CN102774377B - 混合动力汽车扭矩监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力汽车扭矩监控系统，该扭矩监控系统包括整车控制器、发动机控制器、以及电机控制器，所述发动机控制器包括发动机扭矩监控模块，所述电机控制器包括电机扭矩监控模块，其中，所述发动机扭矩监控模块采集发动机实际扭矩，并将所采集的扭矩与所述发动机允许扭矩信号所指示的允许扭矩进行比较，以对发动机实际扭矩进行监控，所述电机扭矩监控模块采集电机实际扭矩，并将所采集的扭矩与所述电机允许扭矩信号所指示的电机允许扭矩进行比较，以对电机实际扭矩进行监控。本发明所提供的汽车扭矩监控系统可有效保障行车安全。

Description

混合动力汽车扭矩监控系统

技术领域

本发明涉及混合动力汽车，尤其涉及混合动力汽车的扭矩监控。

背景技术

将电机和发动机合理地结合在一起的混合动力汽车能够实现怠速停机、电机启动、智能充电、再生制动、电机助力、电动爬行等混和动力功能，具有低油耗、续驶里程长、技术成熟度高等优点。

混合动力汽车的动力生成与传输通常由发动机、混和动力电机、高压动力电池、变速箱等一系列部件达成。借由这些部件之间的良好匹配和优化控制，可在避免内燃机动力和电动力各自的不足的同时充分发挥它们的优势。

发动机和混合动力电机是混合动力汽车的两个动力源。整车控制器(HCU)是整车控制的核心，其控制发动机管理系统(EMS)和电机控制器(MCU)，进而控制发动机和电机的扭矩。作为发出扭矩请求指令的控制单元，整车控制器必须被保持在安全可靠的工作状态。

现有技术中，常常是由整车控制器分别通过发动机控制器和电机控制器来监测电机和发动机的实际扭矩。如公开号为CN101066674A的我国专利，便公开了这样的扭矩控制安全监控系统的架构及系统。但实际应用中，发现这种结构一是结构不清楚，再就是在某些情况下可能发生整车控制器无法通过电机控制器和发动机控制器监控到发动机和电机实际扭矩的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种混合动力汽车扭矩监控系统，可有效解决上述问题。本发明提供的混合动力汽车的扭矩监控系统，包括生成发动机扭矩信号、电机扭矩信号、发动机允许扭矩信号、以及电机允许扭矩信号的整车控制器，接收所述发动机扭矩信号并根据该信号使发动机实现相应的扭矩的发动机控制器，以及接收所述电机扭矩信号并根据该信号使电机实现相应的扭矩的电机控制器，所述发动机控制器包括发动机扭矩监控模块，所述电机控制器包括电机扭矩监控模块，其中，所述发动机扭矩监控模块采集发动机实际扭矩，并将所采集的扭矩与所述发动机允许扭矩信号所指示的允许扭矩进行比较，以对发动机实际扭矩进行监控，所述电机扭矩监控模块采集电机实际扭矩，并将所采集的扭矩与所述电机允许扭矩信号所指示的电机允许扭矩进行比较，以对电机实际扭矩进行监控。

优选地，本发明提供的监控系统中，所述发动机扭矩监控模块在所采集的扭矩比所述发动机允许扭矩信号所指示的允许扭矩大第一预定数值时，发送使发动机扭矩降低的控制信号。

优选地，本发明提供的监控系统中，所述发动机扭矩监控模块在所采集的扭矩比所述发动机允许扭矩信号所指示的允许扭矩大第一预定数值时，发送使发动机扭矩降为0的控制信号。

优选地，本发明提供的监控系统中，所述电机扭矩监控模块在所采集的扭矩比所述电机允许扭矩信号所指示的允许扭矩大第二预定数值时，发送使电机扭矩降低的控制信号。

优选地，本发明提供的监控系统中，所述整车控制器包括整车扭矩处理模块和整车扭矩安全模块，其中所述整车扭矩处理模块计算发动机扭矩和电机扭矩并依据所计算的发动机扭矩生成发动机扭矩信号，依据所计算的电机扭矩生成电机扭矩信号，所述整车扭矩安全模块计算发动机允许扭矩并依据所计算的发动机允许扭矩生成发动机允许扭矩信号，及计算电机允许扭矩并依据其生成电机允许扭矩信号。

