (1)
其中V设定是期望的逆变器电压设定值，Vinv是逆变器电压且是期望的马达扭矩。函数f是反馈控制器，以根据电压误差计算期望的马达扭矩。这个反馈控制器的实施方式之一是PID控制器，其可以由下面的等式3表示。
其中KP，KI和KD是反馈控制器的PID增益。
通常，与BECM通信的损失导致提供给MCU的牵引电池荷电状态(SOC)信息的损失。由于当电池的化学成分是锂离子时牵引电池SOC与牵引电池的电压高度相关，因此维持设定电压非常类似于在牵引电池中维持期望的SOC。对逆变器电压(即马达处的端子电压)执行闭环控制，所述电压基于电压传感器可用于MCU，而无需来自BECM的通过通信链路的电池电压。
而且，期望的马达扭矩可以基于标称发动机摩擦扭矩在正侧(positive side)上被夹持在可校准的位置。如果没有该夹持，可能会针对极低的驾驶员需求产生非预期的加速度，因为发动机将无法将扭矩减小到低于其摩擦扭矩。VSC基于电池电流和电压来估计马达扭矩如下面的等式所示
PBat＝VBat*IBat (4)
其中，VBat是HV电池电压，IBat是HV电池电流且ωeng是发动机转速。由于与MCU的通信故障，马达转速不可用，因此发动机转速可以用作等式5中的马达转速的替代。在控制器进行到框510之后，其中请求的发动机扭矩然后可以针对估计的马达扭矩进行校正，如等式6所示。
其中，τDD是驾驶员的需求。
由控制器执行的控制逻辑或功能可以由一个或多个图中的流程图或类似图来表示。这些图提供了代表性控制策略和/或逻辑，所述代表性控制策略和/或逻辑可以使用诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等一个或多个处理策略来实施。因此，所示的各种步骤或功能可以以所示顺序执行、并行地执行、或者在某些情况下省略。虽然未总是明确示出，但是本领域一般技术人员将认识到，可以根据所使用的特定处理策略重复执行所示出的步骤或功能中的一个或多个。类似地，处理顺序不一定是实现本文描述的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。控制逻辑可以主要在由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(诸如控制器)执行的软件中实施。当然，取决于特定的应用，控制逻辑可以在一个或多个控制器中的软件、硬件或软件和硬件的组合中实施。当在软件中实施时，控制逻辑可以提供在存储有数据的一个或多个计算机可读存储装置或介质中，所述数据表示由计算机执行以控制车辆或其子系统的代码或指令。计算机可读存储装置或介质可以包括若干已知物理装置中的一个或多个，所述若干已知物理装置中的一个或多个利用电、磁和/或光存储来保存可执行指令和相关联的校准信息、操作变量等。
本文所公开的过程、方法或算法可以由处理装置、控制器或计算机完成/实施，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，过程、方法或算法可以存储为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令，包括但不限于永久地存储在诸如只读存储器(ROM)装置等不可写存储介质上的信息和可修改地存储在诸如软盘、磁带、光盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置和其他磁性和光学介质等可写存储介质上的信息。所述过程、方法或算法也可以在软件可执行对象中实施。替代地，所述过程、方法或算法可以全部或部分使用合适的硬件部件(诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置)或硬件、软件和固件部件的组合来实施。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并不旨在这些实施例描述由权利要求涵盖的所有可能形式。用在说明书中的词语是描述性词语，而不是限制性词语，并且应当理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种变化。如先前所述，各种实施例的特征可以组合以形成本发明的可能未明确描述或示出的另外的实施例。虽然各种实施例可能已经描述为就一个或多个期望特性而言相对于其他实施例或现有技术实施方式提供优点或是优选的，但是本领域一般技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于特定应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场适销性、外观、包装、尺寸、服务能力、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言，描述为期望性不及其他实施例或现有技术实施方式的实施例不在本公开的范围之外并且对于特定应用可以为所期望的。
根据本发明，提供一种车辆，所述车辆具有：马达；逆变器；和马达控制器，其配置成响应于在行驶周期期间在预定时间内接收通信包的缺失，操作逆变器以在预定时间期满时以由逆变器的端子电压限定的设定值输出电压，马达配置成根据电压的变化施加扭矩。
根据一个实施例，本发明的特征还在于牵引电池，其中响应于马达提供推进力，在将逆变器联接到牵引电池的端子上测量端子电压。
