CN113715625B - 一种汽车高压上下电多目标使能控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车高压上下电多目标使能控制系统和方法，包括高压上下电流程状态机模块：用于输出整车当前状态；多目标使能控制模块：用于将整车当前状态与每个目标控制部件对应每个整车状态下的预设使能状态进行计算，得到各个目标控制部件的在此整车状态下的预使能指令；标定调试模块：用于根据每个目标控制部件的在当前整车状态下的预使能指令及其在此整车状态下的调试使能状态进行目标控制部件的使能状态调试。利用本发明所述的系统和方法，在整车高压上下电使用场景下可保证整车状态切换的唯一性及部件使能的安全性，可实现开发与测试的协同并行工作，极大地提高了工作效率。

Description

一种汽车高压上下电多目标使能控制系统和方法

技术领域

本发明属于新能源汽车电控技术领域，具体涉及一种汽车高压上下电多目标使能控制系统和方法。

背景技术

随着电动汽车不断普及，“里程焦虑”问题越来越凸显。为满足市场需要，乘用车市场电池包能量密度越来越高，电动车“起火冒烟”事项时有发生，高压安全显得愈发重要。电控技术是新能源汽车的三大核心技术之一，通过控制手段保证整车高压安全是一种有效可行的途径。

高压上下电是电动汽车最基本的功能之一，也是电动汽车整车控制器(VehicleControl Unit，以下简称VCU)功能开发的核心内容。如何在保证高压安全前提下高效地进行控制系统的开发工作是新能源汽车从业者需要思考的问题。同时，电动汽车有多种工作状态，如静置、行驶、交流充电、直流充电。不同工作状态下所需使能的部件不同，具体表现在车辆高低压部件使能的差异。因此设计与工作状态相匹配的使能控制方法，可降低非必要功耗，并进一步提升整车经济性。

现有高低压部品使能控制算法相对独立，变量较多，多个目标同时配置时操作困难，对控制策略设计及车辆调试标定不友好，且当车辆工作状态增加时表现更为明显。因此，设计一种安全、可靠、高效、灵活的高压上下电多目标使能控制算法是十分必要的。

发明内容

本发明旨在克服现有高压上下电使能控制算法难以实现多目标使能的缺点，提供一种汽车高压上下电多目标使能控制系统和方法。

实现本发明目的之一的汽车高压上下电多目标使能控制系统，包括高压上下电流程状态机模块、多目标使能控制模块、标定调试模块；所述高压上下电流程状态机模块，用于输出整车当前状态；所述多目标使能控制模块，用于将高压上下电流程状态机模块输出的整车当前状态与每个目标控制部件对应每个整车状态下的预设使能状态进行计算，得到每个目标控制部件在此整车状态下的预使能指令；所述标定调试模块，用于根据每个目标控制部件在此整车状态下的预使能指令及每个目标控制部件在此整车状态下的调试使能状态进行目标控制部件的使能调试。

其中汽车高压上下电流程状态机模块包含行驶、慢充、快充三种整车高压上下电工况，三种工况的进入条件互斥，保证车辆同一时间仅可处于一个工况，防止工况间异常跳转，实现整车状态的准确输出，确保安全性。所述条件互斥表现为当行驶上高压时有一个未连接充电枪的条件，而充电上高压时有一个已连接充电枪的条件，两者互斥。

进一步的，所述高压上下电流程状态机模块还包括异常唤醒源判断模块，用于当整车处于等待休眠或休眠状态被唤醒时，判断唤醒源是否为异常唤醒源，如果不满足高压上下电流程的进入条件则判定为异常唤醒源。

进一步的，所述多目标使能控制模块还包括整车状态转换模块，用于将从高压上下电流程状态机模块输出的整车状态转换为以矩阵形式表示的当前状态矩阵。

进一步的，所述多目标使能控制模块还包括状态指令矩阵获取模块，用于获取每个目标控制部件在每个整车状态下的预使能指令。

进一步的，所述多目标使能控制模块包括矩阵运算模块，用于将当前状态矩阵与该整车状态下各个目标控制部件的预设使能状态进行矩阵运算，得到各个目标控制部件在该整车状态下的预使能指令。

