一种纯电动汽车的失效跛行控制装置及失效跛行控制方法与流程

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种纯电动汽车的失效跛行控制装置及失效跛行控制方法。

背景技术：

随着能源危机和环境污染日趋严重，纯电动汽车因高效、节能及零排放的优势，逐渐成为汽车工业发展的必然趋势。相对于传统汽车，纯电动汽车增加了高压电池、驱动电机等高压部件，其电气和电控系统更加复杂。当纯电动汽车关键总成故障时，不仅要保证车辆及驾乘人员的安全，保证关键总成部件尽可能不损坏，还要有相应的跛行功能保证车辆能尽快从危险区域驶离或行驶到附近的汽车修理厂。

由于与传统汽车相比，纯电动汽车的结构存在复杂性，传统汽车的失效跛行控制方法不能满足纯电动汽车的应用要求。现有的纯电动汽车失效跛行控制方法，都是基于单一动力源的纯电动车辆、系统或装置，当动力源或高压储能装置出现相关故障时仅能依靠单一动力源进行跛行，严重故障时甚至动力中断导致无法行驶。虽然现有的纯电动汽车失效跛行控制方法能够保证车辆在当前工况下的安全性，但并不能使车辆进入最合理的跛行模式，使得在保证安全的前提能够最大限度控制车辆行驶，以尽可能满足驾驶员的驾驶需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种纯电动汽车的失效跛行控制装置及失效跛行控制方法，在发生故障时，使车辆进入最合理的跛行模式，在保证安全的前提下最大限度控制车辆行驶。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种纯电动汽车的失效跛行控制方法，所述纯电动汽车的失效跛行控制方法包括以下步骤：

按照故障严重程度进行等级划分；

根据不同的故障严重等级，控制纯电动汽车分别进入相应的整车跛行模式，以控制前轴驱动电机的输出扭矩、后轴驱动电机的输出扭矩及高压电池的启闭；

其中，所述整车跛行模式包括安全模式、停车模式、限功率跛行模式、单电机跛行模式及补偿模式。

作为优选，当纯电动汽车发生碰撞或高压电池出现危及整车及人员的安全故障时，控制进入安全模式；其中，所述安全模式包括控制前轴驱动电机的输出扭矩和后轴驱动电机的输出扭矩为零，并立即切断高压电池。

作为优选，当高压电池出现严重故障或前轴驱动电机、后轴驱动电机都出现严重故障时，控制进入停车模式；其中所述停车模式包括控制前轴驱动电机的输出扭矩和后轴驱动电机的输出扭矩为零，并控制高压电池切断或开启。

作为优选，当高压电池出现一般故障时，控制进入限功率跛行模式；其中所述限功率跛行模式包括控制前轴驱动电机的实际功率和后轴驱动电机的实际功率均不超过高压电池的许用功率。

作为优选，当前轴驱动电机和后轴驱动电机其中一个驱动电机的输出扭矩为零时，控制进入单电机跛行模式；其中，所述单电机跛行模式包括控制另一个驱动电机工作，并使驱动电机的实际输出扭矩值不超过最大限定输出扭矩值。

作为优选，当前轴驱动电机和后轴驱动电机其中一个驱动电机的输出扭矩小于预设输出扭矩时，控制进入补偿模式；其中所述补偿模式包括控制另一个驱动电机的输出扭矩进行扭矩补偿。

作为优选，在所述安全模式、停车模式、限功率跛行模式、单电机跛行模式及补偿模式的同时，控制进入报警模式，其中所述报警模式包括控制点亮故障指示灯并在仪表盘上显示在安全地带停车或跛行至维修站的文字提示。

作为优选，当整车控制器不能获取高压电池的当前工作状态时，控制切断高压电池；当整车控制器不能获取前轴驱动电机和所述后轴驱动电机的当前工作状态时，控制前轴驱动电机的输出扭矩和后轴驱动电机的输出扭矩为零。

