专利名称：一种外接充电式混合动力汽车硬件系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种外接充电式混合动力汽车硬件系统及其控制方法。
背景技术：
目前，人们日益重视对环境的保护和能源的有效、合理使用。因此，高效、节能、环保 的纯电动汽车成为汽车行业发展趋势之一。混合动力汽车的电动驱动系统能做到低能耗和低 排放的目的，极具市场化前景。同时，能源短缺和环境污染是目前世界汽车工业发展遇 到的两大挑战，因此，开发使发动机排放和油耗减少的混合动力汽车和电动汽车是符 合我国现代国情的发展趋势，但现有技术中缺少相应的成熟的外接充电式混合动力汽车硬 件系统及其控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外接充电式混合动力汽车(PHEV)的硬件控制器系统及 其控制方法，此硬件控制器是实现niEV汽车纯电动模式发动机和电机混合驱动模式； 发动机单独驱动模式的硬件基础。PHEV电动汽车在纯电动模式下，静音，排放低；以 混合动力驱动模式工作，此时利用发动机输出功率工作，电池则根据需要给出能量或 存储能量；当电池组不起作用或不能使用时，以发动机单独驱动模式工作，驱动车辆 行驶。
具体技术方案如下
一种外接充电式混合动力汽车硬件系统，包括汽车的动力总成结构和汽车硬件控制系统, 其中汽车硬件控制系统包括一整车控制器VMS，其通过通讯连接并控制汽车的动力总成结构 和汽车硬件控制系统中的各部分。
所述汽车的动力总成结构包括高压动力电池，发动机，电动机，变速箱，发电机，和/ 或低压动力蓄电池，上述构件之间的连接方式采用常规方式。
所述汽车硬件控制系统包括整车控制器VMS，电机控制器，电池管理系统，之间采用通 讯连接。
所述整车控制器VMS内包括了下述功能模块主芯片电路模块，CAN通讯模块，电源管 理模块，看门狗电路，电池和电机使能驱动电路，DCDC控制器驱动电路，数字输入电路， 模拟输入电路，泵驱动输出电路。
所述整车控制器VMS通过CAN线或其他通讯方式采集整车各种信号，处理后，通过CAN 线或其他通讯方式通讯连接并控制发动机和电动机。所述整车控制器VMS通过CAN总线通讯连接电池管理单元BMS，防抱死制动系统ABS，电机控制器MCU，发动机控制器EMS。
所述电机控制器包括逆变器，其将电机400V三相交流电转换成两相的直流电压给高压动力电池充电。
一种上述外接充电式混合动力汽车硬件系统的控制方法，汽车硬件控制系统工作在4种模式下，其算法分别为
(1) 纯电动模式，当电池的荷电状态SOC在20%到100%,且电机和电池管理系统处于无故障的状态，整车控制器VMS接受油门踏板的输出电信号，处理为油门踏板的行程深度的信号，在控制策略里解释为扭矩分配，驱动电机工作；
或
(2) 发电工作模式，整车控制器VMS采集开关信号，和/或离合器信号，和/或空挡开关信号，和/或模拟信号，和/或油门踏板信号，和/或ABS的信号，判断并通过CAN和EMS之间进行通讯，控制发动机的运转，和/或将根据BMS采集到的电池状态，给电池充电；或
(3) 发动机和电机共同驱动模式，当车辆处于需要加速或需要爬坡助力等状态，整车控制器VMS采集车身上的硬件信号，根据算法，通过CAN线，给电动机和发动机发出动作指令，来实现对能量的管理和分配；
或
(4) 发动机单独驱动模式，当电池组不起作用或电池管理单元出现故障，仅以发动机单独驱动汽车以低速的形式行驶。
整车控制器VMS检测和采集钥匙开关，和/或排挡开关，和/或空调开关，和/或油门踏板，和/或真空罐的压力，和/或制动主缸的压力，和/或DCDC转换器的状态信号等的电压值，经算法处理后，驱动输出控制电机，和/或动力电池，和/或DCDC转换器，和/或刹车真空泵，和/或冷却泵，和/或冷却风扇，和/或空调压縮机工作。
整车控制器VMS采用如下算法进行控制
