專利名稱：一種混合動力汽車扭矩監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
一種混合動力汽車扭矩監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域本申請涉及混合動力汽車安全控制領(lǐng)域，特別是涉及一種混合動 力汽車扭矩監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著目前全球變暖現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，以及越來越緊張的石油供需矛 盾，"環(huán)保和節(jié)能"、"人、車、自然完美和諧"早已經(jīng)成為汽車界的公 共話題。混合動力汽車將電機(jī)和發(fā)動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)合理地組合在一起，發(fā)揮 電機(jī)驅(qū)動的優(yōu)勢來彌補(bǔ)發(fā)動機(jī)驅(qū)動的弱點(diǎn)，使發(fā)動機(jī)保持在最佳工況 工作，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機(jī)的怠速停機(jī)、輔助驅(qū)動以及再生制動能量回收 等功能。因此，混合動力汽車既提高了車輛的駕駛性能，節(jié)省了能量 消耗，同時還降低了發(fā)動機(jī)排放，充分發(fā)揮了內(nèi)燃機(jī)汽車和電動汽車 的優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今最具實(shí)際開發(fā)意義的低排放和低油耗汽車。但是混合動力汽車控制比較復(fù)雜，與普通車相比需要考慮特殊的安全控制問題，主要有以下幾點(diǎn)O)在動力系統(tǒng)接合時啟動發(fā)動機(jī)； ②發(fā)動機(jī)意外停機(jī)或失速；③發(fā)動機(jī)意外啟動；④發(fā)動機(jī)無法重新啟 動；⑤意外的驅(qū)動扭矩增大；⑥意外的驅(qū)動扭矩減小；⑦意外的制動 扭矩減小。為了能夠保證系統(tǒng)正?？煽康倪M(jìn)行工作，對發(fā)動機(jī)啟停控 制及發(fā)動機(jī)、電機(jī)扭矩實(shí)施安全監(jiān)測非常重要
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了一種用于混合動力汽車動力總成輸出扭矩安全監(jiān)控 系統(tǒng)，用于防止整車輸出扭矩的意外增大或減小，為混合動力系統(tǒng)的 各個模塊提供比較可靠的保護(hù)，確?；旌蟿恿ο到y(tǒng)能夠安全的進(jìn)行工 作。本安全監(jiān)控系統(tǒng)的扭矩監(jiān)控涉及三個主要控制器混合動力控制 單元(HCU)、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)及混合動力安全監(jiān)控系統(tǒng)(SM)。 各控制器的運(yùn)行模式都分為初始化、正常運(yùn)行模式及故障運(yùn)行模式。 本安全監(jiān)控系統(tǒng)通過三個控制器的通信對各控制器的運(yùn)行模式進(jìn)行了 合理的控制。本安全監(jiān)控系統(tǒng)主要對整車實(shí)際輸出扭矩、電機(jī)實(shí)際輸出扭矩及 發(fā)動機(jī)實(shí)際輸出扭矩分別進(jìn)行了監(jiān)控。對于整車實(shí)際輸出扭矩，分為 在正常模式下及故障模式下的監(jiān)控，正常模式下對整車實(shí)際輸出扭矩 的監(jiān)控是為了確保扭矩解釋的正確性，而在故障模式下對整車實(shí)際輸 出扭矩監(jiān)控是為了限制實(shí)際輸出扭矩。對發(fā)動機(jī)實(shí)際輸出扭矩及電機(jī) 實(shí)際輸出扭矩的監(jiān)控確保了輸出扭矩分配的正確性。因此，本監(jiān)控系 統(tǒng)既能保證整車輸出扭矩又能保證發(fā)動機(jī)、電機(jī)輸出扭矩的正確性， 對整個混合動力控制系統(tǒng)進(jìn)行了仔細(xì)、全面的監(jiān)控，使混合動力系統(tǒng) 能夠安全可靠的進(jìn)行工作。


圖1:本發(fā)明的混合動力系統(tǒng)組成示意圖；圖2:混合動力系統(tǒng)扭矩結(jié)構(gòu)圖；圖3:是SM控制器的扭矩監(jiān)控原理圖；圖4: HCU、 SM和EMS運(yùn)行模式及其相互通信的原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，發(fā)動機(jī)1、電機(jī)3及變速箱4通過一根軸2機(jī)械相連， 即釆用起動機(jī)/發(fā)電機(jī)一體化(ISG)結(jié)構(gòu)?；旌蟿恿刂破?HCU) 12、 混合動力安全監(jiān)控控制器(SM) 11、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(EMS) 8、電機(jī) 控制器(MCU) 13、電池管理系統(tǒng)(BMS) 14及自動變速箱控制器(AMT) IO通過CAN總線9進(jìn)行通信。其中混合動力控制器(HCU) 12、混合動 力安全監(jiān)控控制器(SM) 11、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(EMS) 8組成了本混合 動力系統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)?；旌蟿恿刂破?HCU)是主控制器，EMS、 MCU都是根據(jù)該控制器發(fā)出的扭矩需求輸出發(fā)動機(jī)、電機(jī)扭矩。