本發(fā)明涉及汽車控制領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種混合動力汽車控制系統(tǒng)及整車控制器。

背景技術(shù)：

汽車工業(yè)的發(fā)展面臨著能源危機(jī)和環(huán)境污染兩個重大制肘，新能源汽車的研發(fā)是克服這兩個問題的有效措施之一。全球?qū)Σ煌问降男履茉雌囈延休^為廣泛的研究，相對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動汽車，混合動力汽車具有諸多顯著的優(yōu)勢，它既繼承了石油燃料發(fā)動機(jī)高輸出功率的長處，彌補(bǔ)了純電動汽車?yán)m(xù)駛里程短的不足，又發(fā)揚(yáng)了純電動汽車作為“綠色汽車”節(jié)能和低排放的優(yōu)點(diǎn)，顯著改善了整車燃油經(jīng)濟(jì)性能和排放性能。

一般來說，混合動力系統(tǒng)中存在兩個或兩個以上動力源，不同的動力源按照動力系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)方式可以分為串聯(lián)，并聯(lián)和混聯(lián)三類。在不同的聯(lián)結(jié)方式中，動力總成的控制并不是發(fā)動機(jī)控制、電機(jī)控制及傳動系統(tǒng)控制等的簡單疊加，而是需要根據(jù)車輛行駛工況的變化，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)、電機(jī)和傳動系統(tǒng)的最佳配合，并且保持電池運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化，從而達(dá)到整車性能的最佳狀態(tài)。

混合動力汽車控制系統(tǒng)及整車控制器的設(shè)計(jì)是決定混合動力汽車各項(xiàng)性能的關(guān)鍵因素。

現(xiàn)有技術(shù)中，申請?zhí)枮?201310407606.2、名稱為“用于汽車的混合動力系統(tǒng)、混合動力車及其控制方法”的專利申請，提供一種用于汽車的混合動力系統(tǒng)及其控制方法，系統(tǒng)采用雙電機(jī)的混合動力結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在汽車換檔時通過控制器控制后驅(qū)電機(jī)驅(qū)動車輛行駛，避免汽車在汽車換檔時動力中斷，從而保證到了車輛行駛的平順性，也提高了行駛過程中的平均速度。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：采用雙電機(jī)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)復(fù)雜度較高，控制難度較大，而且增加成本。對于控制方法方面，專利只涉及控制系統(tǒng)的應(yīng)用層，并且該方法只適用于特定形式的混合動力系統(tǒng)，系統(tǒng)柔性度較小。

又例如，在申請?zhí)枮?201220285809.X、名稱為“一種混合動力車輛能量管理系統(tǒng)”的專利申請中。其混合動力系統(tǒng)采用單軸并聯(lián)的混合動力結(jié)構(gòu)，整車控制單元HCU通過GPRS模塊與遠(yuǎn)端服務(wù)器通信，提供一種遠(yuǎn)程工況數(shù)據(jù)采集與分析及參數(shù)標(biāo)定功能，克服現(xiàn)有技術(shù)中混合動力車輛能量管理策略系統(tǒng)無法適應(yīng)車輛實(shí)際工況動態(tài)變化不足的缺點(diǎn)，提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：整車控制對實(shí)時性要求較高，GPRS無線通信實(shí)時性較慢，會影響整車的整體性能，另外該能量管理方法主要應(yīng)用于固定行駛線路的車輛，而對于行駛線路自由的乘用車不是很實(shí)用，且產(chǎn)業(yè)化的可能性較小。

又例如，在申請?zhí)枮?201410756049.X、名稱為“一種串聯(lián)式混合動力電動車能量管理系統(tǒng)及方法”的專利申請中。其管理方法可以提升串聯(lián)式混合動力的可靠性、安全性及智能化程度。但該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：該混合動力能量管理策略系統(tǒng)及方法涉及串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)及其整車控制軟件應(yīng)用層的思想，因此只適用于特定的串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，不能對其他聯(lián)結(jié)形式的混合動力提供參考。