优选地，本发明提供的监控系统中，所述发动机控制器还包括发动机扭矩处理模块和发动机扭矩限制模块，所述发动机扭矩处理模块对所接收的发动机扭矩信号进行滤波，而发动机扭矩限制模块以发动机允许扭矩信号来限制滤波后的发动机扭矩信号。

优选地，本发明提供的监控系统中，所述电机控制器还包括电机扭矩限制模块，用于以电机允许信号来限制所述电机扭矩信号。

优选地，本发明提供的监控系统中，所述电机为混动电机。

本发明提供的混合动力汽车的监控系统，可更为有效地实现对电机扭矩和发动机扭矩的监控，从而提供车辆的安全性。

附图说明

图1是本发明所述的混合动力汽车的扭矩监控系统的示例性结构示意图；以及

图2是本发明所述的混合动力汽车的示例性动力系统结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图进一步阐述本发明。需要说明的是，以下实施方式仅为本发明的示例性而非限制性说明。尽管参照以下的具体实施方式及其示例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解在不脱离本发明精神的情况下，依然可对本发明的具体实施方式进行修改或对部分技术特征进行等同替换，而上述修改及替换应由在本发明的权利要求所涵盖。

图1是本发明所述的混合动力汽车的扭矩监控系统示例性结构示意图。如图所示，所述系统1包括整车控制器10，发动机控制器20及电机控制器30。整车控制器10包括整车扭矩处理模块101和整车扭矩安全模块103。发动机控制器20包括发动机扭矩处理模块201、发动机扭矩限制模块203及发动机扭矩监控模块205。电机控制器30包括电机扭矩限制模块303及电机扭矩监控模块305，可选地，可包括电机扭矩处理模块301。这里需要说明的是，整车扭矩处理模块101、发动机扭矩处理模块201、电机扭矩处理模块301(如果有的的话)、以及下文描述中将会提到的发动机部件处理模块和电机部件处理模块可总称为功能层；整车扭矩安全模块103也可称为安全层；发动机扭矩限制模块203和电机扭矩限制模块303可总称为限制层；而发动机扭矩监控模块205和电机扭矩监控模块305又可总称为监控层。

整车控制器10根据整车工况和来自驾驶员的需求发出扭矩信号。发动机控制器20及电机控制器30分别根据整车控制器10发送的扭矩信号，控制发动机和电机实现期望的传动系统扭矩。

整车控制器10的扭矩处理模块101通过其扭矩请求处理单元1010接收扭矩请求信号，并对所接收的扭矩请求信号进行处理，以计算动力系统期望输出的总扭矩。该扭矩请求信号可以是发动机控制器20发送过来的加速踏板信号，作为示例，该加速踏板信号可以由发动机控制器20通过CAN总线传输给整车控制器10，而且在常规的CAN通信校验之外，该信号还可增加进一步的校验信号，如Checksum校验，以确保信号传输的正确性。

整车控制器10的扭矩请求处理单元1010根据加速踏板、制动踏板、车速、转速、档位等信息计算所需要的总扭矩。整车控制器10的扭矩分配单元1011基于发动机和电机的效率，以提高动力系统的整体效率为目标，将所计算的总扭矩分配给发动机和电机。简单地说，扭矩分配单元1011根据混动系统模式，将动力系统期望输出的总扭矩合理地分配成给发动机的扭矩和电机的扭矩，并将所分配的扭矩输送出来。在本示例中，混动系统模式可以包括关闭(OFF)、发动机冷启动、传统车模式、怠速充电系统、智能充电、电机助力、回馈制动等模式；相应地，对不同的混动系统模式，采用不同的扭矩分配方式，以将驾驶员的扭矩需求分配给发动机和电机。根据本发明的一个示例，基于扭矩分配单元1011对扭矩的分配，将用以指示分配给发动机的扭矩的发动机扭矩信号输送给发动机控制器20，将用以指示分配给电机的扭矩的电机扭矩信号送入扭矩仲裁单元1012。需要说明的是，该示例只用于示意性地说明本发明的具体实施，并不就此限定基于分配给发动机的扭矩的发动机扭矩信号必需直接由扭矩分配单元1011发送给发动机控制器20。