整车控制器VMS采集DCDC转换器的故障、电流负载信号，输出控制DCDC转换器工作DCDCEnable数字信号和输出调节DCDC输出电压12-16V的信号DCDC Set Point;或
整车控制器VMS检测刹车开关，前进，后退和空挡开关，控制PHEV车的工作状态；或
整车控制器VMS采集真空压力罐的压力值，和内部软件里设定的压力标定的值比较，同时控制驱动真空助力泵工作；或
当整车刹车制动，整车控制器VMS检测制动器主缸的油压值的变化，计算出能量回馈的大小，控制电动机发电电流的大小；或
整车控制器VMS采集油门踏板行程电压信号值，计算驱动扭矩的大小，控制电动机的驱 动电流大小；或
整车控制器VMS从CAN得到电机和高压电池的信息，确定无故障时，检査整车的安全状 态，最终发出闭合动力蓄电池主继电器闭合和电机逆变器工作的指令；或
整车控制器VMS通过外围CAN总线和ABS、 GPU、 MCU、 BMS车身控制器等进行通讯，采集 其信号并通过仪表进行显示。
图1为外接充电电动汽车(PHEV)系统结构图
图2为外接充电式混合动力汽车硬件控制系统
图中 图1
1: 400V高压电池
2:变速箱
3:电动机
4:逆变器
5:发电机
6:发动机
7:车辆控制器
8:传感器信号
9:继电器信号
10: CAN总线 图2
12: Inverter enable 13: Battery enable 14: DCDC enable 15: DCDCS争int
16:真空刹车泵
17: DC-DC Converter
18:发电机组GPU
19:高压电
20:机械连接
21: CAN
22: ABS
23: EMS
24: MCU
25: BMS
a:蓄电池正极
b:蓄电池负极 C:钥匙开关d:排挡开关e:空调开关f:刹车开关g:离合器开关h:油门踏板i:真空压力j:制动主缸压力A: VMS
Al:电源管理模块
A2:看门狗电路
A3:电池和电机使能驱动电路
A4:数字输入电路
A5:主芯片电路模块A6: DCDC控制驱动电路A7:模拟输入电路A8: CAN通讯模块A9:泵驱动输出电路
电池管理单元BMS，防抱死制动系统ABS(Antilock Brake System),电机控制器MCU，发动
机控先!j器EMS (Engine Management System)
具体实施例方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
本实施例的外接混合动力汽车硬件系统方案，包括了一种外接充电式混合动力汽车的动力总成结构(图l)及一种外接充电混合动力汽车硬件控制系统(图2)。
外接充电混合动力汽车的动力总成结构主要由整车控制器、电机控制器、发电机，高压动力电池，发动机、低压动力蓄电池(12V电池)、电机、变速箱组成。
外接充电式混合动力汽车硬件控制系统主要由整车控制器、电机控制器、电池管理系统、GPU (发动机和发电机组合单元)组成。
本硬件控制系统在整车控制器的控制下主要工作在以下4种模式
1) 纯电动模式:PHEV经常要采用纯电动模式行驶，因此与普通的混合动力汽车不同，当电池的S0C在20%到100%时，且电机和电池管理系统都处于无故障的状态时，整车控制器VMS接受油门踏板的输出电信号，解释成油门踏板的行程深度的信号，从而知道驾驶员的驱动意图，在控制策略里解释成扭矩分配，驱动电机工作。此种模式是一般的正常行使模式。
2) 发电工作模式:整车控制器VMS采集一些开关信号离合器信号,空挡开关信号，模拟信号油门踏板信号以及ABS的信号判断出驾驶员处于正常行使的状态,然后通过CAN和EMS之间进行通讯,来控制发动机的运转，同时将根据BMS采集到的电池状态，来给电池充电,充电的soc阈值在控制器中已经设定。，
