TWI726673B

TWI726673B - 混合動力車輛的系統及其控制方法

Info

Publication number: TWI726673B
Application number: TW109111704A
Authority: TW
Inventors: 吳建勳
Original assignee: 國立虎尾科技大學
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2021-05-01
Also published as: TW202138225A

Abstract

本發明實施例提供一種混合動力車輛的系統及其控制方法。混合動力車輛包括外掛式整車控制裝置、引擎控制裝置、引擎動力源、電子切換裝置及油門踏板，其中外掛式整車控制裝置具有自我診斷功能。混合動力車輛的控制方法包括：外掛式整車控制裝置執行自我診斷功能，以判斷外掛式整車控制裝置是否運作正常。當判斷為否時，外掛式整車控制裝置控制電子切換裝置以切換至第一導通狀態，使引擎控制裝置耦接至油門踏板，並使引擎控制裝置能夠根據油門踏板的油門訊號來控制引擎動力源以驅動混合動力車輛。藉此確保混合動力車輛的安全。

Description

混合動力車輛的系統及其控制方法

本發明是有關於一種混合動力車輛的系統及其控制方法，且特別是一種透過具有自我診斷功能的外掛式整車控制裝置，根據自我診斷的結果以決定是否將混合動力車輛的控制權從外掛式整車控制裝置交回給引擎控制裝置的混合動力車輛的系統及其控制方法。

隨著全球汽車數量的逐年增加與環保意識的日益增強，車輛排放廢氣造成的環境污染也越來越受世人的關注，因此節能車輛漸漸受到重視。節能車輛中實現整車控制決策的核心為整車控制器(Vehicle Control Unit，VCU)。目前現有市售的整車控制器為最上層的控制器，並沒有考慮到整車控制器故障時，整車控制器能夠主動將整車的控制權交回給引擎控制器或電動機控制器的機制。一旦整車控制器發生故障或異常時，將造成車輛故障，導致交通事故的危險。因此，如何提供一種整車控制器，一旦整車控制器發生故障或異常時，可主動將整車的控制權交回給引擎控制器或馬達控制器來控制車輛的行駛，將是本案所要著重的問題與解決的重點。

有鑑於此，本發明實施例提供一種混合動力車輛的控制方法，混合動力車輛包括外掛式整車控制裝置、引擎控制裝置、引擎動力源、電子切換裝置及油門踏板，其中外掛式整車控制裝置具有自我診斷功能，混合動力車輛的控制方法包括：（a）外掛式整車控制裝置執行自我診斷功能，以判斷外掛式整車控制裝置是否運作正常；以及（b）當判斷為否時，外掛式整車控制裝置控制電子切換裝置以切換至第一導通狀態，使引擎控制裝置耦接至油門踏板，並使引擎控制裝置能夠根據油門踏板的油門訊號來控制引擎動力源以驅動混合動力車輛。

在本發明的一實施例中，混合動力車輛更包括電動機動力源及電動機控制裝置，在步驟a的步驟後，更包括：（c）當判斷為是時，外掛式整車控制裝置控制電子切換裝置以切換至第二導通狀態，使外掛式整車控制裝置耦接至油門踏板，以讀取油門踏板的油門訊號，並且外掛式整車控制裝置控制引擎控制裝置與電動機控制裝置，以分別切斷引擎動力源與電動機動力源的動力輸出。

在本發明的一實施例中，混合動力車輛更包括儲能裝置，在步驟c的步驟後，更包括：（d）外掛式整車控制裝置判斷混合動力車輛是否進入充電模式；以及（e）當判斷為否時，外掛式整車控制裝置判斷儲能裝置的電量狀態是否大於電量狀態門檻值。

在本發明的一實施例中，混合動力車輛更包括離合器踏板，在步驟d的步驟後，更包括：（f）外掛式整車控制裝置判斷離合器踏板是否被踩下；（g）當判斷為是時，執行步驟c；以及（h）當判斷為否時，外掛式整車控制裝置控制引擎控制裝置，使引擎動力源運作在節能操作點，並控制電動機控制裝置，使電動機動力源運作在發電機模式。

在本發明的一實施例中，在步驟e的步驟後，更包括：（i）當判斷為是時，外掛式整車控制裝置選擇使用電動機動力源的動力，以驅動混合動力車輛；以及（j）當判斷為否時，執行步驟c。

在本發明的一實施例中，在步驟i的步驟後，更包括：（j）外掛式整車控制裝置判斷引擎動力源的轉速是否介於預定轉速範圍；（k）當判斷為是時，外掛式整車控制裝置選擇同時使用引擎動力源與電動機動力源的動力，以驅動混合動力車輛；以及（l）當判斷為否時，執行步驟 i。

