控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的系统和方法与流程

1.本发明涉及一种用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的系统和方法。


背景技术：

2.混合动力电动车辆(hev)是使用至少两种不同类型驱动源的车辆，并且一般意指能够由发动机和电动机驱动的车辆。
3.如图1所示，混合动力电动车辆的动力传动系统可被配置为包括发动机10、电动机20、布置在发动机10和电动机20之间并被配置为递送或断开发动机动力的发动机离合器30、被配置为将动力转移并输出至行驶驱动轴60的变速器40、混合起动发电机(hsg)50，这是一种连接至发动机10的曲柄皮带轮以起动发动机并生成电力的电动机，以及连接至电动机20和混合起动发电机50以可用插入其间的主继电器90进行充电或放电的高压电池70。
4.另外，被配置为控制电动机和混合起动发电机的驱动的逆变器81和82分别连接在电动机20和主继电器90之间，以及混合起动发电机50和继电器90之间。
5.发动机离合器30可通过混合动力控制单元(hcu)的控制锁定(联接)或断开(分离)，该混合动力控制单元是混合动力电动车辆的顶级控制单元。
6.一般而言，对于混合动力电动车辆的倒车行驶，变速器40的换挡挡位被控制至倒车挡(r挡)，车辆的倒车行驶可通过倒车挡状态下发动机10或电动机20的旋转功率来执行。
7.最近，为了降低车辆的成本和重量，提出了一种使用电动机20而不是变速器40的倒挡(r挡)齿轮实现倒车行驶的方法。
8.换句话说，由于混合动力电动车辆具有能够反向旋转的电动机20，这与一般内燃车辆不同，因此混合动力电动车辆可接合变速器中较低的前进挡(一挡或二挡)，然后反向驱动电动机20，从而实现车辆的后向行驶。
9.然而，在混合动力电动车辆的倒车行驶期间，只有一种方法将高压电池70的电力用于电动机20的反向旋转。因此，如果主继电器90由于诸如高压电池的高压系统中发生异常而被关断，则电动机20可能无法由高压电池70的电力驱动，这使得不可能执行车辆的倒车行驶。
10.因此，需要一种在跛行模式(limp-home)情况下倒车的方法，在跛行模式下，主继电器由于高压系统的组件故障而关断。
11.在此，作为相关技术，将参考图2描述了在由于高压系统的组件的故障而关断主继电器的跛行模式情况下，用于控制具有不包括倒挡(r挡)的变速器的混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的方法。
12.首先，检查高压系统的组件(诸如高压电池70)是否处于故障状态(s1)。
13.随后，当高压系统的组件处于故障状态时，它指示无法向电动机供电的状态。因此，通过发动机的驱动而起动发动机用于紧急行驶，即，跛行模式行驶(s2)。
14.例如，如果高压电池发生故障(例如，过热、过压或过流)，当识别出高压电池故障的电池控制单元向hcu发送故障信号时，作为高级控制单元的hcu可向发动机控制单元发送
起动发动机的指令，从而起动发动机。
15.当确保发动机10的起动时，主继电器90由hcu或电池控制单元关断，以保护高压组件(s3)。
16.此时，如果驾驶员请求倒车行驶，即如果驾驶员将变速杆操作至倒车挡，发动机离合器30将通过hcu的控制而断开(s4)。
17.发动机离合器30断开的原因是发动机10的旋转方向和用于车辆倒车行驶的电动机20的旋转方向彼此相反。
18.随后，当连接至发动机的混合起动发电机50根据发动机的起动随发动机10的驱动而旋转时，生成反电动势，并且电动机20使用反电动势反向旋转(s5)。
19.例如，当电动机控制单元对混合起动发电机50随发动机10旋转生成的反电动势执行脉宽调制(pwm)控制以进行恒压控制时，根据恒压控制的恒压可通过电动机控制单元中包括的逆变器80存储在dc链路电容器中，并且存储的恒压可提供给电动机20，因此，电动机20可反向旋转。
20.因此，车辆的倒车行驶通过电动机20的反向旋转来执行。