總之，現(xiàn)有技術(shù)中，一方面，根據(jù)車輛行駛工況的變化來實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)、電機(jī)和傳動系統(tǒng)的最佳配合，并且保持電池運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化，是業(yè)內(nèi)研發(fā)的核心目標(biāo)，也是難點(diǎn)所在。另一方面，目前針對不同的混合動力聯(lián)結(jié)方式，混合動力汽車控制系統(tǒng)及整車控制器均不相同，對于汽車開發(fā)企業(yè)來說，這需要管理多個版本的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)集成度不高、柔性差，難以實(shí)現(xiàn)各平臺的整合。

因此，業(yè)內(nèi)研發(fā)人員期望獲得一種能穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)、電機(jī)和傳動系統(tǒng)的最佳配合，同時整合各種聯(lián)結(jié)形式、可靈活應(yīng)用于各種平臺的混合動力汽車控制系統(tǒng)及其整車控制器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的在于提供一種整車控制器，其能穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)、電機(jī)和傳動系統(tǒng)的最佳配合。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案如下：

一種用于混合動力汽車的整車控制器，包括：傳感器處理單元，用于采集混合動力汽車的第一運(yùn)行參數(shù)集；通信接口單元，用于與混合動力汽車的至少一控制子系統(tǒng)交互信息，以獲取第二運(yùn)行參數(shù)集以及輸出控制信號集；微處理器，用于結(jié)合第一、第二運(yùn)行參數(shù)集生成控制信號集；其中，該至少一控制子系統(tǒng)基于控制信號集對混合動力汽車的動力總成進(jìn)行控制。

優(yōu)選地，整車控制器還包括執(zhí)行器驅(qū)動單元，用于根據(jù)控制信號集控制混合動力汽車的行駛輔助系統(tǒng)和/或部件。

優(yōu)選地，微處理器包括：信號處理及故障初步分析模塊，其針對第一運(yùn)行參數(shù)集進(jìn)行信號處理及故障初步分析，以確定汽車運(yùn)行參數(shù)信息和/或汽車故障信息；故障診斷及安全控制單元，其基于汽車故障信息對混合動力汽車的至少一控制子系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷；混合動力工作模式確定單元，其基于故障診斷及安全控制單元的輸出結(jié)果以及汽車運(yùn)行參數(shù)信息確定混合動力汽車的動力總成的工作模式；以及系統(tǒng)部件控制單元，其基于混合動力工作模式確定單元的輸出結(jié)果以及汽車運(yùn)行參數(shù)信息生成控制信號集。

優(yōu)選地，故障診斷及安全控制單元、混合動力工作模式確定單元以及系統(tǒng)部件控制單元的工作優(yōu)先級依次降低。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種混合動力汽車控制系統(tǒng)，其既能穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)、電機(jī)和傳動系統(tǒng)的最佳配合，又可整合各種動力聯(lián)結(jié)形式、靈活應(yīng)用于各種平臺。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供另一技術(shù)方案如下：

一種混合動力汽車控制系統(tǒng)，包括上述的整車控制器、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、以及電池管理系統(tǒng)，其中整車控制器配置成：與發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，以獲取發(fā)動機(jī)運(yùn)行信息并輸出發(fā)動機(jī)控制信號；與電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，以獲取電機(jī)運(yùn)行信息并輸出電機(jī)控制信號；與電池管理系統(tǒng)進(jìn)行交互，以獲取電池運(yùn)行信息。

本發(fā)明所提供的整車控制器及以其實(shí)現(xiàn)的混合動力汽車控制系統(tǒng)集成度高、柔性良好，能穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)、電機(jī)和傳動系統(tǒng)的最佳配合，同時整合各種聯(lián)結(jié)形式、可靈活應(yīng)用于各種平臺的混合動力汽車控制系統(tǒng)。