在本發明的一實施例中，在步驟k的步驟後，更包括：（m）外掛式整車控制裝置判斷引擎動力源的轉速是否大於轉速門檻值；（n）當判斷為是時，外掛式整車控制裝置選擇使用引擎動力源的動力來驅動混合動力車輛；以及（o）當判斷為否時，執行步驟k。

本發明實施例另提供一種混合動力車輛的系統，混合動力車輛包括引擎控制裝置、受控於引擎控制裝置的引擎動力源及油門踏板。混合動力車輛的系統包括：耦接至引擎控制裝置的外掛式整車控制裝置以及耦接於外掛式整車控制裝置、引擎控制裝置及油門踏板的電子切換裝置。外掛式整車控制裝置具有自我診斷功能，用以判斷外掛式整車控制裝置是否運作正常。電子切換裝置具有第一導通狀態及第二導通狀態。其中外掛式整車控制裝置控制電子切換裝置，使電子切換裝置可以在第一導通狀態與第二導通狀態間切換。其中當外掛式整車控制裝置判斷外掛式整車控制裝置控制的運作為不正常時，外掛式整車控制裝置控制電子切換裝置以切換至第一導通狀態，使引擎控制裝置耦接至油門踏板，並使引擎控制裝置可以根據油門踏板的油門訊號來控制引擎動力源以驅動混合動力車輛。

在本發明的另一實施例中，混合動力車輛更包括電動機控制裝置及電動機動力源，其中當外掛式整車控制裝置判斷外掛式整車控制裝置控制的運作為正常時，外掛式整車控制裝置控制電子切換裝置以從第一導通狀態切換至第二導通狀態，使外掛式整車控制裝置耦接至油門踏板，以讀取油門踏板的油門訊號，並且外掛式整車控制裝置控制引擎控制裝置與電動機控制裝置，以分別切斷引擎動力源與電動機動力源的動力輸出。

在本發明的另一實施例中，混合動力車輛更包括儲能裝置，其中外掛式整車控制裝置判斷混合動力車輛是否進入充電模式，當判斷為否時，外掛式整車控制裝置判斷儲能裝置的電量狀態是否大於電量狀態門檻值，當判斷為是時，外掛式整車控制裝置選擇使用電動機動力源的動力，以驅動混合動力車輛。

本發明實施例所提供的混合動力車輛的系統及其控制方法，藉由外掛式整車控制裝置一直發出確認訊息到控制區域網路匯流排上，以判斷是否收到回應訊息來實現自我診斷功能，並根據自我診斷的結果，主動判斷是否將混合動力車輛的控制權從外掛式整車控制裝置回歸到引擎控制裝置，以確保混合動力車輛的安全。其次，外掛式整車控制裝置還可根據儲能裝置的電量狀態與引擎動力源的轉速，來選擇混合動力車輛的動力來源或調整原車動力需求的比例。藉此提升動力分配的性能與整車的性能。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚瞭解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請同時參閱圖1及圖2。圖1是依照本發明實施例所繪示之混合動力車輛的系統架構示意圖。圖2是依照本發明實施例所繪示之混合動力車輛的控制方法的流程示意圖。

首先說明的是，本發明的混合動力車輛的系統。混合動力車輛（圖未繪）包括引擎控制裝置11、受控於引擎控制裝置11的引擎動力源12及油門踏板14。混合動力車輛的系統包括：外掛式整車控制裝置10、電子切換裝置13及控制區域網路（CAN）匯流排20。外掛式整車控制裝置10耦接至引擎控制裝置11，並且外掛式整車控制裝置10具有自我診斷功能，用以自我判斷外掛式整車控制裝置10的運作是否正常。電子切換裝置13耦接於外掛式整車控制裝置10、引擎控制裝置11及油門踏板14，且電子切換裝置13具有第一導通狀態及第二導通狀態。外掛式整車控制裝置10控制電子切換裝置13，使電子切換裝置13可以在第一導通狀態與該第二導通狀態間切換。電子切換裝置13較佳是以電晶體或繼電器所組成的開關電路，而引擎動力源12較佳是柴油引擎或汽油引擎。