3) 发动机和电机共同驱动模式当车辆需要加速或需要爬坡助力时整车控制器VMS通过釆 集一些车身上的硬件信号，比如离合器信号,排挡开关信号,制动踏板位置车速信号等，以 及通过CAN线来采集车速信号，动力电池S0C值，发动机转速，动力电池的电压和电流以 及动力电池和电机的温度信息，然后根据安全算法和扭矩分配最优算法规则，通过CAN线， 给电动机和发动机发出动作指令，来实现对能量的管理和分配。
4) 发动机单独驱动模式当电池组不起作用或者电池管理单元出现故障时，只能以发动机单 独驱动汽车以低速的形式行驶。
同时整车控制器检测和采集钥匙开关，排挡开关，空调开关，油门踏板，真空罐的压力， 制动主缸的压力，DCDC转换器的状态信号等的电压值，然后通过硬件滤波和软件算法处理后, 驱动输出控制电机，动力电池，DCDC转换器，刹车真空泵，冷却泵，冷却风扇，空调压縮机 等工作。总之，VMS控制器就是外接充电式电动车的大脑。
以下结合附图2来介绍本发明在混合动力汽车上的应用及产生的效果。
该硬件控制系统应用在外接充电式混合动力汽车上,图1为整车系统的结构图。图2为外 接充电式混合动力汽车的硬件控制系统,整车控制器VMS是本发明的核心部件,整车控制器通 过CAN总线进行通讯给电机控制器，电池管理单元，发动机和发电机组和单元下指令来实现 发电和电动模式。电机控制器包括逆变器,可以把电机400V三相交流电转换成两相的直流电 压给高压动力电池充电,发动机运转带动发电机组GPU发电即可以给高压动力电池充电也可 以直接驱动电动机运转。整车控制器采集DCDC转换器的故障、电流负载信号，输出控制DCDC 转换器工作DCDC Enable数字信号和输出调节DCDC输出电压12-16V的信号DCDC Set Point 。 整车控制器检测刹车开关，前进，后退和空挡开关来控制PHEV车的工作状态；采集真空压 力罐的压力值，和软件里设定的压力标定的值比较，同时控制驱动真空助力泵工作。当整车 刹车制动时，整车控制器检测制动器主缸的油压值的变化，计算出能量回馈的大小，从而控 制电动机发电电流的大小。同样的道理，整车控制器采集油门踏板行程电压信号值，来计算 驱动扭矩的大小，从而来控制电动机的驱动电流大小。整车控制器从CAN得到电机和高压电 池的信息，确定它们无故障时，再检査整车的安全状态，最终发出闭合动力蓄电池主继电器 闭合和电机逆变器工作的指令。整车控制器也通过外围CAN总线和ABS、 GPU、 MCU、 BMS车身 控制器等进行通讯,采集这些整车上的信号通过仪表进行显示，提醒驾驶员是否需要维修等。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制， 只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合 的，均在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种外接充电式混合动力汽车硬件系统，其特征在于，包括汽车的动力总成结构和汽车硬件控制系统，其中汽车硬件控制系统包括一整车控制器VMS，其通过通讯连接并控制汽车的动力总成结构和汽车硬件控制系统中的各部分。
2、 如权利要求1所述的外接充电式混合动力汽车硬件系统，其特征在于，所述汽车的动 力总成结构包括高压动力电池，发动机，电动机，变速箱，发电机，和/或低压动力蓄电池， 上述构件之间的连接方式采用常规方式。
3、 如权利要求l所述的外接充电式混合动力汽车硬件系统，其特征在于，所述汽车硬件 控制系统包括整车控制器VMS,电机控制器，电池管理系统，之间采用通讯连接。
4、 如权利要求1-3中任一项所述的外接充电式混合动力汽车硬件系统，其特征在于，所 述整车控制器VMS内包括了下述功能模块主芯片电路模块，CAN通讯模块，电源管理模块， 看门狗电路，电池和电机使能驱动电路，DC DC控制器驱动电路，数字输入电路，模拟输入 电路，泵驱动输出电路。
5、 如权利要求1-3中任一项所述的外接充电式混合动力汽车硬件系统，其特征在于，所 述整车控制器VMS通过CAN线或其他通讯方式采集整车各种信号，处理后，通过CAN线或其 他通讯方式通讯连接并控制发动机和电动机。