此外，依照本發(fā)明的實(shí)施例可首先保證混合動力汽車的安全性、迅速診斷多種故障、消除駕駛員的顧慮。當(dāng)系統(tǒng)資源足夠的情況下，可使混合動力汽車達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。

附圖說明

圖1示出本發(fā)明第一實(shí)施例提供的用于混合動力汽車的整車控制器的模塊圖。

圖2示出本發(fā)明第二實(shí)施例提供的用于混合動力汽車的整車控制器的微處理器的模塊圖。

圖3示出整車控制器與混合動力汽車的多個控制子系統(tǒng)進(jìn)行交互的示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種用于混合動力汽車的整車控制器10，其包括：傳感器處理單元101、微處理器102、通信接口單元103以及執(zhí)行器驅(qū)動單元104。

其中，傳感器處理單元101采集混合動力汽車的第一運(yùn)行參數(shù)集；通信接口單元103與混合動力汽車的至少一控制子系統(tǒng)交互信息，以獲取第二運(yùn)行參數(shù)集以及輸出控制信號集；微處理器102結(jié)合第一、第二運(yùn)行參數(shù)集生成控制信號集。

混合動力汽車的控制子系統(tǒng)包括但不限于：發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)和/或變速箱控制系統(tǒng)等。這些控制子系統(tǒng)基于整車控制器10最終輸出的控制信號集對混合動力汽車的動力總成進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，整車控制器10還可包括執(zhí)行器驅(qū)動單元104。執(zhí)行器驅(qū)動單元104根據(jù)微處理器102傳來的控制信號集對混合動力汽車的行駛輔助系統(tǒng)和/或部件進(jìn)行控制。

其中，行駛輔助系統(tǒng)和/或部件例如包括故障指示燈、繼電器、冷卻風(fēng)扇控制器、冷卻水泵控制器等。

具體地，傳感器處理單元101采集多個傳感器信號，這些傳感器信號組成本文所述的第一運(yùn)行參數(shù)集。第一運(yùn)行參數(shù)集可以包括加速踏板位置信號；制動踏板位置信號；以及離合器位置信號（自動排擋混合動力汽車不具有離合器位置信號）這些模擬信號中的任一個或任多個，也可包括其他數(shù)字信號，諸如ACC開關(guān)信號、Run/crank信號等。這些各種信號能夠由分設(shè)于車身各個位置的模擬信號傳感器或數(shù)字信號傳感器來采集，這些模擬信號傳感器或數(shù)字信號傳感器組成傳感器處理單元101。

通信接口單元103與混合動力汽車的多個控制子系統(tǒng)交互信息。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的一種具體實(shí)現(xiàn)，通信接口單元103可實(shí)現(xiàn)為基于CAN總線的收發(fā)電路，其基于微處理器102的輸出向整車控制器10外部輸出控制信號集；以及接收外部輸入的第二運(yùn)行參數(shù)集。

結(jié)合圖3，通信接口單元103（圖3未示出）通過CAN總線與發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)301、電機(jī)控制系統(tǒng)302、電池管理系統(tǒng)303以及變速箱控制系統(tǒng)304（手動排擋混合動力汽車可不設(shè)變速箱控制系統(tǒng)）等混合動力汽車的控制子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。其中，發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)301控制發(fā)動機(jī)201的運(yùn)行并可獲得其運(yùn)行參數(shù)，電極控制系統(tǒng)302控制電機(jī)202的運(yùn)行并可獲得其運(yùn)行參數(shù)，電池管理系統(tǒng)303管理動力電池203的運(yùn)行并可獲得其運(yùn)行參數(shù)，以及，變速箱控制系統(tǒng)304控制變速箱204的運(yùn)行并可獲得其運(yùn)行參數(shù)。

通信接口單元103接收的第二運(yùn)行參數(shù)集可以包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)、電池SOC參數(shù)、電機(jī)運(yùn)行參數(shù)、車速參數(shù)等。