21.此时，为了防止电动机在倒车行驶期间可能因电压不足而无法驱动的情况，通过禁止倒车行驶所不必要的电子负载组件(诸如低压dc/dc转换器(ldc)和空调压缩机)的操作，可轻松确保电动机20的输出。
22.换句话说，通过对混合起动发电机的反电动势进行恒压控制而获得的恒压仅用于驱动倒车行驶的电动机，并且被限制而不由倒车行驶所不必要的电子负载组件(诸如ldc和空调压缩机)消耗。
23.因此，可通过限制电子负载组件(诸如ldc和空调压缩机)的操作来进一步确保电动机的可用输出。
24.然而，当等于或高于由混合起动发电机生成的反电动势的输出由于电动机的转速或扭矩的增加而用于电动机的输出时，即，当通过将电动机的电流输出与参考值进行比较，电动机的电流输出大于参考值时(输出等于或高于混合起动发电机的反电动势)(s6)，针对混合起动发电机的反电动势执行的恒压控制pwm控制可能会解除(s7)，这使得无法执行跛行模式倒车行驶。
25.另外，在上述跛行模式倒车行驶期间，禁止电子负载组件(诸如ldc和空调压缩机)的操作，这不仅可能会给乘客带来不便，而且可能会导致车辆因由ldc充电的12v辅助电池的充电状态降低而发生停车现象。
26.本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

27.本发明涉及一种用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的系统和方法。特定实施例涉及一种用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的系统和方法，该系统和方法当具有不包括倒挡(r挡)的变速器的混合动力电动车辆的倒车行驶通过电动机的驱动来执行时，可允许除使用混合起动发电机的反电动势的电动机以外的电力消耗组件操作。
28.因此，本发明的实施例可解决与相关技术相关联的问题，并且本发明的实施例提供了一种用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的系统和方法，其可防止针对混合起动发电机的反电动势的恒压控制的pwm控制被解除，同时当具有不包括倒挡(r挡)的变速器的混合动力电动车辆通过使用混合起动发电机的反电动势驱动电动机来执行跛行模式倒车行驶时，允许诸如ldc和空调压缩机的电子负载组件操作。
29.本发明的示例性实施例提供了一种用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的系统，该混合动力电动车辆具有不包括倒挡的变速器，该系统包括混合起动发电机，其被配置为在高电压系统的组件发生故障的状态下，当确保发动机的起动、关断主继电器以及根据倒车行驶的请求断开发动机离合器的条件得到满足时，在与发动机一起旋转的同时生成反电动势；电动机，其使用混合起动发电机的反电动势反向旋转以用于倒车行驶；电子负载组件，其使用混合起动发电机的反电动势来操作；以及控制单元，其被配置为根据电动机和电子负载组件的操作确定负载输出值所需的发动机转速，并且根据确定的发动机转速限制电动机或电子负载组件的操作。
30.控制单元可包括负载输出计算单元，其被配置为根据电动机和电子负载组件的操作计算负载输出值；以及发动机转速控制单元，其被配置为确定由负载输出计算单元计算的负载输出值所需的发动机转速，以及当确定的发动机转速等于或高于参考转速时，输出用于限制电动机或电子负载组件的操作的信号。
31.负载输出计算单元可被配置为通过对根据电动机和电子负载组件的操作的负载输出值求和来计算负载输出值，然后通过前馈控制方法将计算出的负载输出值输入至发动机转速控制单元。
32.发动机转速控制单元可包括每个负载输出的发动机转速图，该发动机转速图被构造用于确定由负载输出计算单元计算的负载输出值所需的发动机转速。
33.本发明的另一示例性实施例提供了一种用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的方法，该混合动力电动车辆具有不包括倒挡的变速器，该方法包括在高电压系统的组件出现故障的状态下，当确保发动机的起动、关断主继电器以及根据倒车行驶的请求断开发动机离合器的条件得到满足时，通过与发动机一起旋转的混合起动发电机生成反电动势；使用混合起动发电机的反电动势反向旋转电动机以进行倒车行驶；使用混合起动发电机的反电动势操作电子负载组件；以及根据电动机和电子负载组件的操作确定负载输出值所需的发动机转速，并且根据确定的发动机转速限制电动机或电子负载组件的操作。