6、 如权利要求1-3中任一项所述的外接充电式混合动力汽车硬件系统，其特征在于，所 述整车控制器VMS通过CAN总线通讯连接电池管理单元BMS,防抱死制动系统ABS，电机控制 器MCU,发动机控制器EMS。
7、 如权利要求6所述的外接充电式混合动力汽车硬件系统，其特征在于，所述电机控制 器包括逆变器，其将电机400V三相交流电转换成两相的直流电压给高压动力电池充电。
8、 一种如权利要求1-7所述外接充电式混合动力汽车硬件系统的控制方法，其特征在于， 汽车硬件控制系统工作在4种模式下，其算法分别为(1) 纯电动模式，当电池的荷电状态SOC在20%到100%，且电机和电池管理系统处于 无故障的状态，整车控制器VMS接受油门踏板的输出电信号，处理为油门踏板的行 程深度的信号，在控制策略里解释为扭矩分配，驱动电机工作；或(2) 发电工作模式，整车控制器VMS采集开关信号，和/或离合器信号，和/或空挡开关信 号，和/或模拟信号，和/或油门踏板信号，和域ABS的信号，判断并通过CAN和EMS 之间进行通讯，控制发动机的运转，和/或将根据BMS采集到的电池状态，给电池充 电；或(3) 发动机和电机共同驱动模式，当车辆处于需要加速或需要爬坡助力等状态，整车控制 器VMS采集车身上的硬件信号，根据算法，通过CAN线，给电动机和发动机发出动 作指令，来实现对能量的管理和分配；或(4) 发动机单独驱动模式，当电池组不起作用或电池管理单元出现故障，仅以发动机单独 驱动汽车以低速的形式行驶。
9、 如权利要求8所述的外接充电式混合动力汽车硬件系统的控制方法，其特征在于，整 车控制器VMS检测和采集钥匙开关，和/或排挡开关，和/或空调开关，和/或油门踏板，和/ 或真空罐的压力，和域制动主缸的压力，和域DCDC转换器的状态信号等的电压值，经算 法处理后，驱动输出控制电机，和/或动力电池，和/或DCDC转换器，和/或刹车真空泵，和/ 或冷却泵，和/或冷却风扇，和/或空调压縮机工作。
10、 如权利要求8或9所述的外接充电式混合动力汽车硬件系统的控制方法，其特征在 于，整车控制器VMS采用如下算法进行控制整车控制器VMS采集DCDC转换器的故障、电流负载信号，输出控制DCDC转换器工 作DCDC Enable数字信号和输出调节DCDC输出电压12-16V的信号DCDC Set Point;或 整车控制器VMS检测刹车开关，前进，后退和空挡开关，控制PHEV车的工作状态；或整车控制器VMS采集真空压力罐的压力值，和内部软件里设定的压力标定的值比较， 同时控制驱动真空助力泵工作；或当整车刹车制动，整车控制器VMS检测制动器主缸的油压值的变化，计算出能量回馈 的大小，控制电动机发电电流的大小；或整车控制器VMS采集油门踏板行程电压信号值，计算驱动扭矩的大小，控制电动机的 驱动电流大小；或整车控制器VMS从CAN得到电机和高压电池的信息，确定无故障时，检査整车的安全 状态，最终发出闭合动力蓄电池主继电器闭合和电机逆变器工作的指令；或整车控制器VMS通过外围CAN总线和ABS、 GPU、 MCU、 BMS车身控制器等进行通 讯，采集其信号并通过仪表进行显示。
全文摘要
本发明涉及一种外接充电式混合动力汽车硬件系统及其控制方法，包括汽车的动力总成结构和汽车硬件控制系统，其中汽车硬件控制系统包括一整车控制器VMS，其通过通讯连接并控制汽车的动力总成结构和汽车硬件控制系统中的各部分，所述整车控制器VMS通过CAN线或其他通讯方式采集整车各种信号，处理后，通过CAN线或其他通讯方式通讯连接并控制发动机和电动机。
文档编号B60W20/00GK101624051SQ20091014436
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月3日 优先权日2009年8月3日
发明者张兴林 申请人:奇瑞汽车股份有限公司