实现本发明目的之二的汽车高压上下电多目标使能控制方法，包括如下步骤：

S1、高压上下电流程状态机模块根据用户的操作和车辆部品状态输出整车当前状态；

所述用户的操作包括一键启动、连接充电枪、踩加速/制动踏板、换挡，所述车辆部品状态包括初始化、待机、使能；所述整车当前状态包括整车初始化、唤醒源判断、车辆运行、等待休眠、休眠，其中车辆运行状态为车辆行驶时高压上下电时的状态；

S2、多目标使能控制模块获取高压上下电流程状态机模块输出的整车当前状态，结合每个目标控制部件在每个整车状态下的设定使能状态，运用矩阵运算的方法，获得在整车当前状态下每个目标控制部件的预使能指令；

S3、标定调试模块根据每个目标控制部件的在此整车状态下的预使能指令及每个目标控制部件在此整车状态下的标定使能状态对目标控制部件进行使能调试。

进一步的，所述方法还包括：当整车处于等待休眠或休眠状态被唤醒时，判断唤醒源是否为异常唤醒源，如果不满足高压上下电流程的进入条件则判定为异常唤醒源，等待设定时间后车辆进入等待休眠状态。

所述高压上下电流程包括行驶、快充、慢充状态下的高压上下电流程。所述异常唤醒源为非用户预期的唤醒源，例如一键启动车辆、连接充电枪为用户预期的唤醒源；所述设定时间可以为2秒。

进一步的，所述方法还包括从车辆VCU模块获取每个目标控制部件在每个整车状态下的使能状态。

VCU模块中预设置了每个目标控制部件在每个整车状态下的对应的使能指令，其取值基于整车安全性、功能必要性进行预设置。

利用本发明所述的方法，将以往相对独立的多个控制变量灵活多变地进行多目标使能状态进行了优化处理，在整车高压上下电使用场景下保证整车状态切换的唯一性及部件使能的安全性，可实现开发与测试的协同并行工作，极大地提高了工作效率。

附图说明

图1是汽车高压上下电多目标使能控制的框图；

图2是汽车高压上下电流程状态机模块的工作流程示意图；

图3是多目标使能控制模块的工作流程示意图；

图4是调试标定模块的工作流程示意图。

具体实施方式

下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

如图1所示为汽车高压上下电多状态使能控制算法框架，该算法用于车辆在高压上下电场景下根据整车当前状态实时调整多目标使能标志。具体实现方式为：由整车高压上下电流程状态机模块、多目标使能控制模块及调试标定模块组成，整车高压上下电流程状态机模块根据驾驶员意图及车辆部品状态输出整车当前状态作为多目标使能控制模块的输入，多目标使能控制模块根据整车当前状态输出多目标预使能标志位作为标定调试模块的输入，标定调试模块根据多目标预使能标志位输出多目标使能标志。

所述驾驶员意图包括一键启动、连接充电枪、踩加速/制动踏板、换挡的人为操作；所述车辆部品状态包括初始化、待机、使能。

下面分步骤具体讲述本发明所述的方法。

S1、获取整车当前状态

如图2所示为汽车高压上下电流程状态机示意图。整车高压上下电流程状态机包括整车初始化、唤醒源判断、车辆运行、等待休眠、休眠五个状态模块，车辆运行状态指的是车辆行驶时高压上下电时的状态，此状态下存在多种高压状态，包括行驶高压、快充高压、慢充高压。车辆在每个状态模块下进行切换，输出不同的整车状态，所述整车状态为车辆处于高压上下电时的车辆状态。

下面以驾驶员一键启动或连接充电枪的场景讲述整车高压上下电流程状态机模块输出的整车工作状态及状态的切换。首先，驾驶员一键启动或连接充电枪使车辆从休眠状态被唤醒从而进入整车初始化状态，VCU自检完成后唤醒其它控制器用于车辆上高压前的准备工作，整车状态切换为唤醒源判断状态，VCU通过CAN网络从其它控制器获取相关信息。

所述其它控制器包括BMS(电池管理系统)、MCU(电机控制器)、OBC(车载充电机)、DCDC(直流变换装置)、ESWITCH(电子换挡器)、EAC(空调控制器)、PackPTC(电池加热器)。