34.确定负载输出值所需的发动机转速，以及根据确定的发动机转速限制电动机或电子负载组件的操作，可包括由负载输出计算单元根据电动机和电子负载组件的操作计算负载输出值，并且由发动机转速控制单元确定计算的负载输出值所需的发动机转速，以及当确定的发动机转速等于或高于参考转速时，限制电动机或电子负载组件的操作。
35.当负载输出值由负载输出计算单元计算时，可通过对根据电动机和电子负载组件的操作的负载输出值求和来计算负载输出值。
36.由负载输出计算单元计算的负载输出值可通过前馈控制方法输入至发动机转速控制单元。
37.当确定由负载输出计算单元计算的负载输出值所需的发动机转速时，发动机转速控制单元可基于预先通过测试构建的每个负载输出的发动机转速图来确定负载输出值所
需的发动机转速。
38.在将确定的发动机转速与参考转速进行比较后，当发动机转速超过参考转速时，发动机转速控制单元可向电动机控制单元输出用于限制电动机或电子负载组件操作的信号。
39.因此，当电动机或电子负载组件的操作受到电动机控制单元控制的限制时，电动机的电流输出可被控制为等于或低于参考转速，并且同时，针对混合起动发电机的反电动势执行的恒压控制pwm控制可不被解除并继续。
40.另一方面，当发动机转速控制单元确定的发动机转速等于或低于参考转速时，电动机和电子负载组件的操作得到维持，而不限制电动机或电子负载组件的操作。
41.通过上述配置，本发明的实施例提供了以下效果。
42.首先，当连接至混合起动发电机的发动机转速等于或低于参考转速时，电动机或电子负载组件的操作可以不受限制，而是会继续，这使得车辆能够使用混合起动发电机的反电动势通过电动机的反向旋转而倒车行驶。另外，可以操作电子负载组件，诸如空调压缩机，这使得可消除乘客的不便，并且通过ldc对12v辅助电池充电。
43.其次，当连接至混合起动发电机的发动机转速超过参考转速时，电动机或电子负载组件的操作可以会受到限制，从而可将电动机的电流输出控制在参考值或更小，这可防止针对混合起动发电机的反电动势执行的恒压控制的pwm控制被解除，并且可使用混合起动发电机的反电动势连续驱动电动机，这可实现连续跛行模式倒车行驶。
44.应理解，本文所使用的术语“汽车”、“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括一般的机动车辆，诸如乘用车，包括运动型多用途车(suv)、公共车辆、卡车、各种商用车辆、包括各种船舶和船只的船艇、飞行器等，还包括混合动力车辆、电动车辆，插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，源自除石油以外的资源的燃料)。如本文所指，混合动力车辆是具有两个或多个动力源的车辆，例如汽油动力车辆和电动车辆。
45.下文论述本发明的实施例的上述和其他特征。
附图说明
46.现在将参考附图中所示的本发明的实施例的某些示例性示例，对本发明的实施例的上述和其他特征进行详细描述，下文仅以示例方式给出这些示例性示例，因此不对本发明构成限制，并且其中：
47.图1是示出混合动力电动车辆的动力传动系统的示意图；
48.图2是示出现有技术中用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的方法的流程图；
49.图3是示出根据本发明的实施例的用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的系统的配置图；以及
50.图4是示出根据本发明的实施例的用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的方法的流程图。