为达上述目的，本发明还提供了一种纯电动汽车的失效跛行控制装置，采用上述的纯电动汽车的失效跛行控制方法进行控制，所述电动汽车的失效跛行控制装置包括：

前轴驱动电机，其通过前轴减速器与前轮传动连接；

后轴驱动电机，其通过后轴减速器与后轮传动连接；

高压电池，所述高压电池通过前轴电机逆变器与所述前轴驱动电机相电连接，所述高压电池通过后轴电机逆变器与所述后轴驱动电机相电连接；

整车控制器，所述整车控制器通过前轴控制器通讯连接于所述前轴电机逆变器，所述整车控制器通过后轴控制器通讯连接于所述后轴电机逆变器，所述整车控制器通过高压电池管理控制器通讯连接于所述高压电池。

作为优选，还包括仪表盘，所述整车控制器电连接于所述仪表盘。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种纯电动汽车的失效跛行控制方法，通过设置前轴控制器、后轴控制器及高压电池管理控制器三者实时监测并识别相应部件故障状态，并将信息发送给整车控制器。整车控制器依据严重度等级进行相应的跛行控制，并分别进入安全模式、停车模式、限功率跛行模式、单电机跛行模式及补偿模式等整车跛行模式。该纯电动汽车的失效跛行控制方法，在前轴驱动电机、后轴驱动电机、高压电池等关键总成发生故障的情况下，通过一系列故障处理措施，使车辆进入最合理的整车跛行模式，在保证安全的前提下最大限度控制车辆行驶，以尽可能满足驾驶员的驾驶需求，从而提高用户体验感。

本发明还提供了一种电动汽车的失效跛行控制装置，通过设置前轴控制器、后轴控制器及高压电池管理控制器三者实时监测并识别相应部件故障状态，整车控制器在识别驾驶员操作的同时，还能够识别前轴控制器、后轴控制器及高压电池管理控制器发送的相关的部件信息和故障信息，给相对应的控制器发送控制指令并协调控制前轴驱动电机、后轴驱动电机、高压电池有序运行，能够在故障发生的情况下保证整车安全、可靠地按照驾驶员需求运行。

附图说明

图1是本发明纯电动汽车的失效跛行控制装置一种形式的结构示意图；

图2是本发明纯电动汽车的失效跛行控制装置另一种形式的结构示意图；

图3是本发明纯电动汽车的失效跛行控制方法的流程图。

图中：

1、前轴减速器；2、前轴驱动电机；3、后轴驱动电机；4、后轴减速器；5、前轮；6、前轴电机逆变器；7、后轴电机逆变器；8、高压继电器；9、高压电池；10、后轮；11、前轴控制器；12、后轴控制器；13、高压电池管理控制器；14、整车控制器；15、仪表盘。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

纯电动汽车区别于混合动力汽车，纯电动汽车仅依靠电能转换成机械能，因此纯电动汽车还可以称之为四驱纯电动汽车。现有的纯电动汽车失效跛行控制装置，都是基于单一动力源的纯电动车辆、系统或装置，当动力源或高压储能装置出现相关故障时仅能依靠单一动力源进行跛行，并不能使车辆进入最合理的跛行模式。

图1是本发明纯电动汽车的失效跛行控制装置一种形式的结构示意图，图2是本发明纯电动汽车的失效跛行控制装置另一种形式的结构示意图。为了解决这个问题，本实施例提供了一种电动汽车的失效跛行控制装置，如图1-2所示，该电动汽车的失效跛行控制装置包括前轴减速器1、前轴驱动电机2、后轴驱动电机3、后轴减速器4、前轮5、前轴电机逆变器6、后轴电机逆变器7、高压继电器8、高压电池9、后轮10、前轴控制器11、后轴控制器12、高压电池管理控制器13、整车控制器14及仪表盘15，该电动汽车的失效跛行控制装置具体由两个动力源组成，其分别为前轴驱动电机2和后轴驱动电机3，高压电池9通过前轴电机逆变器6与前轴驱动电机2相电连接，以为前轴驱动电机2提供电能，高压电池9通过后轴电机逆变器7与后轴驱动电机3相电连接，以为后轴驱动电机3提供电能。