通信接口單元103輸出的控制信號集可以包括關(guān)于轉(zhuǎn)矩分配策略的控制信號、關(guān)于（混合動力）模式切換過程控制策略的控制信號，也可以包括針對發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)301、電機(jī)控制系統(tǒng)302、電池管理系統(tǒng)303、或變速箱控制系統(tǒng)304的其他控制信號。

執(zhí)行器驅(qū)動單元104可實(shí)現(xiàn)為功率驅(qū)動電路和/或保護(hù)電路，以驅(qū)動相關(guān)的系統(tǒng)或部件執(zhí)行相應(yīng)動作。

該第一實(shí)施例中，微處理器102為整車控制器的核心單元。其結(jié)合第一、第二運(yùn)行參數(shù)集進(jìn)行邏輯運(yùn)算，生成控制信號集。

進(jìn)一步地，控制信號集可以包括第一子集和第二子集，第一子集經(jīng)由通信接口單元103輸出到混合動力汽車的各控制子系統(tǒng)，以便對動力總成進(jìn)行控制。第二子集向執(zhí)行器驅(qū)動單元104傳遞，以便對混合動力汽車的行駛輔助系統(tǒng)和/或部件進(jìn)行控制。

整車控制器的主要功能是獲取加速踏板或制動踏板信號，并且從總線中獲得車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、電池SOC等信息，按照一定的控制規(guī)則，通過CAN總線通訊直接或間接協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)及變速箱控制系統(tǒng)等混合動力汽車的控制子系統(tǒng)進(jìn)行工作。通過對動力系統(tǒng)各個部件的轉(zhuǎn)速、扭矩、功率等參數(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使混合動力車輛運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

上述整車控制器系統(tǒng)集成度高、柔性良好，并能穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)、電機(jī)和傳動系統(tǒng)的最佳配合，同時整合各種聯(lián)結(jié)形式、可靈活應(yīng)用于各種平臺的混合動力汽車控制系統(tǒng)。

如圖2所示，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種用于混合動力汽車的整車控制器的微處理器。該微處理器一般包括信號處理及故障初步分析模塊1020、故障診斷及安全控制單元1021、混合動力工作模式確定單元1022以及系統(tǒng)部件控制單元1023。為說明的方便起見，傳感器處理單元、通信接口單元以及執(zhí)行器驅(qū)動單元在圖2中并未示出。

信號處理及故障初步分析模塊1020針對第一運(yùn)行參數(shù)集進(jìn)行信號處理及故障初步分析，以確定汽車運(yùn)行參數(shù)信息和/或汽車故障信息。故障診斷及安全控制單元1021基于汽車故障信息對混合動力汽車的至少一控制子系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。混合動力工作模式確定單元1022基于故障診斷及安全控制單元1021的輸出結(jié)果以及汽車運(yùn)行參數(shù)信息確定混合動力汽車的動力總成的工作模式。系統(tǒng)部件控制單元1023基于混合動力工作模式確定單元1022的輸出結(jié)果以及汽車運(yùn)行參數(shù)信息生成控制信號集。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，故障診斷及安全控制單元1021、混合動力工作模式確定單元1022以及系統(tǒng)部件控制單元1023的工作優(yōu)先級依次降低。

具體地，故障診斷及安全控制單元1021是優(yōu)先級最高的管理單元，其主要功能是對混合動力控制系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷并針對整車故障及時進(jìn)行保護(hù)處理；混合動力工作模式確定單元1022的優(yōu)先級其次，其主要功能是確定混合動力汽車的動力總成的工作模式；而系統(tǒng)部件控制單元1023為優(yōu)先級較低的管理單元，其主要功能主要包括生成控制信號集，控制信號集可至少體現(xiàn)整車能量管理策略和動態(tài)過程控制策略兩個方面。