VCU从上述被唤醒的其它控制器获取输入信息，接着开始判断所述输入信息是否满足行驶、快充、慢充工况条件，从而进入相应的上下电流程。

所述工况条件包括用户主动一键启动、用户主动熄火、连接/拔除充电枪、出现需要下电的故障(高压部品异常)。

所述判断条件包括：当用户主动一键启动则执行上高压进入行驶工况；当用户连接充电枪则执行上高压进入慢充/快充工况，车辆进入快充/慢充状态；当用户在车辆行驶的工况下主动熄火则执行下高压流程，车辆进入等待休眠状态；当用户在车辆充电时主动拔除充电枪则执行下高压流程，车辆进入等待休眠状态。

进一步地，当车辆进入等待休眠状态时，在一定时间后将进入休眠状态，所述一定时间可按国标要求设定为3min～5min。若在等待休眠状态下存在唤醒源，比如用户一键启动或者连接充电枪，则进入唤醒源判断流程，整车当前状态切换为唤醒源判断状态。

进一步地，当车辆处于等待休眠或休眠状态时，还包括对异常唤醒源的判断，当唤醒源不满足行驶、快充、慢充上下电流程的进入条件时，则判定为异常唤醒，等待设定时间后再次进入等待休眠状态进而正常休眠。

其中预期的唤醒源包括用户一键启动车辆或者连接充电枪，如果唤醒源不为前述的预期唤醒源则判断为异常唤醒源。

进一步地，如果在调试过程中发现整车当前状态一直停留在某一个状态而无法按流程进行，则可根据此当前状态快速定位导致流程异常的原因，因此可用于问题的快速定位与分析。

记n为车辆在高压上下电过程中可能处于的整车状态的数量，整车当前状态依次设定为S₁、S₂、S₃……S_n，在本实施例中每个整车当前状态可以用数字去标识，即S₁为1，S₂为2，S_n为n，记整车当前状态记为S_k，则高压上下电流程状态机输出的的整车当前状态为k。

下面以车辆行驶上下高压工况下，以DCDC和MCU两个目标控制部件的使能控制为例具体阐述本发明所述方案。

车辆行驶上下高压工况包括初始化(1)、唤醒源判断(2)、预充(3)、高压(4)、零功率(5)、快速放电(6)、等待休眠(7)、休眠(8)共八种整车状态，即n的取值为8，上述八种整车状态的取值依次设定为1～8，即初始化的整车状态设定值为1，唤醒源判断的整车状态设定值为2，依此类推，休眠的整车状态设定值为8。

车辆每进入到一种新的状态，高压上下电流程状态机模块输出的整车当前状态也会实时更新，多目标使能控制模块以设定频率从高压上下电流程状态机模块获取此整车当前状态。如图3所示为多目标使能控制模块示意图，下面结合图3阐述多目标使能控制模块的实现方式。

S2、设定状态标定矩阵

设定一个n*1的状态标定矩阵。状态标定矩阵中元素的取值为高压上下电流程状态机模块输出的整车当前状态，即为(S₁ S₂ S₃……S_n)。本实施例中车辆行驶上下高压工况下的整车状态有8种，因此状态标定矩阵为[1；2；3；4；5；6；7；8]。

S3、计算当前状态矩阵

将整车当前状态S_x与上述步骤S2中的n*1的状态标定矩阵中的每个元素作“＝＝”运算，当S_x与此元素相等时，将该元素结果赋值为1，否则为0，因此得到一个第x个元素为1，其它元素均为0的n*1的矩阵，记为当前状态矩阵。

本实施例中以车辆处于唤醒源判断(2)和高压(4)的整车状态为例，此时整车状态取值分别为2和4，计算得到唤醒源判断(2)状态下的当前状态矩阵为[0；1；0；0；0；0；0；0]，高压(4)状态下的当前状态矩阵为[0；0；0；1；0；0；0；0]。

S4、设定状态指令矩阵

记在车辆高压上下电过程中需要进行使能控制的目标控制部件有m个，记为K₁、K₂、……K_m，基于整车安全性、功能必要性对每个目标控制部件在每种整车状态下的使能状态进行标定，存储于车辆的VCU模块中，标定规则可以为：0表示在此整车状态下该目标控制部件不使能，1表示在此整车状态下该目标控制部件需要使能。