51.应理解，附图不一定是按比例绘制的，它呈现了说明本发明的实施例的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。如本文所公开的本发明的实施例的具体设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，将部分由特定预期应用和使用环境确定。
52.在附图中，附图标记是指本发明的实施例在附图的几幅图中的相同或等效部分。
具体实施方式
53.下文中，将参考附图详细描述本发明的优选示例性实施例。
54.图3是示出根据本发明的实施例的用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的系统的配置图，并且图4是示出根据本发明的实施例的用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的方法的流程图。
55.参考图3，被配置为控制混合动力电动车辆的控制单元被配置为包括：发动机控制单元120，其被配置为控制发动机10的驱动；电动机控制单元110，其包括被配置为控制混合起动发电机50(其为一种电动机)的驱动和用于行驶的电动机20的驱动的逆变器80；主继电器90，其安装在连接至逆变器80和高压电池70的dc链路级上，能够接通/关断，并且被配置为控制高压电池70的放电；ldc 140，其被配置为转换高压电池70的电力，并且将转换后的电力供应给电动机控制单元110或使用转换后的电力对12v辅助电池(未示出)充电；电池控制单元130，其被配置为监测高压电池的状态和充电状态；以及hcu 100，其是混合电动车辆的顶级控制单元。
56.作为参考，发动机控制单元120被称为发动机管理系统(ems)，电动机控制单元110被称为电动机控制单元(mcu)，并且电池控制单元130被称为电池管理系统(bms)。
57.dc链路电容器84安装在连接至逆变器80和高压电池70的dc链路级上。
58.hcu 100从电池控制单元130接收高压电池70的状态信息，以根据预定的诊断逻辑确定高压电池70是否发生故障，并且在确定高压电池70由于过热、过压或过流而发生故障时，向发动机控制单元120发送起动发动机的指令。
59.例如，如果高压电池发生故障(例如，过热、过压或过流)，当识别出高压电池故障的电池控制单元130向作为高级控制单元的hcu 100发送故障信号时，hcu 100可向发动机控制单元120发送起动发动机的指令，从而起动发动机。
60.此时，主继电器90不会关断，直到发动机起动，因此，高压电池70的电力可供应给混合起动发电机50，这使得根据混合起动发电机50的驱动来起动发动机成为可能。
61.当确保发动机10的起动时，主继电器90由hcu或电池控制单元的控制信号关断，混合起动发电机50作为发电机在发动机起动状态下随着发动机旋转。
62.此时，如果驾驶员请求倒车行驶，即如果驾驶员将换挡杆操作到倒车挡，发动机离合器30将通过hcu 100的控制断开。
63.因此，由于当连接至发动机的混合起动发电机50根据发动机的起动随发动机10的驱动而旋转时，生成了定义为混合起动发电机的转速和磁通量的乘积的反电动势，因此电动机20使用反电动势反向旋转，这使得车辆能够倒车行驶。
64.然而，通过针对混合起动发电机的反电动势的恒压控制获得的恒压仅用于驱动跛行模式倒车行驶的电动机，并且被限制而不由倒车行驶所不必要的电子负载组件(诸如ldc和空调压缩机)消耗。因此，当电动机的电流输出超过参考值(输出等于或高于混合起动发电机的反电动势)时，针对混合起动发电机的反电动势执行的恒压控制的pwm控制被解除，从而使其无法执行跛行模式倒车行驶，并且由ldc充电的12v辅助电池的充电状态可能会降低，从而导致车辆停车现象。
65.作为参考，ldc 140用于转换高压电池70和低压电子负载组件150之间的电源，并且降压高压电池70的高压，以向12v辅助电池和车辆中的其他低压组件提供降压电压。
66.为了解决问题，本发明的实施例的主要重点是防止针对混合起动发电机反电动势的恒压控制的pwm控制被解除，并且同时，当通过使用混合起动发电机的反电动势驱动电动机来执行混合电动车辆的跛行模式倒车行驶时，允许操作电子负载组件，诸如ldc和空调压缩机操作。