上述工作優(yōu)先級的設(shè)置，可首先以最大系統(tǒng)資源對混合動力控制系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷及相應(yīng)的保護(hù)處理；在此之后，以剩余的系統(tǒng)資源來考慮混合動力汽車的動力總成的工作模式；隨之，再以剩余的系統(tǒng)資源具體體現(xiàn)整車能量管理策略和動態(tài)過程控制策略。這種漸進(jìn)式的邏輯運(yùn)算可首先保證混合動力汽車的安全性、迅速診斷多種故障、消除駕駛員的顧慮。當(dāng)系統(tǒng)資源足夠的情況下，上述工作優(yōu)先級設(shè)置又能實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)、電機(jī)和傳動系統(tǒng)的最佳配合，使混合動力汽車達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。

系統(tǒng)部件控制單元1023生成控制信號集，經(jīng)由總線（圖2未示出）傳送到混合動力汽車的多個控制子系統(tǒng)30，諸如發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、變速箱控制系統(tǒng)等。該多個控制子系統(tǒng)隨后可以閥控制信號、電流控制信號等形式將控制命令發(fā)送到混合動力傳動系統(tǒng)31，混合動力傳動系統(tǒng)31最終實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)、電機(jī)等動力總成部件的控制。

如上述第一實(shí)施例，混合動力傳動系統(tǒng)31中可設(shè)置部分傳感器，以便采集混合動力汽車的第一運(yùn)行參數(shù)集。

在本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)中，可將一些功能兼容且通用的功能模塊做成數(shù)據(jù)庫，在程序設(shè)計(jì)中直接調(diào)用。從而，對于不同構(gòu)型的混合動力系統(tǒng)，能量管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就主要集中在動態(tài)過程控制和能量分配等功能模塊，并且軟件功能模塊開發(fā)可采用基于模型開發(fā)的方式，即在Matlab/Simulink軟件中建立控制模型,經(jīng)過仿真測試后，將模型生成C代碼，與底層驅(qū)動程序集成，再下載到整車控制器硬件。

此外，為了達(dá)到兼容多種結(jié)構(gòu)形式的混合動力系統(tǒng)的目的，在混合動力整車控制器的硬件設(shè)計(jì)方面，可將整車控制器的硬件設(shè)計(jì)成為兼容的硬件，即根據(jù)混合動力系統(tǒng)的控制需求，綜合考慮串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)等混合動力的聯(lián)結(jié)形式，從而可開發(fā)出滿足多種構(gòu)型、各種平臺的整車控制器。

本發(fā)明第三實(shí)施例提供一種混合動力汽車控制系統(tǒng)，其包括上述第一或第二實(shí)施例中的整車控制器、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、以及電池管理系統(tǒng)。

其中，整車控制器配置成：與發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，以獲取發(fā)動機(jī)運(yùn)行信息并輸出發(fā)動機(jī)控制信號；與電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，以獲取電機(jī)運(yùn)行信息并輸出電機(jī)控制信號；與電池管理系統(tǒng)進(jìn)行交互，以獲取電池運(yùn)行信息。

進(jìn)一步地，在自動排擋混合動力汽車中，混合動力汽車控制系統(tǒng)還包括變速箱控制系統(tǒng)，整車控制器與變速箱控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，以獲取擋位信息并輸出換擋指令。

結(jié)合圖3，混合動力汽車控制系統(tǒng)還可包括儀表系統(tǒng)40，整車控制器與儀表系統(tǒng)40進(jìn)行交互，以向乘客指示混合動力汽車的行駛狀態(tài)?；旌蟿恿ζ嚳刂葡到y(tǒng)也可包括車身控制器，車身控制器通過總線與發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、變速箱控制系統(tǒng)等進(jìn)行交互，以便控制車身的穩(wěn)定與平衡。

對于汽車電控系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)來說，本發(fā)明提高了混合動力汽車控制系統(tǒng)的開發(fā)效率，并且可以達(dá)到集成管理不同構(gòu)型、不同平臺混合動力車型的開發(fā)的目的，甚至可以移植到純電動汽車及其他新能源車輛的開發(fā)。

上述說明僅針對于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不在于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可作出各種變形設(shè)計(jì)，而不脫離本發(fā)明的思想及附隨的權(quán)利要求。