那么一个目标控制部件需要标定的使能状态则有n个，将其记为一个1*n的矩阵，即图3所示的状态指令矩阵，因此总共有m个这样的1*n的状态指令矩阵。

本实施例以DCDC和MCU两个目标控制部件的使能控制为例，因此m的取值为2。DCDC状态指令矩阵设计方法是：在初始化(1)、唤醒源判断(2)、预充(3)、快速放电(6)、等待休眠(7)、休眠(8)状态下车辆均为非高压状态，此时DCDC无法正常工作，不应使能DCDC；在高压(4)、零功率(5)状态下车辆处于高压，DCDC需正常工作，应使能DCDC；因此DCDC在车辆行驶上下高压下的状态指令矩阵为[0 0 0 1 1 0 0 0]。

MCU状态指令矩阵设计方法是：在初始化(1)、唤醒源判断(2)、预充(3)、零功率(5)、等待休眠(7)、休眠(8)状态下，车辆应保持静止状态，不应使能MCU；高压(4)状态用户有行驶需求，应使能MCU；特别地，快速放电(6)需应用MCU内部自放电回路，需保证MCU整车工作，也应使能MCU；因此，MCU状态指令矩阵具体元素为[0 0 0 1 0 1 0 0]。

S5、计算预使能指令

将上述m个1*n的状态指令矩阵分别与n*1的当前状态矩阵进行点乘运算，得到m个数值，其取值为0或1，0表示在此整车当前状态下此目标控制部件不使能，1表示在此整车当前状态下此目标控制部件使能，此m个数值即为多目标控制模块输出的在当前整车状态下需要控制的m个控制部件的预使能指令。理论上计算出来的需要控制的控制部件中仅有与当前整车所处的状态相关的信号才会被使能。

当车辆处于唤醒源判断(2)的整车状态时，此时整车状态取值为2，计算得到当前状态矩阵为[0；1；0；0；0；0；0；0]。此时DCDC预使能指令为状态指令矩阵[0 0 0 1 1 0 0 0]×当前状态矩阵[0；1；0；0；0；0；0；0]＝0；MCU预使能指令为状态指令矩阵[0 0 0 1 0 1 00]×当前状态矩阵[0；1；0；0；0；0；0；0]＝0；即车辆处于唤醒源判断的整车状态时DCDC和MCU都不使能。

当车辆处于高压(4)状态时，此时整车状态取值为4，计算得到当前状态矩阵为[0；0；0；1；0；0；0；0]。此时DCDC预使能指令为：状态指令矩阵[0 0 0 1 1 0 0 0]×当前状态矩阵[0；0；0；1；0；0；0；0]＝1；MCU预使能指令为：状态指令矩阵[0 0 0 1 0 1 0 0]×当前状态矩阵[0；0；0；1；0；0；0；0]＝1，即车辆处于高压(4)的整车状态时DCDC和MCU都需使能。

S6、调试标定

调试标定模块从多目标使能控制模块中获取m个预使能指令，通过内部Switch开关的切换进行多目标使能的调试。下面参照图4讲述调试标定模块的具体实现方式。

在调试标定模块中设定m个Switch开关，每个Switch开关控制一个与高低压部品工作相关的控制部件，每个Swicth有三个输入信号，该Switch开关的工作原理为：当输入信号①为无效时，该Switch选择输入信号③作为输出信号；当输入信号①设定为有效时，该Switch选择输入信号②作为输出信号；默认情况下输入信号①设定为无效，该Switch将输入信号③作为输出信号。

在本实施例中，输入信号②为标定人员设置信号，标定人员基于使能标志与车辆状态相匹配的原则设定该信号；输入信号③为多目标使能控制模块输出的预使能指令。默认情况下，输入信号①设定为无效，该Switch选择输入信号③作为输出。当实车标定调试人员在进行多目标部件使能标志位调试时，如果发现Switch输出的控制部件的使能状态不对，可将输入信号①设定为有效，通过调整输入信号②的取值使调试工作继续往下执行，同时将问题记录后反馈给开发人员排查从VCU中获取的状态指令矩阵是否有误，进而能发现使能信号与整车状态不匹配的问题，实现调试和开发工作协同进行，提高工作效率。