如图1所示，在高压电池9与前轴电机逆变器6、后轴电机逆变器7之间设置有高压继电器8，当高压继电器8闭合时，高压电池9通过前轴电机逆变器6、后轴电机逆变器7分别为前轴驱动电机2和后轴驱动电机3提供电能，前轴驱动电机2通过前轴减速器1与前轮5传动连接，后轴驱动电机3通过后轴减速器4与后轮10传动连接，通过前轴驱动电机2和后轴驱动电机3将输出扭矩传递给车轮，进而驱动车辆行驶。其中，前轴驱动电机2和后轴驱动电机3可以同时或单独输出扭矩，以驱动纯电动汽车行驶。

为了实现对前轴驱动电机2、后轴驱动电机3及高压电池9进行精确控制，如图2所示，设置纯电动汽车的四驱纯电动系统中每个总成都由专有的控制器进行监控和调节。具体地，整车控制器14通过前轴控制器11通讯连接于前轴电机逆变器6，使得前轴驱动电机2由前轴控制器11进行控制，前轴控制器11用于检测前轴驱动电机2并识别其故障状态；整车控制器14通过后轴控制器12通讯连接于后轴电机逆变器7，使得后轴驱动电机3由后轴控制器12进行控制，后轴控制器12用于检测后轴驱动电机3并识别其故障状态。整车控制器14通过高压电池管理控制器13通讯连接于高压电池9，使得高压电池9由高压电池管理控制器13进行控制，高压电池管理控制器13用于检测高压电池9并识别其故障状态。

本实施例提供的电动汽车的失效跛行控制装置，通过设置前轴控制器11、后轴控制器12及高压电池管理控制器13三者实时监测并识别相应部件故障状态，并通过can总线发送给整车控制器14。整车控制器14在识别驾驶员操作的同时，整车控制器14还能够接收前轴控制器11、后轴控制器12及高压电池管理控制器13发送的相关的部件信息和故障信息，给相对应的控制器发送控制指令并协调控制前轴驱动电机2、后轴驱动电机3、高压电池9有序运行，实现纯电动驱动及制动能量回收等功能，更重要的是，能够在故障发生的情况下保证整车安全、可靠地按照驾驶员需求运行。

本实施例还提供了一种纯电动汽车的失效跛行控制方法，如图3所示，纯电动汽车的失效跛行控制方法包括以下步骤：按照故障严重程度进行等级划分，然后根据不同的故障严重等级，控制纯电动汽车分别进入相应的整车跛行模式，以控制前轴驱动电机2的输出扭矩、后轴驱动电机3的输出扭矩及高压电池9的启闭。其中，整车跛行模式包括安全模式、停车模式、限功率跛行模式、单电机跛行模式及补偿模式，且整车跛行模式按照安全模式、停车模式、限功率跛行模式、单电机跛行模式、补偿模式的顺序严重度逐渐降低。

本实施例提供的纯电动汽车的失效跛行控制方法，通过设置前轴控制器11、后轴控制器12及高压电池管理控制器13三者实时监测并识别相应部件故障状态，并通过can总线发送给整车控制器14。整车控制器14识别自身故障状态及can通讯故障，并对故障进行严重度等级划分，包括降额运行、部件失效、整车停车、影响整车及驾乘人员安全，最后，整车控制器14依据严重度等级进行相应的跛行控制，并分别进入安全模式、停车模式、限功率跛行模式、单电机跛行模式及补偿模式等整车跛行模式。

该纯电动汽车的失效跛行控制方法，在前轴驱动电机2、后轴驱动电机3、高压电池9等关键总成发生故障的情况下，通过一系列故障处理措施，使车辆进入最合理的整车跛行模式，在保证安全的前提下最大限度控制车辆行驶，以尽可能满足驾驶员的驾驶需求，从而提高用户体验感。