根据一个实施例，本发明的特征还在于辅助电池和DC转换器，所述DC转换器配置成均衡牵引电池和辅助电池之间的电压。
根据一个实施例，本发明的特征还在于发动机、牵引电池和发动机控制器，所述发动机控制器配置成响应于在预定时间内从马达控制器接收通信包的缺失，基于牵引电池的电流来操作发动机。
根据一个实施例，发动机控制器还配置成响应于在预定时间内从马达控制器接收通信包的缺失，禁止发动机的自动启停操作。
根据一个实施例，发动机控制器还被配置成响应于在发动机未操作时在预定时间内从马达控制器接收通信包的缺失，起动发动机。
根据一个实施例，马达还配置成根据估计的牵引电池荷电状态施加扭矩。
根据本发明，提供一种混合动力车辆，所述混合动力车辆具有：马达；发动机；牵引电池；和发动机控制器，其配置成响应于在行驶周期期间在预定时间内从马达控制器接收通信包的缺失，根据牵引电池的电流操作发动机。
根据一个实施例，本发明的特征还在于逆变器和马达控制器，所述马达控制器配置成操作逆变器在预定时间期满时以由逆变器的端子电压限定的设定值输出电压，所述马达配置成根据端子电压的变化施加扭矩。
根据一个实施例，响应于马达提供推进力，在联接逆变器和牵引电池的端子上测量端子电压。
根据一个实施例，发动机控制器还配置成响应于所述缺失，禁止发动机的启停操作。
根据一个实施例，发动机控制器还配置成响应于在发动机未操作时的所述缺失，起动发动机。
根据本发明，一种计算机实施的方法包括：响应于在行驶周期期间在预定时间内马达控制器接收通信包的缺失，由控制器操作：逆变器，以在预定时间期满时以由逆变器端子电压限定的设定值输出电压，和与逆变器联接的马达，以根据电压的变化施加扭矩。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，响应于在预定时间内发动机控制器从马达控制器接收通信包的缺失，根据牵引电池的电流操作发动机。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，响应于在发动机未操作时在预定时间内发动机控制器从马达控制器接收通信包的缺失，起动发动机。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，响应于在预定时间内发动机控制器从马达控制器接收通信包的缺失，禁止发动机启停操作。

Claims (15)

1.一种车辆，其包括：
马达；
逆变器；和
马达控制器，其配置成响应于在行驶周期期间在预定时间内接收通信包的缺失，操作所述逆变器以在所述预定时间期满时以由所述逆变器的端子电压限定的设定值输出电压，所述马达配置成根据所述电压的变化施加扭矩。
2.如权利要求1所述的车辆，其还包括牵引电池，其中响应于所述马达提供推进力，在将所述逆变器联接到所述牵引电池的端子上测量所述端子电压。
3.如权利要求2所述的车辆，其还包括辅助电池和DC转换器，所述DC转换器配置成均衡所述牵引电池和辅助电池之间的电压。
4.如权利要求1所述的车辆，其还包括发动机、牵引电池和发动机控制器，所述发动机控制器配置成响应于在所述预定时间内从所述马达控制器接收通信包的缺失，基于所述牵引电池的电流来操作所述发动机。
5.如权利要求4所述的车辆，其中所述发动机控制器还配置成：响应于在所述预定时间内从所述马达控制器接收通信包的缺失，禁止所述发动机的自动启停操作。
6.如权利要求4所述的车辆，其中所述发动机控制器还配置成：响应于在所述发动机未操作时在所述预定时间内从所述马达控制器接收通信包的缺失，起动所述发动机。
7.如权利要求1所述的车辆，其中所述马达还配置成根据估计的牵引电池荷电状态施加所述扭矩。
8.一种混合动力车辆，其包括：
马达；
发动机；
牵引电池；和
发动机控制器，其配置成响应于在行驶周期期间在预定时间内从马达控制器接收通信包的缺失，根据所述牵引电池的电流操作所述发动机。
9.如权利要求8所述的混合动力车辆，其还包括逆变器和马达控制器，所述马达控制器配置成操作所述逆变器以在所述预定时间期满时以由所述逆变器的端子电压限定的设定值输出电压，所述马达配置成根据所述端子电压的变化施加扭矩。
10.如权利要求9所述的混合动力车辆，其中响应于所述马达提供推进力，在联接所述逆变器和牵引电池的端子上测量所述端子电压。
11.如权利要求8所述的混合动力车辆，其中所述发动机控制器还配置成响应于所述缺失，禁止所述发动机的启停操作。
12.如权利要求8所述的混合动力车辆，其中所述发动机控制器还配置成响应于在所述发动机未操作时的所述缺失，起动所述发动机。
13.一种计算机实施的方法，其包括：
响应于在行驶周期期间在预定时间内马达控制器接收通信包的缺失，由所述控制器操作：
逆变器，以在所述预定时间期满时以由逆变器端子电压限定的设定值输出电压，和
与所述逆变器联接的马达，以根据所述电压的变化施加扭矩。
14.如权利要求13所述的方法，其还包括：响应于在所述预定时间内发动机控制器从所述马达控制器接收通信包的缺失，根据牵引电池的电流操作发动机。
15.如权利要求14所述的方法，其还包括：响应于在所述发动机未操作时在所述预定时间内所述发动机控制器从所述马达控制器接收通信包的缺失，起动所述发动机并禁止发动机启停操作。
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