接著說明的是，本發明的混合動力車輛的控制方法。在開始執行混合動力車輛的控制方法後，外掛式整車控制裝置10執行自我診斷，以自行判斷外掛式整車控制裝置10是否運作正常，（如步驟S101所示）。更進一步來說，外掛式整車控制裝置10乃是一直發出確認訊息到控制區域網路匯流排20上，在正常的情況下，當外掛式整車控制裝置10經由控制區域網路匯流排20收到確認訊息後，可以在確認訊息中應答（ACK）位元的欄位中回應或者是傳送回應訊息。因此，當外掛式整車控制裝置10可以正常的讀取到確認訊息中應答位元的欄位（亦即有回應）或者收到回應訊息時，代表外掛式整車控制裝置10目前的運作狀態為正常。然而，若外掛式整車控制裝置10沒有回應或者沒有收到回應訊息時，代表外掛式整車控制裝置10目前的運作狀態為故障或異常。因此，當判斷為否時，表示外掛式整車控制裝置10發生故障或異常，也就是說外掛式整車控制裝置10已不適合或無能力再繼續控制混合動力車輛。此時，外掛式整車控制裝置10主動將混合動力車輛的控制權交回給引擎控制裝置11，以確保混合動力車輛的安全。更進一步來說，外掛式整車控制裝置10立刻控制電子切換裝置13以切換至第一導通狀態，使引擎控制裝置11耦接至油門踏板14，以便讀取油門踏板14的油門訊號。藉此引擎控制裝置11便可即時根據油門踏板14的油門訊號來控制引擎動力源12以驅動混合動力車輛（如步驟S102所示）。

附加說明的是，油門踏板14可為電子式油門踏板，當駕駛踩踏油門踏板14時，可產生油門訊號，例如是電壓訊號，其中油門訊號對應於油門踏板14的位置變化。引擎控制裝置11可根據油門訊號產生控制訊號，據以控制引擎動力源12的動力輸出。藉此駕駛即可透過踩踏油門踏板14控制混合動力車輛的行進速度。

在步驟S101中，當判斷為是時，表示外掛式整車控制裝置10為正常。因此混合動力車輛的系統可以進入系統就緒狀態，其中混合動力車輛還包括電動機動力源16及電動機控制裝置15。此時外掛式整車控制裝置10將立即控制電子切換裝置13以切換至第二導通狀態，使外掛式整車控制裝置10耦接至油門踏板14，以便讀取油門踏板14的油門訊號，並可將油門訊號傳送至引擎控制裝置11。同時外掛式整車控制裝置10經由控制區域網路匯流排20與引擎控制裝置11及電動機控制裝置15通訊，以切斷引擎動力源12與電動機動力源16的動力輸出（如步驟S103所示）。此時引擎動力源12與電動機動力源16不會輪出動力給混合動力車輛。電動機動力源16較佳為電動馬達。值得一提的是，在步驟S101後，倘若外掛式整車控制裝置10發生故障或異常時。此時，外掛式整車控制裝置10也可主動將混合動力車輛的控制權交給電動機控制裝置15，由電動機控制裝置15自行控制電動機動力源16以驅動混合動力車輛，藉此確保混合動力車輛的安全。

接著，外掛式整車控制裝置10判斷混合動力車輛是否進入充電模式（如步驟S104所示），其中混合動力車輛還包括離合器踏板19、耦接於離合器踏板19的離合器21、電動機控制裝置15、電能控制裝置17及儲能裝置18。舉例來說，外掛式整車控制裝置10可以是藉由判斷駕駛是否開啟或觸發充電模式例如充電按鈕，或者根據儲能裝置18的電量狀態（state-of-charge，SoC），來決定混合動力車輛是否進入充電模式，但不以此為限。當判斷為是時，混合動力車輛進入充電模式。此時，外掛式整車控制裝置10經由控制區域網路匯流排20控制引擎控制裝置11使引擎動力源12不輸出動力至混合動力車輛。緊接著，外掛式整車控制裝置10判斷離合器踏板19是否被踩下（如步驟S105所示）。當判斷為是時，結束充電模式回到系統就緒狀態（步驟S103）。附加說明的是，當離合器踏板19被駕駛踩下時，將帶動離合器21從接合的狀態變為分離或斷開的狀態，使得引擎動力源12與電動機動力源16之間的動力傳遞是斷開的。藉此保護電動機動力源16。反之，當判斷為否時，外掛式整車控制裝置10經由控制區域網路匯流排20控制引擎控制裝置11，使引擎動力源12運作在節能操作點，也就是引擎動力源12運作在特定轉速下相對較為節省油耗的操作點，並經由控制區域網路匯流排20控制電動機控制裝置15，使電動機動力源16運作在發電機模式（如步驟s106所示）。更進一步來說，當離合器踏板19未被駕駛踩下時，代表離合器21為接合的狀態，使得引擎動力源12與電動機動力源16之間的動力傳遞是連接的。因此引擎動力源12可以帶動電動機動力源16運轉，使電動機動力源16運作在發電機模式產生電壓以對儲能裝置18進行充電。儲能裝置18較佳為電池，但不以此為限。