进一步地，当纯电动汽车发生碰撞或高压电池9出现影响并危及整车及人员的安全故障时，整车控制器14控制进入安全模式。其中，安全模式包括控制前轴驱动电机2的输出扭矩和后轴驱动电机3的输出扭矩均为零，并切断高压电池9。

按照故障严重度等级划分，纯电动汽车发生碰撞或高压电池9出现影响整车及驾乘人员安全的故障，该故障属于影响整车及驾乘人员安全的最严重的故障等级，此时整车控制器14立即控制高压继电器8断开，以切断高压电池9，且整车控制器14控制前轴驱动电机2的输出扭矩为零，控制后轴驱动电机3的输出扭矩为零。采用这种方式，整车控制器14立即切断高压回路并切断前轴驱动电机2、后轴驱动电机3这两个动力源，即车辆进入安全模式，以达到保证车辆和驾乘人员的人身安全的目的。

进一步地，当高压电池9出现严重故障或前轴驱动电机2、后轴驱动电机3都出现严重故障时，控制进入停车模式；其中停车模式包括控制前轴驱动电机2的输出扭矩和后轴驱动电机3的输出扭矩为零，并控制高压电池9切断或开启。

按照故障严重度等级划分，高压电池9出现严重故障或前轴驱动电机2、后轴驱动电机3两个电机都出现严重故障，该故障属于整车停车的故障等级，高压电池9出现严重故障的故障严重等级小于高压电池9出现影响整车及驾乘人员安全的故障等级，前轴驱动电机2、后轴驱动电机3两个电机都出现严重故障的故障严重等级小于纯电动汽车发生碰撞的故障等级。

此时，整车控制器14控制前轴驱动电机2的输出扭矩为零，控制后轴驱动电机3的输出扭矩为零，以控制整车立即切断动力源，然后整车控制器14根据实际情况考虑是否需要切断高压回路，即车辆进入停车模式。具体地，如果整车控制器14控制高压继电器8断开，切断高压电池9，则通过切断高压回路，以保证高压安全；如果整车控制器14控制高压继电器8不断开，高压电池9持续工作，则通过高压回路正常工作，以保证高压正常用电。

需要特别说明的是，输出扭矩为零不仅限于数值一定为零，可以表示近似为零，或者输出扭矩低于扭矩的最小值，可以根据实际情况进行调整。

进一步地，当高压电池9出现一般故障时，控制进入限功率跛行模式；其中限功率跛行模式包括控制前轴驱动电机2的实际功率和后轴驱动电机3的实际功率均不超过高压电池9的许用功率。

按照故障严重度等级划分，高压电池9出现一般故障属于部件失效等级，在高压电池9范围内，高压电池9出现一般故障的故障严重等级小于高压电池9出现严重故障的故障严重等级。此时，当高压电池9出现一般故障导致输出功率受限时，整车控制器14控制前轴驱动电机2的实际功率和后轴驱动电机3的实际功率在不超过高压电池9许用功率的前提下，尽可能满足驾驶员的需求，即车辆进入限功率跛行模式。

进一步地，当前轴驱动电机2和后轴驱动电机3其中一个驱动电机的输出扭矩为零时，控制进入单电机跛行模式；其中，单电机跛行模式包括控制另一个驱动电机工作，并使驱动电机的实际输出扭矩值不超过最大限定输出扭矩值。

按照故障严重度等级划分，前轴驱动电机2和后轴驱动电机3其中一个驱动电机的输出扭矩为零属于降额运行等级，在驱动电机范围内，前轴驱动电机2和后轴驱动电机3其中一个驱动电机的输出扭矩为零的故障严重等级小于前轴驱动电机2、后轴驱动电机3都出现严重故障的故障严重等级。

此时，当前轴驱动电机2或后轴驱动电机3出现严重故障导致相应驱动电机的输出扭矩为零时，整车控制器14控制另一个驱动电机进行驱动车辆，考虑到电机反电动势的问题，驱动电机的实际输出扭矩值不超过最大限定输出扭矩值，使整车控制器14限制车辆的最高车速，最高车速大约为二十迈或三十迈，即车辆进入单电机跛行模式。