整车控制器10的扭矩仲裁单元1012根据车辆的自动起停、回馈制动、高压电池电量平衡等工况来仲裁电机扭矩，然后将电机扭矩信号发送到电机控制器30，以实现对电机的扭矩需求。换言之，由于电机需要实现驱动、能量回馈、发动机起停等多种功能，所以分配给电机的扭矩必需由扭矩仲裁单元1012对其进行仲裁，然后按照仲裁结果生成相应的电机扭矩信号，发送给电机。作为示例，扭矩仲裁单元1012从扭矩分配单元1011接收给电机的扭矩信号，并基于上文中提到的车辆的混动系统模式，分别从多个电机扭矩选择合适的电机扭矩以生成电机扭矩信号，再将其发送给电机控制器30。简单地说，电机扭矩的具体计算根据混动模式的不同而有所不同，例如在智能充电模式下基于效率分配的方式来分配扭矩，在电机助力模式下基于电机提供正的驱动扭矩来分配，在回馈制动模式下基于电机提供负的驱动扭矩来分配等。实际应用中，扭矩仲裁单元1012中的部分功能块，比如根据混动系统模式从多个发动机扭矩中选择合适的扭矩生成发动机扭矩信号并发送给发动机控制器的功能，也可以被集成在扭矩分配单元。

整车控制器10与发动机控制器20和电机控制器30之间可以通过CAN总线通信。在整车控制器10和发动机控制器20与电机控制器30之间传送的信号可以是涉及加速踏板、制动踏板、车速、转速、档位等信息的信号。反之，发动机控制器20可通过CAN总线向整车控制器10发送包括油门踏板位置信号、发动机转速，发动机指示扭矩、发动机摩擦扭矩、发动机最大扭矩、发动机最小扭矩等信号；电机控制器30可以通过CAN总线向整车控制器10发送电机转速、电机实际扭矩、电机温度等信号。上述信号中，油门踏板位置信号、发动机转速信号、以及发动机最小扭矩将被用在如下文所述的对发动机允许扭矩的计算中，而油门踏板位置信号、电机转速信号则被用在如下文所述的对电机允许扭矩的计算中；而其它信号也将根据需要用于整车控制器扭矩处理模块101、发动机控制器扭矩处理单元201以及电机控制器扭矩处理单元301等对扭矩的计算。需要说明的是，根据本发明，基于通过皮带连接的发动机和电机之间存在固定的速比关系，故发动机转速和电机转速可以相互转换，所以在本发明的一些示例中，以发动机信号替代电机信号来计算电机扭矩。

在整车控制器10中，整车扭矩安全模块103根据当前的发动机或电机的转速，以及加速踏板位置信号，分别计算当前工况下发动机和电机的允许扭矩，并据此生成允许扭矩信号。根据本发明的实施方式，由发动机安全单元1031根据当前的发动机转速和加速踏板位置信号计算当前工况下发动机的允许扭矩，并生成发动机允许扭矩信号；由电机安全单元1032根据当前的电机转速和加速踏板位置信号计算当前工况下电机的允许扭矩，并生成电机允许扭矩信号。该发动机允许扭矩信号发送给发动机控制器20，该电机允许扭矩信号发送给电机控制器30。优选地，所计算的发动机的允许扭矩和电机的允许扭矩均应略大于正常的扭矩，亦即不能影响正常的功能层扭矩。