Claims (8)

1.一种汽车高压上下电多目标使能控制系统，其特征在于，包括高压上下电流程状态机模块、多目标使能控制模块、标定调试模块；所述高压上下电流程状态机模块，用于输出整车当前状态；所述多目标使能控制模块，用于将高压上下电流程状态机模块输出的整车当前状态与每个目标控制部件对应每个整车状态下的预设使能状态进行计算，得到每个目标控制部件在此整车状态下的预使能指令；所述标定调试模块，用于根据每个目标控制部件在此整车状态下的预使能指令及每个目标控制部件在此整车状态下的调试使能状态进行目标控制部件的使能调试；

得到各个目标控制部件在该整车状态下的预使能指令的方法包括：

设定一个n*1的状态标定矩阵，状态标定矩阵中元素的取值为高压上下电流程状态机模块输出的整车当前状态(S₁ S₂ S₃，……S_n)；

将整车当前状态S_x与上述n*1的状态标定矩阵中的每个元素作“＝＝”运算，当S_x与此元素相等时，将该元素结果赋值为1，否则为0，因此得到一个第x个元素为1，其它元素均为0的n*1的矩阵，记为当前状态矩阵；

记在车辆高压上下电过程中需要进行使能控制的目标控制部件有m个，记为K₁、K₂、……K_m；一个目标控制部件需要标定的使能状态有n个，将其记为一个1*n的矩阵，因此总共有m个1*n的状态指令矩阵；

将上述m个1*n的状态指令矩阵分别与n*1的当前状态矩阵进行点乘运算，得到m个数值，此m个数值即为多目标控制模块输出的在当前整车状态下需要控制的m个控制部件的预使能指令。

2.如权利要求1所述的汽车高压上下电多目标使能控制系统，其特征在于，所述高压上下电流程状态机模块还包括异常唤醒源判断模块，用于当整车处于等待休眠或休眠状态被唤醒时，判断唤醒源是否为异常唤醒源，如果不满足高压上下电流程的进入条件则判定为异常唤醒源。

3.如权利要求1所述的汽车高压上下电多目标使能控制系统，其特征在于，所述多目标使能控制模块还包括整车状态转换模块，用于将从高压上下电流程状态机模块输出的整车状态转换为以矩阵形式表示的当前状态矩阵。

4.如权利要求1所述的汽车高压上下电多目标使能控制系统，其特征在于，所述多目标使能控制模块还包括状态指令矩阵获取模块，用于获取每个目标控制部件在每个整车状态下的预使能指令。

5.如权利要求3所述的汽车高压上下电多目标使能控制系统，其特征在于，所述多目标使能控制模块包括矩阵运算模块，用于将当前状态矩阵与该整车状态下各个目标控制部件的预设使能状态进行矩阵运算，得到各个目标控制部件在该整车状态下的预使能指令。

6.一种如权利要求1所述系统的汽车高压上下电多目标使能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、高压上下电流程状态机模块根据用户的操作和车辆部品状态输出整车当前状态；

S2、多目标使能控制模块获取高压上下电流程状态机模块输出的整车当前状态，结合每个目标控制部件在每个整车状态下的设定使能状态，运用矩阵运算的方法，获得在整车当前状态下每个目标控制部件的预使能指令；

S3、标定调试模块根据每个目标控制部件的在此整车状态下的预使能指令及每个目标控制部件在此整车状态下的标定使能状态对目标控制部件进行使能调试。

7.如权利要求6所述的汽车高压上下电多目标使能控制方法，其特征在于，当整车处于等待休眠或休眠状态被唤醒时，判断唤醒源是否为异常唤醒源，如果不满足高压上下电流程的进入条件则判定为异常唤醒源，延迟设定时间后车辆进入等待休眠状态。

8.如权利要求6所述的汽车高压上下电多目标使能控制方法，所述方法还包括从车辆VCU模块获取每个目标控制部件在每个整车状态下的使能状态。

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