67.为此，根据本发明的实施例的用于控制具有不包括倒挡的变速器的混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的系统可包括混合起动发电机50，其被配置为在高电压系统的组件发生故障的状态下，当确保发动机起动、关断主继电器以及根据倒车行驶的请求断开发动机离合器的条件得到满足时，在与发动机一起旋转的同时生成反电动势；电动机20，其使用混合起动发电机50的反电动势反向旋转以进行倒车行驶；电子负载组件150，其使用混合起动发电机50的反电动势操作；负载输出计算单元112，其被配置为根据电动机20和电子负载组件150的操作计算负载输出值；以及发动机转速控制单元122，其被配置为确定由负载输出计算单元112计算的负载输出值所需的发动机转速，并且当所确定的发动机转速等于或高于参考转速时，输出用于限制电动机或电子负载组件的操作的信号。
68.因此，发动机转速控制单元122包括在发动机控制单元120中，并且负载输出计算单元112包括在电动机控制单元110中。
69.换句话说，发动机控制单元120可包括发动机转速控制单元122和负载输出计算单元112两者。
70.另选地，发动机转速控制单元122和负载输出计算单元112可被配置为单独的集成控制单元。
71.换句话说，发动机控制单元120可能不包括发动机转速控制单元122和负载输出计算单元112两者或者不包括单元112和122中的任何一个。
72.发动机转速控制单元122被配置为根据电动机和电子负载组件的操作确定负载输出值所需的发动机转速(发动机rpm)，即由负载输出计算单元112计算的负载输出值，以及当确定的发动机转速等于或高于参考转速时，输出用于限制电动机或电子负载组件操作的信号。
73.此时，发动机转速控制单元122包括为确定由负载输出计算单元112计算的负载输出值所需的发动机转速而构建的每个负载输出的发动机转速图(映射表)，并且每个负载输出的发动机转速图通过预先测试来构建。
74.负载输出计算单元112被配置为当电动机和电子负载组件消耗通过对混合起动发电机的反电动势的恒压控制获得的恒压的功率时，根据电动机和电子负载组件的操作计算负载输出值。
75.此时，由电动机控制单元110的负载输出计算单元112计算的负载输出值通过前馈控制方法输入至发动机控制单元120的发动机转速控制单元122。
76.因此，当由负载输出计算单元112计算的负载输出值变为前馈并输入至发动机转速控制单元122时，发动机转速控制单元122基于每个负载输出的发动机转速图确定发动机转速，当确定的发动机转速等于或低于参考转速时，防止电动机或电子负载组件的操作受到限制，这使得在使用混合起动发电机50的反电动势使电动机20反向旋转的同时车辆能够
倒车行驶，如上文所述。
77.另一方面，当确定的发动机转速超过参考转速时，发动机转速控制单元122可向电动机控制单元110输出用于限制电动机或电子负载组件操作的信号，这使得可防止针对混合起动发电机的反电动势执行的恒压控制的pwm控制被解除，并且继续跛行模式倒车行驶。
78.换句话说，当发动机转速等于或低于参考转速时，根据电动机反向旋转的倒车行驶可在电动机控制单元针对连接到发动机的混合起动发电机的反电动势的恒压控制的pwm控制未解除的状态下执行。另一方面，根据电动机和电子负载组件的负载输出值的增加，所需的发动机转速可能不会无条件增加。因此，当发动机转速超过参考转速时，用于限制电动机或电子负载组件的操作的信号可输出至电动机控制单元110，这使得可防止针对混合起动发电机的反电动势执行的用于恒压控制的pwm控制被解除，因此，跛行模式倒车行驶可以继续。
79.在此，将参照图3和图4逐步详细描述根据本发明的实施例的用于控制混合动力电动车辆的跛行模式倒车行驶的方法。
80.首先，检查高压系统的组件(诸如高压电池70)是否处于故障状态(s101)。
81.随后，当高压系统的组件处于故障状态时，其指示可能无法向电动机供电的状态。因此，通过发动机的驱动，起动发动机用于紧急行驶，即，跛行模式行驶(s102)。