以下以涉及加速踏板位置的信号为例，对图1的系统进行说明。整车控制器10在接收到加速踏板位置信号之后，在整车扭矩安全模块103中根据车辆当前的发动机转速和加速踏板的位置信号计算当前工况下允许的发动机请求扭矩(根据上下文也称作发动机允许扭矩)，根据电机转速和加速踏板的位置信号计算当前工况下允许的电机请求扭矩(根据上下文也称作电机允许扭矩)，并进一步将计算出的发动机允许扭矩和电机允许扭矩分别送往发动机控制器20和电机控制器30。

发动机控制器20接收自扭矩处理模块101发送的发动机扭矩信号以及自发动机安全单元1031发送的发动机允许扭矩信号。发动机扭矩处理模块201对所接收的发动机扭矩信号进行驾驶性滤波，以避免在急踩油门和急松油门等情况下发动机扭矩的急剧波动，从而使发动机的扭矩输出更加平稳。在发动机扭矩限制模块203，以发动机允许扭矩信号来限制经过驾驶性滤波的发动机扭矩信号，具体地说，在发动机扭矩信号所涉及的发动机扭矩小于发动机允许扭矩信号所涉及的发动机允许扭矩时，发动机控制器20以正常的扭矩信号(亦即发动机扭矩信号)来控制发动机，使其以相应的扭矩工作，而当发动机扭矩信号所涉及的发动机扭矩大于发动机允许扭矩信号所涉及的发动机扭矩时，发动机控制器20用发动机允许扭矩信号作为控制发动机的扭矩信号。根据本实施例，发动机控制器20还包括部件处理模块206，其接收发动机扭矩限制模块203输出的扭矩控制信号，并依据该信号控制相关部件，例如，控制车辆的节气门、点火角和喷油量。此外，该部件处理模块206还采集实际的进气量、点火角等信息计算发动机实际输出的扭矩。

发动机扭矩监控模块205接收自发动机安全单元1031发送的发动机允许扭矩信号，并将该允许扭矩信号所涉及的允许扭矩与发动机实际产生的扭矩进行比较。在发动机实际扭矩大于所述允许扭矩，并且发动机实际扭矩与该允许扭矩的差值达到第一预定数值时，发动机控制器20发出故障信号，使得相关功能模块或设备可进行故障处理，也可提醒操作人员；优选发动机实际扭矩与该扭矩的差值达到第一预定数值时，发动机控制器20发出故障信号，且发送使发动机扭矩降为0的控制信号给发动机。实际应用中，该第一预定数值以使实际扭矩在大于该允许扭矩时还可保障车辆安全即可，其可因具体情况而有所不同。当发动机控制器20产生扭矩监控故障时，发动机控制器20与整车控制器10的通信被中断，使得汽车进入跛行模式，亦即，整车控制器10不响应加速踏板请求，发动机维持高怠速转动，混合电机运行在发电机模式。

如在此所述的，根据本发明，整车控制器10生成扭矩信号，而发动机控制器20的发动机扭矩监控模块205对发动机的实际扭矩进行监控，不仅结构清晰，而且在整车控制器10与发动机控制器20之间出现通信故障时，依然可以实现对实际扭矩的监控。