此外，在步驟S104中，當判斷為否時，外掛式整車控制裝置10判斷儲能裝置18的電量狀態是否大於電量狀態門檻值。電量狀態門檻值較佳為20%，但不以此為限。附加說明的是，外掛式整車控制裝置10乃是經由控制區域網路匯流排20與電能控制裝置17通訊，以獲得儲能裝置18的電量狀態。當判斷為是時，代表儲能裝置18的電量充足，外掛式整車控制裝置10可以對混合動力車輛進行複合式的動力調配。此時，外掛式整車控制裝置10可以選擇使用電動機動力源16來負擔整車（混合動力車輛）所有的動力需求，也就是僅使用電動機動力源16的動力，來驅動混合動力車輛，亦即純電動機運作模式（如步驟S108所示）。反之，當判斷為否時，執行步驟S103，回到系統就緒狀態，等待執行充電模式。藉此避免儲能裝置18因過度放電而造成損壞。

請參閱，圖3是本發明實施例所繪示之混合動力車輛的動力分配示意圖。接著，外掛式整車控制裝置10判斷引擎動力源12的轉速是否介於預定轉速範圍，每分鐘轉速（rpm）較佳為700至1000（如步驟S109所示）。當判斷為否時，執行步驟S108，回到純電動機運作模式。反之，當判斷為是時，外掛式整車控制裝置10選擇同時使用引擎動力源12與電動機動力源16的動力，來負擔整車的動力需求，以驅動混合動力車輛（如步驟S110所示）。舉例來說，當引擎動力源12的轉速在800 rpm時，引擎動力源12負擔約35%的整車動力需求，而電動機動力源16負擔約65%的整車動力需求。當引擎動力源12的轉速在850 rpm時，引擎動力源12負擔約50%的整車動力需求，而電動機動力源16負擔約50%的整車動力需求。當引擎動力源12的轉速在900 rpm時，引擎動力源12負擔約70%的整車動力需求，而電動機動力源16負擔約30%的整車動力需求。

此外，外掛式整車控制裝置10判斷引擎動力源12的轉速是否大於轉速門檻值，例如是1000rpm（如步驟S111所示）。當判斷為是時，外掛式整車控制裝置10選擇使用引擎動力源12來負擔整車所有的動力需求，也就是僅使用引擎動力源12的動力，來驅動混合動力車輛，亦即純引擎運作模式（如步驟S112所示）。反之，當判斷為否時，執行步驟S110，回到引擎動力源12與電動機動力源16協同運作的模式。

綜上所述，本發明實施例所提供的混合動力車輛的系統及其控制方法，藉由外掛式整車控制裝置一直發出確認訊息到控制區域網路匯流排上，以判斷是否收到回應訊息來實現自我診斷的功能，並根據自我診斷的結果，主動判斷是否將混合動力車輛的控制權從外掛式整車控制裝置回歸到引擎控制裝置，以確保混合動力車輛的安全。其次，外掛式整車控制裝置還可藉由儲能裝置的電量狀態與引擎動力源的轉速，來選擇混合動力車輛的動力來源或調整原車動力需求的比例。藉此提升動力分配的性能與整車的性能。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:外掛式整車控制裝置 11:引擎控制裝置 12:引擎動力源 13:電子切換裝置 14:油門踏板 15:電動機控制裝置 16:電動機動力源 17:電能控制裝置 18:儲能裝置 19:離合器踏板 20:控制區域網路匯流排 21:離合器 S101～S112:步驟

圖1是依照本發明實施例所繪示之混合動力車輛的系統架構示意圖。圖2是依照本發明實施例所繪示之混合動力車輛的控制方法的流程示意圖。圖3是本發明實施例所繪示之混合動力車輛的動力分配示意圖。