如圖2所示，本安全監(jiān)控系統(tǒng)的扭矩解釋是由發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)EMS 來完成的。其中包括的EMS扭矩解釋模塊用于根據(jù)駕駛的操作確定駕 駛者的需求扭矩首先根據(jù)油門踏板信號及發(fā)動機(jī)此時的轉(zhuǎn)速確定扭 矩需要參數(shù)，然后與巡航控制扭矩需求參數(shù)進(jìn)行比較取兩者中的大值， 再確定駕駛者需求扭矩，最后考慮怠速控制對需求扭矩的影響，將該 扭矩與駕駛者需求扭矩相加便得到整車需求扭矩。然后主控制器HCU 根據(jù)EMS給出的總體需求扭矩、AMT控制模塊得到的需求扭矩及其它外部控制模塊的需求扭矩進(jìn)行仲裁得到發(fā)動機(jī)需求輸出扭矩和電機(jī)需求 輸出扭矩，來分配發(fā)動機(jī)和電機(jī)需求輸出扭矩，最后由EMS及MCU實(shí) 現(xiàn)HCU給出的需求扭矩。圖3是SM控制器的扭矩監(jiān)控原理圖。主要包括四個檢測，比較4 是在故障模式下進(jìn)行的檢測，其它的是在正常工作模式下進(jìn)行的檢測。比較l:根據(jù)外部輸入(包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、油門踏板信號及發(fā)動機(jī) 催化劑溫度等)來確定整車允許的輸出扭矩，然后計(jì)算出該扭矩的容 差，看整車實(shí)際輸出扭矩(由發(fā)動機(jī)實(shí)際輸出扭矩與電機(jī)實(shí)際輸出扭 矩相加得到)是在允許輸出扭矩的范圍內(nèi)。比較1主要是檢測扭矩解 釋模塊得到的扭矩需求的正確性，確保實(shí)際輸出扭矩不會過高。
比較2及比較3是分別對發(fā)動機(jī)輸出扭矩及電機(jī)的輸出扭矩進(jìn)行 檢測，確保他們與需求扭矩一致。比較4主要是確保在故障模式下，整車的實(shí)際輸出扭矩一定在允 許輸出扭矩的范圍內(nèi)。圖4示出了HCU、 SM和EMS的運(yùn)行模式及其相互通信。HCU、 SM 及EMS的都可以分為初始化、正常運(yùn)行模式及故障運(yùn)行模式。在初始化階段，各控制器完成對自身狀態(tài)的檢測，以及對混合動 力器件的一些檢測，如對CAN總線的檢測，高壓電池狀態(tài)檢測，高壓 電池切斷裝置的檢測等。HCU只有在接收到SM初始化完成信號才能進(jìn)入正常運(yùn)行模式；EMS 只有在HCU、 SM都完成初始化后才能進(jìn)入正常運(yùn)行模式。在整車運(yùn)行模式下，SM會對整車的扭矩進(jìn)行監(jiān)控。如果比較l、 2、 3失敗則SM進(jìn)入故障模式。HCU、 EMS也會有自己的錯誤檢測系統(tǒng)，HCU 主要檢測混合動力電機(jī)、電池故障等，EMS主要檢測油門踏板信號、發(fā) 動機(jī)轉(zhuǎn)速信號等。如果HCU或EMS檢測到任何故障，則其進(jìn)入故障模 式。HCU、 EMS也有自己的錯誤檢測系統(tǒng)。如果初始化失敗或安全監(jiān)控 檢測發(fā)現(xiàn)發(fā)生故障都會進(jìn)入故障運(yùn)行模式。任何一控制器進(jìn)入故障運(yùn)行模式會要求它控制器也進(jìn)入故障運(yùn)行模式。故障模式時，SM還要進(jìn)行安全監(jiān)測，即對比較4的檢測，比較4 主要是確保在故障模式下，整車的實(shí)際輸出扭矩一定在允許輸出扭矩 的范圍內(nèi)。如果比較4不滿足則要求整車停機(jī)。本監(jiān)控系統(tǒng)既能保證整車輸出扭矩又能保證發(fā)動機(jī)、電機(jī)輸出扭 矩的正確性，對整個混合動力控制系統(tǒng)進(jìn)行了仔細(xì)、全面的監(jiān)控，使 混合動力系統(tǒng)能夠安全可靠的進(jìn)行工作。
權(quán)利要求
1、一種混合動力系統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)，包括混合動力控制器(12)、混合動力安全監(jiān)控控制器(11)、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(8)，其中混合動力控制器(12)是主控制器，安全監(jiān)控控制器(11)和發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(8)根據(jù)該控制器發(fā)出的扭矩需求輸出發(fā)動機(jī)、電機(jī)扭矩。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于發(fā)動機(jī)管理 系統(tǒng)(8)根據(jù)駕駛的操作確定駕駛者的需求扭矩。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于發(fā)動機(jī)管理 系統(tǒng)包括扭矩解釋模塊，其根據(jù)油門踏板信號及發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速確定 扭矩需要參數(shù)，然后與巡航控制扭矩需求參數(shù)進(jìn)行比較取兩者中的 大值，再確定駕駛者需求扭矩，最后考慮怠速控制對需求扭矩的影 響，將該扭矩與駕駛者需求扭矩相加得到整車需求扭矩。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于作為主控制 器的混合動力控制器(12)根據(jù)發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)扭矩解釋模塊給出 的總體需求扭矩、自動變速箱控制器(IO)中的控制模塊得到的需 求扭矩及其它外部控制模塊的需求扭矩進(jìn)行仲裁得到發(fā)動機(jī)需求 輸出扭矩和電機(jī)需求輸出扭矩，來分配發(fā)動機(jī)和電機(jī)需求輸出扭 矩，最后由發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)及電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)混合動力控制器給出 的需求扭矩。
