[发明专利]一种混合动力汽车安全监控系统和监控方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车行驶安全监控领域，尤其涉及一种多动力汽车特别是内燃机和电机混合动力汽车中对多个动力的扭矩综合进行安全管理的系统和安全监控方法。 

背景技术

混合动力汽车是具有多能源动力混合驱动、内燃机高效工作点驱动及发电、能源回收制动、整车电气载荷负载优化及发动机自动启停工作工况的汽车。图1所示为本发明人自主开发的一种中度混合动力汽车整车多能源系统控制方案。此混合动力汽车装配了一个144V的高压镍氢动力电池，它是此混合动力汽车的能源存储与输出单元，它可以存储在车辆制动时回收的车辆机械能或者在发动机高效工作区域下的机械能，它可以在车辆起步或加速工况下输出能量来补偿发动机功率不足。此混合动力汽车配置了本发明人自主开发的1.3L汽油内燃发动机作为此混合动力汽车第一动力输出装置，此内燃机系统为整车动力驱动系统的第一输出装置，它以燃烧燃油原料转换化学能为机械能的一种能源系统装置。此混合动力整车装置中的另一大动力输出装置就是转化电能为机械能的额定功率为10kw的电动机/发电机装置(ISG)。它和上述的内燃机系统曲轴同轴地装配在一起，属于动力源并联的第二动力输出转换装置。它一方面可以在内燃机需要快速启动时作为电动机提供低速大扭矩下的稳定启动，又可以在整车系统需要动力提速时把能量存储单元中的化学能以电能的形式输出转换为机械能通过动力传动装置传送给整车的驱动系统，而且又可以在整车系统减速时作为发电机使整车的机械能转化为电能以化学能的一种形式存储于能量存储单元高压镍氢电池中。 

在上述的系统方案中，由于存在两种动力同时驱动汽车，即汽油内燃发动 机和ISG电机同时向5速AMT变速器输出扭矩，因此需要对各动力输出的扭矩大小进行分配，使汽油内燃机工作在最佳工作状态，HCU(Hybrid Control Unit混合动力控制单元)作为整车多能源管理系统完成扭矩分配任务，HCU可以根据驾驶员踏板信号及发动机转速等来解释驾驶员请求意图，再次根据发动机状态、电机状态、高压电池状态以及车辆其它子系统状态来分配发动机及电机所需产生的扭矩。 

HCU与汽油内燃发动机的控制系统EMS(Engine Management System发动机控制单元)之间是通过整车CAN(control area network，是现代车辆控制系统中应用的局域网)进行通讯来对油门踏板信号进行解释，驾驶员油门踏板请求扭矩计算，车辆油门踏板角度传感器安装在踏板位置，由EMS对传感器原始电信号进行处理、诊断并且对踏板或踏板传感器出现故障是 进行安全信号处理。在油门踏板传感器无故障、并且HCU接收到的油门踏板角度信号有效的条件下，HCU根据油门踏板角度信号和发动机转速信号来计算车辆在倒档工况下的扭矩请求量、低车速工况下的扭矩请求量、高车速工况下的扭矩请求量，根据预先设定的车速限值计算车辆在前进档工况下的驾驶员扭矩请求量。以上这些请求量是在[0，100]之间的一个百分比相对量，定义为相对请求扭矩。 

电机管理系统MCU(Motor Control Unit马达控制单元)可以计算电机在电机转速正常范围内的最大输出扭矩和最小输出扭矩。HCU与MCU是通过一条单独的CAN联接的，HCU同时计算在电动机转速正常范围内的最大输出扭矩，并且认为ISG电机最小输出扭矩可以为零；由于高压电池的输出功率随着高压电池自身的荷电状态(SOC)的降低在衰减，对于高压电池混合动力汽车中有电池管理系统(BMS)，HCU通过整车CAN与BMS通信。所以整个高压电动力系统的输出扭矩也随着高压电池的荷电状态变化，因此电动机的最大输出扭矩需要根据高压电池的SOC进行修正。HCU根据驾驶员油门踏板相对请求扭矩量、EMS计算的发动机最大输出扭矩、最小扭矩、以及利用高压电池的S0C修正后的电动机最大输出扭矩值来计算绝对的驾驶员油门踏板请求扭矩值。经过这个 算法计算之后的扭矩是绝对扭矩，单位为Nm。 

HCU监测各子系统状态，这些子系统包括发动机温度、转速以及由这些参数决定的发动机动态最佳效率工作点，电动机转速、温度，高压系统端的电压、电流，高压电池荷电状态、老化状态、温度、许可功率、电流、电压等，这些信号都是通过整车CAN与其它电子控制单元(ECU)进行通信收集的。以及整车状态来对驾驶员油门踏板请求扭矩在发动机和电动机间进行分配。在驾驶员请求扭矩经过在电动机和发动机之间分配之后，HCU会通过整车CAN网络把发动机需要输出的扭矩传输过去，把电动机需要传输的扭矩经过单独CAN网络传输给MCU。