电机控制器30自扭矩处理模块101发送的电机扭矩信号以及自电机安全单元103发送的电机允许扭矩信号。电机扭矩处理模块301对所接收的电机扭矩信号进行驾驶性滤波，以使电机的扭矩输出更加平稳；需要说明的是，当汽车为弱混合动力系统时，电机对驾驶性能的影响较小，可以取消驾驶性滤波，在这种情况下，扭矩处理模块101发送的电机扭矩信号被送往电机控制器30的电机扭矩限制模块303。在电机扭矩限制模块303，利用所接收的电机允许扭矩信号来限制电机扭矩信号。具体地说，在电机扭矩信号所涉及的电机扭矩小于电机允许扭矩信号所涉及的电机扭矩时，电机控制器30以正常的扭矩信号来控制电机扭矩，而当电机扭矩信号所涉及的电机扭矩大于电机允许扭矩信号所涉及的电机扭矩时，电机控制器20用电机允许扭矩信号作为控制电机的扭矩信号。以经过限制处理的电机扭矩信号来控制电机逆变器。电机扭矩监控模块305采集电机的转速、电流和母线电压等信号，计算电机的实际输出扭矩。扭矩监控模块305进一步比较电机实际扭矩与电机允许扭矩，并在实际扭矩大于电机允许扭矩并且实际扭矩与电机允许扭矩的差值达到第二预定数值时，产生扭矩监控故障信号，使得相关功能模块或设备可进行故障处理，也可提醒操作人员。如果电机控制器30产生扭矩监控故障信号，则整车控制器10把发送给电机控制器30的扭矩信号所涉及的扭矩降为0，同时中断与电机控制器的通信，关闭电机逆变器，而发动机控制器20正常工作，亦即，整车可以响应加速踏板请求。实际应用中，该第二预定数值以使实际扭矩在大于电机允许扭矩时还可保障车辆安全即可，其可因具体情况而有所不同。电机控制器还包括部件处理模块306，其从所述电机扭矩限制模块303接收电机控制信号，以控制电机的电压、电流、以及转速等。如在此所述的，根据本发明，整车控制器10生成扭矩信号，而电机控制器30的电机扭矩监控模块205对电机的实际扭矩进行监控，不仅结构清晰，而且在整车控制器10与电机控制器30之间出现通信故障时，依然可以实现对电机实际扭矩的监控。

根据本发明的实施例，混合动力汽车的扭矩监控系统还可以包括校验模块40。校验模块40可以被实现第一模组，第二模组，和第三模组。第一模组独立检测整车控制器中的存储部件(未图示)等，并在存储部件出现故障时，使整车控制器重新启动；第二模组检测电机控制器中的存储部件(未图示)等，并在存储部件出现故障时，使电机控制器重新启动；第三模组则通过在整车控制器和电机控制器之间的问答式的校验，以校核整车控制器和电机控制器中涉及计算的部分或部件。

综上所述，根据本发明的扭矩监控系统在发动机或电机出现扭矩意外增大时，可将这些意外增大检测出来并进行适当的故障处理，保证整车的扭矩安全，进而保证车辆及驾驶员的安全。而且根据本发明，整车控制器通过其扭矩处理模块101和扭矩安全模块103的相互配合，输出扭矩信号。发动机控制器和电机控制器则根据所接收到的扭矩信号分别实现发动机和电机的扭矩，并且分别对发动机和电机的实际扭矩进行监控。由此可见，本发明所述的混合动力汽车的扭矩监控系统，由发动机控制器和电机控制器各自对其所控制发动机和电机进行扭矩监控，不仅结构清晰，而且也避免了现有技术中可能出现的如下问题：由于整车控制器对电机和发动机的实际扭矩进行监控，导致在整车控制器与电机控制器或发动机控制器之间出现通信故障时，便无法与电机控制器或发动机控制器通信，从而无法对电机控制器或发动机控制器的驱动级进行监控。

在本发明的所有示例中，术语“电机”指代的是混动电机。术语“混动电机”是指用于混合动力汽车的电机，一般而言，其由高压电池提供能量，而该混动电机可以提供驱动扭矩，也可用于发电，以实现例如发动机自动起停功能、智能充电功能、电机辅助功能、电机回馈功能等混合动力功能。此外，整车控制器、电机控制器以及发动机控制可以分别以硬件形式实现，也可以软件方式实现在适当的硬件中，例如DSP处理器等，只需要其可以达成本发明所述功能即可。

图2为本发明所述的示例性动力系统结构示意。该图简单示意了以上所述的混合动力汽车扭矩的监控系统与汽车动力系统之间的关系。如图所示，电机4与发动机1通过皮带相连，电机和/或发动机所产生的动力通过变速箱2和主减速器3输入至车轮。电机4与电机逆变器5相连，且该两者由电池6供电。根据本发明，如图2所示，电机4与电机逆变器5，以及电机逆变器5与电池6之间分别通过高压线路(HV：high voltage)连接。电机逆变器5由电机控制器30控制，电池6由电池管理系统11控制。发动机1则通过发动机控制器20控制。变速箱2由变速箱控制器8控制。示例地，整车控制器10与发动机控制器20、变速箱控制器8、电机控制器30、以及电池管理系统11通过CAN总线60连接。整车控制器10通过CAN总线60自各控制器接收车辆状态，并发送扭矩信号给发动机控制器20和电机控制器30。