5、 一種包括權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述監(jiān)控系統(tǒng)的混合動力系 統(tǒng)，還包括發(fā)動機(jī)(1)、電機(jī)(3)、變速箱(4)、電機(jī)控制器(13) 、電池管理系統(tǒng)(14)及自動變速箱控制器(10，其中發(fā)動機(jī)(1)、電機(jī)(3 )及變速箱(4 )通過一根軸(2 )機(jī)械相連；監(jiān) 控系統(tǒng)、電機(jī)控制器(13)、電池管理系統(tǒng)(14)及自動變速箱控 制器(10 )通過CAN總線(9 )進(jìn)行通信。
6、 利用權(quán)利要求1 - 4任一項(xiàng)所述的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行扭矩監(jiān)測的 方法，其特征在于混合動力安全監(jiān)控控制器(11)對整車的扭矩 進(jìn)行監(jiān)控，包括比較l、 2、 3:比較1:根據(jù)外部輸入來確定整車允許的輸出扭矩，然后根據(jù) 該扭矩的容差，確定整車實(shí)際輸出扭矩是否在允許輸出扭矩的范圍 內(nèi)，比較l通過檢測扭矩解釋模塊得到的扭矩需求的正確性，確保 實(shí)際輸出扭矩不會過高；比較2:對發(fā)動機(jī)的輸出扭矩進(jìn)行檢測，確保其與需求扭矩一致；比較3:對電機(jī)的輸出扭矩進(jìn)行檢測，確保其與需求扭矩一致。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于如果比較l、 2、 3失敗，則混合動力安全監(jiān)控控制器(11)進(jìn)入故障模式。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于還包括比較4， 確保在故障模式下，整車的實(shí)際輸出扭矩一定在允許輸出扭矩的范 圍內(nèi)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6或7或8所述的方法，其特征在于混合 動力控制器(12)及發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(8)具有自己的錯誤檢測系統(tǒng)， 混合動力控制器(12)主要檢測混合動力電機(jī)、電池故障等，發(fā)動 機(jī)管理系統(tǒng)(8)主要檢測油門踏板信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號等。如果混合動力控制器(12)或發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(8)檢測到任何故障，則 其進(jìn)入故障模式。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于發(fā) 動機(jī)管理系統(tǒng)包括扭矩解釋模塊，其根據(jù)油門踏板信號及發(fā)動機(jī)的 轉(zhuǎn)速確定扭矩需要參數(shù)，然后與巡航控制扭矩需求參數(shù)進(jìn)行比較取 兩者中的大值，再確定駕駛者需求扭矩，最后考慮怠速控制對需求 扭矩的影響，將該扭矩與駕駛者需求扭矩相加得到整車需求扭矩。
11、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于外部輸入包括 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、油門踏板信號及發(fā)動機(jī)催化劑溫度。
12、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于整車實(shí)際輸出 扭矩由發(fā)動機(jī)實(shí)際輸出扭矩與電機(jī)實(shí)際輸出扭矩相加得到。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于混合動力汽車動力總成輸出扭矩安全監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，用于防止整車輸出扭矩的意外增大或減小，為混合動力系統(tǒng)的各個模塊提供比較可靠的保護(hù)，確?；旌蟿恿ο到y(tǒng)能夠安全的進(jìn)行工作。本安全監(jiān)控系統(tǒng)的扭矩監(jiān)控涉及三個主要控制器混合動力控制單元、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)及混合動力安全監(jiān)控系統(tǒng)，對整車實(shí)際輸出扭矩、電機(jī)實(shí)際輸出扭矩及發(fā)動機(jī)實(shí)際輸出扭矩分別進(jìn)行了監(jiān)控。對于整車實(shí)際輸出扭矩，分為在正常模式及故障模式的監(jiān)控，正常模式下對整車實(shí)際輸出扭矩的監(jiān)控確保了扭矩解釋的正確性，而在故障模式下對整車實(shí)際輸出扭矩監(jiān)控是為了限制實(shí)際輸出扭矩。
文檔編號B60W20/00GK101157360SQ200710145920
公開日2008年4月9日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者孫玉玲, 江兆周 申請人:奇瑞汽車有限公司