S101~S112:步驟

Claims

一種混合動力車輛的控制方法，該混合動力車輛包括一外掛式整車控制裝置、一引擎控制裝置、一引擎動力源、一電子切換裝置及一油門踏板，其中該外掛式整車控制裝置具有一自我診斷功能，該混合動力車輛的控制方法包括：（a）該外掛式整車控制裝置執行該自我診斷功能，以判斷該外掛式整車控制裝置是否運作正常；以及（b）當判斷為否時，該外掛式整車控制裝置控制該電子切換裝置以切換至一第一導通狀態，使該引擎控制裝置耦接至該油門踏板，並使該引擎控制裝置能夠根據該油門踏板的油門訊號來控制該引擎動力源以驅動該混合動力車輛。
如請求項1所述之混合動力車輛的控制方法，其中該混合動力車輛更包括一電動機動力源及一電動機控制裝置，在步驟a的步驟後，更包括：（c）當判斷為是時，該外掛式整車控制裝置控制該電子切換裝置以切換至一第二導通狀態，使該外掛式整車控制裝置耦接至該油門踏板，以讀取該油門踏板的油門訊號，並且該外掛式整車控制裝置控制該引擎控制裝置與該電動機控制裝置，以分別切斷該引擎動力源與該電動機動力源的動力輸出。
如請求項2所述之混合動力車輛的控制方法，其中該混合動力車輛更包括一儲能裝置，在步驟c的步驟後，更包括：（d）該外掛式整車控制裝置判斷該混合動力車輛是否進入充電模式；以及（e）當判斷為否時，該外掛式整車控制裝置判斷該儲能裝置的電量狀態是否大於一電量狀態門檻值。
如請求項3所述之混合動力車輛的控制方法，其中該混合動力車輛更包括一離合器踏板，在步驟d的步驟後，更包括：（f）該外掛式整車控制裝置判斷該離合器踏板是否被踩下；（g）當判斷為是時，執行步驟c；以及（h）當判斷為否時，該外掛式整車控制裝置控制該引擎控制裝置，使該引擎動力源運作在節能操作點，並控制該電動機控制裝置，使該電動機動力源運作在發電機模式。
如請求項3所述之混合動力車輛的控制方法，其中在步驟e的步驟後，更包括：（i）當判斷為是時，該外掛式整車控制裝置選擇使用該電動機動力源的動力，以驅動該混合動力車輛；以及（j）當判斷為否時，執行步驟c。
如請求項5所述之混合動力車輛的控制方法，其中在步驟i的步驟後，更包括：（j）該外掛式整車控制裝置判斷該引擎動力源的轉速是否介於一預定轉速範圍；（k）當判斷為是時，該外掛式整車控制裝置選擇同時使用該引擎動力源與該電動機動力源的動力，以驅動該混合動力車輛；以及（l）當判斷為否時，執行步驟i。
如請求項6所述之混合動力車輛的控制方法，其中在步驟k的步驟後，更包括：（m）該外掛式整車控制裝置判斷該引擎動力源的轉速是否大於一轉速門檻值；（n）當判斷為是時，該外掛式整車控制裝置選擇使用該引擎動力源的動力來驅動該混合動力車輛；以及（o）當判斷為否時，執行步驟k。
一種混合動力車輛的系統，該混合動力車輛包括一引擎控制裝置、一受控於該引擎控制裝置的引擎動力源及一油門踏板，該混合動力車輛的系統包括：一外掛式整車控制裝置，耦接至該引擎控制裝置，該外掛式整車控制裝置具有一自我診斷功能，用以判斷該外掛式整車控制裝置是否運作正常；以及一電子切換裝置，耦接於該外掛式整車控制裝置、該引擎控制裝置及該油門踏板，該電子切換裝置具有一第一導通狀態及一第二導通狀態；其中，該外掛式整車控制裝置控制該電子切換裝置，使該電子切換裝置可以在該第一導通狀態與該第二導通狀態間切換；其中，當該外掛式整車控制裝置判斷該外掛式整車控制裝置控制的運作為不正常時，該外掛式整車控制裝置控制該電子切換裝置以切換至該第一導通狀態，使該引擎控制裝置耦接至該油門踏板，並使該引擎控制裝置可以根據該油門踏板的油門訊號來控制該引擎動力源以驅動該混合動力車輛。
如請求項8所述之混合動力車輛的系統，其中該混合動力車輛更包括一電動機控制裝置及一電動機動力源，其中當該外掛式整車控制裝置判斷該外掛式整車控制裝置控制的運作為正常時，該外掛式整車控制裝置控制該電子切換裝置以從該第一導通狀態切換至該第二導通狀態，使該外掛式整車控制裝置耦接至該油門踏板，以讀取該油門踏板的油門訊號，並且該外掛式整車控制裝置控制該引擎控制裝置與該電動機控制裝置，以分別切斷該引擎動力源與該電動機動力源的動力輸出。
如請求項8所述之混合動力車輛的系統，其中該混合動力車輛更包括一儲能裝置，其中該外掛式整車控制裝置判斷該混合動力車輛是否進入充電模式，當判斷為否時，該外掛式整車控制裝置判斷該儲能裝置的電量狀態是否大於一電量狀態門檻值，當判斷為是時，該外掛式整車控制裝置選擇使用該電動機動力源的動力，以驅動該混合動力車輛。