进一步地，当前轴驱动电机2和后轴驱动电机3其中一个驱动电机的输出扭矩小于预设输出扭矩时，控制进入补偿模式；其中补偿模式包括控制另一个驱动电机的输出扭矩进行扭矩补偿。

按照故障严重度等级划分，在驱动电机范围内，前轴驱动电机2和后轴驱动电机3其中一个驱动电机的输出扭矩小于预设输出扭矩的故障严重等级，且小于前轴驱动电机2和后轴驱动电机3其中一个驱动电机的输出扭矩为零的故障严重等级。此时，当前轴驱动电机2或后轴驱动电机3出现一般故障导致输出扭矩受限制时，整车控制器14控制另一个驱动电机进行扭矩补偿，从而保证驾驶员的需求，即车辆进入补偿模式。

为了能够直观和清晰提醒驾驶员不同的整车跛行模式，在安全模式、停车模式、限功率跛行模式、单电机跛行模式及补偿模式的同时，控制进入报警模式，其中报警模式包括控制点亮故障指示灯并在仪表盘15上显示在安全地带停车或跛行至维修站的文字提示。

当前轴驱动电机2、后轴驱动电机3及高压电池9等关键总成出现故障、整车进入整车跛行模式时，整车控制器14向仪表盘15发送指令，以点亮与系统故障相对应的故障指示灯，并通过文字提示驾驶员应该在安全地带停车还是跛行至维修站，便于驾驶员进行相应处理和操作。

此外，当整车控制器14识别出其与各个总成控制器的can总线通讯故障时，由于无法准确获取前轴驱动电机2、后轴驱动电机3及高压电池9等关键总成的工作状态及故障状态，按照该总成严重故障的跛行模式进行控制。具体地，如果整车控制器14不能获取高压电池9的当前工作状态时，控制切断高压电池9。如果整车控制器14不能获取前轴驱动电机2和后轴驱动电机3的当前工作状态时，控制前轴驱动电机2的输出扭矩和后轴驱动电机3的输出扭矩均为零。

由于整车跛行模式按照安全模式、停车模式、限功率跛行模式、单电机跛行模式、补偿模式的顺序严重度逐渐降低，当出现严重等级总成故障时先进入到严重等级高的跛行模式中，可以保证当多个故障同时触发时，不仅可以采用叠加的故障处理措施，整车还能够进入更安全的整车跛行模式中。可以预计的是，如果前轴驱动电机2、后轴驱动电机3及高压电池9中出现多个关键总成同时发生故障时，采用叠加的故障处理措施，并进入严重等级的跛行模式进行处理。

本发明提供的纯电动汽车的失效跛行控制方法，通过设置前轴控制器、后轴控制器及高压电池管理控制器三者实时监测并识别相应部件故障状态，并将信息发送给整车控制器。整车控制器依据严重度等级进行相应的跛行控制，并分别进入安全模式、停车模式、限功率跛行模式、单电机跛行模式及补偿模式等整车跛行模式。该纯电动汽车的失效跛行控制方法，在前轴驱动电机、后轴驱动电机、高压电池等关键总成发生故障的情况下，通过一系列故障处理措施，使车辆进入最合理的整车跛行模式，在保证安全的前提下最大限度控制车辆行驶，以尽可能满足驾驶员的驾驶需求，从而提高用户体验感。

通过设置前轴控制器、后轴控制器及高压电池管理控制器三者实时监测并识别相应部件故障状态，整车控制器在识别驾驶员操作的同时，还能够识别前轴控制器、后轴控制器及高压电池管理控制器发送的相关的部件信息和故障信息，给相对应的控制器发送控制指令并协调控制前轴驱动电机、后轴驱动电机、高压电池有序运行，能够在故障发生的情况下保证整车安全、可靠地按照驾驶员需求运行。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。