整车控制器10根据加速踏板位置、制动踏板位置、换档杆位置等输入信号，将驾驶需求最终转化为对发动机1和混动电机4的扭矩请求。在发动机1怠速时，BSG电机(Belt-driven StartedGenerator，启动发电一体电机)发电，维持整车低压用电平衡；在中小油门请求时，发动机1提供主要的驱动扭矩，BSG电机用于调节发动机工作点，提升系统效率；在大油门加速请求时，发动机1和BSG电机均提供驱动扭矩；在松开油门时，发动机停止供油，BSG电机回收整车动能给高压电池充电。

如以上结合附图1和2所示例性说明地，通过本发明所述的扭矩监控系统，可有效地对扭矩进行监控，从而保证了扭矩输出的安全性。

Claims (7)

1.一种混合动力汽车的扭矩监控系统，包括生成发动机扭矩信号、电机扭矩信号、发动机允许扭矩信号、以及电机允许扭矩信号的整车控制器，接收所述发动机扭矩信号并根据该信号使发动机实现相应的扭矩的发动机控制器，以及接收所述电机扭矩信号并根据该信号使电机实现相应的扭矩的电机控制器，其特征在于，所述发动机控制器包括发动机扭矩监控模块，所述电机控制器包括电机扭矩监控模块，其中，所述发动机扭矩监控模块采集发动机实际扭矩，并将所采集的扭矩与所述发动机允许扭矩信号所指示的允许扭矩进行比较，以对发动机实际扭矩进行监控，所述电机扭矩监控模块采集电机实际扭矩，并将所采集的扭矩与所述电机允许扭矩信号所指示的电机允许扭矩进行比较，以对电机实际扭矩进行监控，

其中，所述发动机扭矩监控模块在所采集的扭矩比所述发动机允许扭矩信号所指示的允许扭矩大第一预定数值时，发送使发动机扭矩降低的控制信号。

2.根据权利要求1所述的扭矩监控系统，其特征在于，所述发动机扭矩监控模块在所采集的扭矩比所述发动机允许扭矩信号所指示的允许扭矩大第一预定数值时，发送使发动机扭矩降为0的控制信号。

3.根据权利要求1到2中任意一个所述的扭矩监控系统，其特征在于，所述电机扭矩监控模块在所采集的扭矩比所述电机允许扭矩信号所指示的允许扭矩大第二预定数值时，发送使电机扭矩降低的控制信号。

4.根据权利要求3 所述的扭矩监控系统，其特征在于， 所述整车控制器包括整车扭矩处理模块和整车扭矩安全模块，其中所述整车扭矩处理模块计算发动机扭矩和电机扭矩并依据所计算的发动机扭矩生成发动机扭矩信号，依据所计算的电机扭矩生成电机扭矩信号，所述整车扭矩安全模块计算发动机允许扭矩并依据所计算的发动机允许扭矩生成发动机允许扭矩信号，及计算电机允许扭矩并依据其生成电机允许扭矩信号。

5.根据权利要求3所述的扭矩监控系统，其特征在于，所述发动机控制器还包括发动机扭矩处理模块和发动机扭矩限制模块，所述发动机扭矩处理模块对所接收的发动机扭矩信号进行滤波，而发动机扭矩限制模块以发动机允许扭矩信号来限制滤波后的发动机扭矩信号。

6.根据权利要求5所述扭矩监控系统，其特征在于，所述电机控制器还包括电机扭矩限制模块，用于以电机允许信号来限制所述电机扭矩信号。

7.根据权利要求3所述的扭矩监控系统，其特征在于，所述电机为混动电机。