82.例如，如果高压电池发生故障(例如，过热、过压或过流)，当识别出高压电池故障的电池控制单元130向hcu 100发送故障信号时，作为高级控制单元的hcu 100可向发动机控制单元120发送起动发动机的指令，从而起动发动机。
83.当确保发动机10的起动时，主继电器90由hcu 100或电池控制单元130关断，以保护高压组件(s103)。
84.此时，如果驾驶员请求倒车行驶，即如果驾驶员将换挡杆操作到倒车挡，发动机离合器30将通过hcu 100的控制断开(s104)。
85.发动机离合器30断开的原因是发动机10的旋转方向和用于车辆倒车行驶的电动机20的旋转方向彼此相反。
86.随后，当连接至发动机的混合起动发电机50根据发动机的起动随发动机10的驱动而旋转时，生成反电动势，并且电动机20使用反电动势反向旋转(s105)。
87.例如，当电动机控制单元针对与发动机10一起旋转的混合起动发电机50生成的反电动势执行恒压控制的脉宽调制(pwm)控制时，根据恒压控制的恒压可经由包括在电动机控制单元中包括的逆变器80存储在dc链路电容器84中，并且存储的恒压可提供给电动机20，因此，电动机20可反向旋转。
88.因此，车辆的倒车行驶通过电动机20的反向旋转来执行。
89.另外，电动机控制单元允许操作电子负载组件150，诸如ldc 140和空调压缩机，因此，可向ldc 140和电子负载组件150提供存储在dc链路电容器84中的恒压，这使得操作ldc 140和电子负载组件150成为可能(s106)。
90.因此，在上述跛行模式倒车行驶期间，可操作电子负载组件150，诸如ldc和空调压缩机，这不仅可消除乘客的不便，还可通过ldc 140对12v辅助电池充电。
91.此时，电动机控制单元110的负载输出计算单元112根据电动机20和电子负载组件150的操作计算负载输出值(s107)。
92.换句话说，当电动机20和电子负载组件150消耗通过针对混合起动发电机的反电动势的恒压控制获得的恒压功率时，负载输出计算单元112通过对根据电动机20和电子负载组件150的操作的负载输出值求和来计算负载输出值。
93.此时，通过前馈控制方法将由电动机控制单元110的负载输出计算单元112计算的负载输出值输入至发动机控制单元120的发动机转速控制单元122。
94.随后，发动机转速控制单元122确定由负载输出计算单元112计算的负载输出值所需的发动机转速(发动机rpm)(s108)。
95.例如，发动机转速控制单元122可基于预先通过测试构建的每个负载输出的发动机转速图来确定负载输出值所需的发动机转速。
96.接下来，发动机转速控制单元122将确定的发动机转速与参考转速进行比较(s109)。
97.作为比较结果，当确定的发动机转速超过参考转速时，发动机转速控制单元122将用于限制电动机或电子负载组件的操作的信号输出至电动机控制单元110(s111)。
98.因此，电动机或电子负载组件的操作可以受到电动机控制单元110的控制的限制，并且电动机操作的限制意指防止电动机的电流输出由于电动机转速或扭矩的增加而超过参考值(输出等于或高于混合起动发电机的反电动势)。
99.因此，可将电动机的电流输出管理为参考值或更低，并且防止针对混合起动机发电机的反电动势执行的恒压控制的pwm控制被解除，因此，可使用混合起动机发电机的反电动势连续驱动电动机，这使得无中断地执行跛行模式行驶成为可能。
100.另一方面，当步骤s109中的比较结果指示由发动机转速控制单元122确定的发动机转速等于或低于参考转速时，电动机20或电子负载组件150的操作不受限制，因此，电动机20和电子负载组件150的操作可继续(s110)。
101.因此，如上所述，在电动机20使用混合起动发电机50的反电动势反向旋转的同时，可执行车辆的倒车行驶，并且可操作电子负载组件150，诸如空调压缩机，这可消除乘客的不便，还可通过ldc 140对12v辅助电池充电。
102.尽管本发明已在上文中详细描述为示例性实施例，但本发明的范围不限于上述示例性实施例，并且本领域技术人员使用由所附权利要求定义的本发明基本概念所做的各种更改和改进也包括在本发明的范围内。