一种基于状态管理的增程式电动汽车控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种基于状态管理的增程式电动汽车控制方 法。
【背景技术】
[0002] 目前纯电动汽车续驶里程短是困扰纯电动汽车大面积推广的主要因素之一，不同 公司推出了不同的解决方案，整车配置增程器（即发动机-发电机组成的发电机组，下同） 以解决纯电动汽车续驶里程不足的问题成为整车厂采取的技术手段之一，在市场现有产 品中，雪佛兰Volt和宝马i3 (增程版）是增程式纯电动汽车的典型代表，两者均采用"增程 技术"，以发动机带动发电机发电为整车驱动提供电能。
[0003] 增程器、MCU(即电机控制器，下同）、D⑶C(直流电源，下同）等多个不同的高压用 电部件工作需要进行严格时序管理。
[0004] 增程器独立于整车驱动系统，增程器工作点的选择影响整车舒适性及经济性，本 申请确定了增程器工作点选取应遵循的原则；增程器的工作涉及V⑶、E⑶及G⑶三个控制 器，本申请根据电池当前状态及增程器故障级别定义了增程器工作状态，规定了增程器工 作过程中的各个工作模式，描述了发电过程中的工作点切换控制方法，通过区分和定义增 程器工作状态、工作模式及切换方式V⑶可以协调控制E⑶、G⑶合理、准确工作，有利于整 车集成设计。
[0005] 在目前现有的产品中，各整车厂因其资源不同其采用的技术方案各有不同，控制 策略大致分为两种：一种采用集成控制方案，将各控制功能集成于VCU，由VCU完成对整车 上下电时序及各控制器等的管理；二是采用独立式设计，V⑶、E⑶及G⑶等控制器独立设 计、各司其职，通过严格的时序管理对各控制器进行管理，规定不同状态下不同控制器的工 作要求，以满足整车对各功能的控制需求。
[0006] 上述第一种技术方案，其集成度高便于管理，但技术难度较大成本较高；第二种技 术方案相对灵活，可以采用更为广泛、优秀的资源进行集成设计，可以减少不必要的研发、 生产投入，以降低整车成本。
[0007] 本申请拟采用第二种技术方案，在此架构下，采用状态机的模式定义每一个状态 下各控制器动作，以实现整车的安全、可靠运行；通过规定增程器工作状态、工作模式及工 作点切换方法V⑶可以有效、合理的协调E⑶、G⑶的工作。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于状态管理的增程式电动 汽车控制方法，以理清整车与高压用电器件之间的交互关系，建立基于状态机管理机制的 控制方法，规范整车高压上下电及用电器件的工作时序，有效规避高压部件不正确启动、工 作对整车高压系统部件造成的冲击，避免可能发生的继电器粘连及预充电电阻烧毁等故 障。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
[0010] 本申请着重阐述：1)整车各工作状态下的增程器等各高压用电部件的控制策略、 整车上下电时序及协同工作机制；2)增程器的工作点选择、工作状态的区分、工作模式的 定义及工作点的切换方法。从而有效解决增程式电动汽车VCU对整车高压上、下电管理问 题，同时实现V⑶对E⑶、G⑶的协调控制。
[0011] 1整车时序控制方法
[0012] 整车控制器V⑶作为一级控制器置于顶层，负责协调发动机控制器E⑶、驱动电机 控制器MCU、发电机控制器GCU及电池管理系统BMS等子系统控制器。
[0013] 各子系统控制器与V⑶之间通过CAN总线进行信息交互，以告知各系统状态。整 车实行过程管理，从使用角度将整车分为行车和慢充两种工况，在每一工况下将整车的过 程分为若干步，对每一步进行状态管理，以保证车辆安全、可靠。
[0014] 图2所示为整车行车工况过程管理。
[0015] SteplO:各控制器在接收到唤醒信号后开始初始化工作，初始化完成后向总线广 播各自状态，VCU根据各控制器状态判定是否进行高压上电工作，若无故障可以进行高压上 电，则向CAN总线广播Step20,各相关控制器读到该状态值即进行上电工作；若判定无法进 行高压上电，则向CAN总线广播Step70,各控制器进行存档工作；
[0016] Step20 :V⑶在该状态下先闭合负极继电器，BMS读到该状态值则按照逻辑先闭合 预充继电器，预充电过程结束后再闭合正极继电器，VCU通过判断各高压用电器件故障状 态，若无影响高压上电故障，则认为高压上电成功，向CAN总线广播Step30 ;若存在影响高 压上电故障，则认为高压上电未成功，向CAN总线广播Step60,进行高压下电工作；
[0017] Step30 :VCU在该状态下判定是否存在影响行车的故障，若有则向CAN总线广播 St印60,进行高压下电工作；若无则向CAN总线广播Step40,允许各高压用电部件开始工 作；
[0018] St印40 :MCU执行V⑶指令开始待机、驱动或制动工作；G⑶、E⑶执行V⑶指令进 行暖机、发电等工作；DC/DC执行VCU使能指令开始工作或关闭；空调系统执行VCU指令开 始工作或关闭；各系统向VCU通告其各自状态，档接收到IG off或者出现严重故障时，VCU 向CAN总线广播Step50,告知各高压用电器件进入零功率工况；
[0019] St印50 :]?(^、6(^4(^、0(：/0(：、空调系统等高压用电部件执行￥(^零功率指令，￥(^ 在收到高压母线电流低于某一值时向CAN总线广播Step60,告知BMS进入下电；
[0020] St印60 :BMS读到该状态值按照控制逻辑先断开正极继电器，然后V⑶断开负极继 电器，并向CAN总线广播Step70,告知各控制器进行存档；
[0021] St印70 :各控制器存档，完成后向V⑶告知其状态，然后下电，V⑶接收不到各控制 状态更新后判定各控制器存档完成，VCU下电。
[0022] 驾驶员启动车辆，同时开启增程器等系统，驾驶员操作与执行结果如图3所示。
[0023] 2增程器控制策略
[0024] 增程器包含发动机和发电机两大部件，V⑶控制发动机E⑶和发电机G⑶协调工 作，根据上述思想，V⑶需要严格控制E⑶及G⑶的工作状态，保证增程器的工作安全、可靠。
[0025] 2. 1增程器工作模式
[0026] 将V⑶协调E⑶及G⑶两者工作过程分为四种工作模式：启动模式、待机模式、发 电模式及停机模式，根据不同的模式及相应指令可以控制发动机、发电机准确工作。本发明 所用发动机ECU控制方法为转矩控制，发电机控制方法为转速控制，在相应模式下ECU、GCU 所执行的动作指令及执行结果如下表所示：
[0027] 表1增程式工作模式、动作指令及执行结果 [0028]
【主权项】
1. 一种基于状态管理的增程式电动汽车控制方法，其特征在于：所述方法包括整车时 序控制和增程器控制两个部分。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述整车时序控制，包括作为一级控制器 置于顶层的整车控制器VCU和置于底层的子系统，所述子系统包括协调发动机控制器ECU、 驱动电机控制器MCU、发电机控制器GCU和电池管理系统BMS。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述子系统控制器与所述VCU之间通过 CAN总线进行信息交互，所述整车时序控制实行整车行车工况过程管理，将整车分为行车和 慢车两种工况，在每一工况下将整车的过程分为若干步，对每一步进行状态管理。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述整车行车工况过程管理包括以下步 骤： 步骤SteplO,各控制器在接收到唤醒信号后开始初始化工作，初始化完成后向总线传 递各自状态，VCU根据各控制器状态判定是否进行高压上电工作，若无故障进行高压上电， 则向CAN总线传递步骤Step20,各相关控制器接收该状态值即进行上电工作；若判定无法 进行高压上电，则向CAN总线传递步骤Step70,各控制器进行存档工作； 步骤Step20, VCU在该状态下先闭合负极继电器，BMS读到该状态值则按照逻辑先闭 合预充继电器，预充电过程结束后再闭合正极继电器，VCU通过判断各高压用电器件故障 状态，若无影响高压上电故障，则认为高压上电成功，向CAN总线传递步骤Step30 ;若存在 影响高压上电故障，则认为高压上电未成功，向CAN总线传递步骤Step60,进行高压下电工 作； 步骤Step30, VCU在该状态下判定是否存在影响行车的故障，若有则向CAN总线传递步 骤Step60,进行高压下电工作；若无则向CAN总线传递步骤Step40,允许各高压用电部件开 始工作； 步骤Step40, MCU执行V⑶指令开始待机、驱动或制动工作；G⑶、E⑶执行V⑶指令进 行暖机和发电工作；DC/DC执行VCU使能指令开始工作或关闭；空调系统执行VCU指令开始 工作或关闭；各系统向VCU通告其各自状态，当接收到IG off或者出现严重故障时，VCU向 CAN总线传递步骤Step50,告知各高压用电器件进入零功率工况； 步骤Step50，MCU、G⑶、E⑶、DC/DC、空调系统等高压用电部件执行V⑶零功率指令，V⑶ 在收到高压母线电流低于某一值时向CAN总线传递步骤Step60,通知BMS进入下电； 步骤Step60, BMS读到该状态值按照控制逻辑先断开正极继电器，然后VCU断开负极继 电器，并向CAN总线传递步骤Step70,通知各控制器进行存档； 步骤Step70,各控制器存档，完成后向VCU告知其状态，然后下电，VCU接收不到各控制 状态更新后判定各控制器存档完成，VCU下电。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述增程器控制包括增程器工作过程控 制、增程器工作点选取和增程器工作点切换。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述增程器工作过程控制，将VCU协调 ECU及GCU两者工作过程分为四种工作模式，分别为启动模式、待机模式、发电模式及停机 模式，根据不同的模式及相应指令控制发动机、发电机工作，发动机ECU控制方法为转矩控 制，发电机控制方法为转速控制。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述增程器工作点选取为，当增程器的功 率点随着车速的升高而升高，且在低速区增程器工作点尽量贴近功率跟随模式下的功率点 以获得较好的NVH性能；选取5个点作为增程器工作点，工作点的选取兼顾低速区的舒适性 要求、中高速区的动力性要求和增程器的经济性要求；所述增程器工作点切换为减少在功 率变化点的来回切换，在各切换点增加"滞回"。
【专利摘要】本发明公开了一种基于状态管理的增程式电动汽车控制方法，所述方法包括整车时序控制和增程器控制两个部分。本申请的目的在于以理清整车与高压用电器件之间的交互关系，建立基于状态机管理机制的控制方法，规范整车高压上下电及用电器件的工作时序，有效规避高压部件不正确启动、工作对整车高压系统部件造成的冲击，避免可能发生的继电器粘连及预充电电阻烧毁等故障。
【IPC分类】B60L15-00
【公开号】CN104627016
【申请号】CN201410806717
【发明人】周炳峰, 魏跃远, 代康伟, 张兆龙, 时彪
【申请人】北京新能源汽车股份有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月22日