本發明涉及汽車控制領域，更具體地說，涉及一種混合動力汽車控制系統及整車控制器。

背景技術：

汽車工業的發展面臨著能源危機和環境污染兩個重大制肘，新能源汽車的研發是克服這兩個問題的有效措施之一。全球對不同形式的新能源汽車已有較為廣泛的研究，相對于傳統內燃機汽車和純電動汽車，混合動力汽車具有諸多顯著的優勢，它既繼承了石油燃料發動機高輸出功率的長處，彌補了純電動汽車續駛里程短的不足，又發揚了純電動汽車作為“綠色汽車”節能和低排放的優點，顯著改善了整車燃油經濟性能和排放性能。

一般來說，混合動力系統中存在兩個或兩個以上動力源，不同的動力源按照動力系統的聯結方式可以分為串聯，并聯和混聯三類。在不同的聯結方式中，動力總成的控制并不是發動機控制、電機控制及傳動系統控制等的簡單疊加，而是需要根據車輛行駛工況的變化，實現發動機、電機和傳動系統的最佳配合，并且保持電池運行狀態的優化，從而達到整車性能的最佳狀態。

混合動力汽車控制系統及整車控制器的設計是決定混合動力汽車各項性能的關鍵因素。

現有技術中，申請號為 201310407606.2、名稱為“用于汽車的混合動力系統、混合動力車及其控制方法”的專利申請，提供一種用于汽車的混合動力系統及其控制方法，系統采用雙電機的混合動力結構特點，在汽車換檔時通過控制器控制后驅電機驅動車輛行駛，避免汽車在汽車換檔時動力中斷，從而保證到了車輛行駛的平順性，也提高了行駛過程中的平均速度。該系統的缺點是：采用雙電機的結構系統復雜度較高，控制難度較大，而且增加成本。對于控制方法方面，專利只涉及控制系統的應用層，并且該方法只適用于特定形式的混合動力系統，系統柔性度較小。

又例如，在申請號為 201220285809.X、名稱為“一種混合動力車輛能量管理系統”的專利申請中。其混合動力系統采用單軸并聯的混合動力結構，整車控制單元HCU通過GPRS模塊與遠端服務器通信，提供一種遠程工況數據采集與分析及參數標定功能，克服現有技術中混合動力車輛能量管理策略系統無法適應車輛實際工況動態變化不足的缺點，提高整車的燃油經濟性和排放性能。該系統的缺點是：整車控制對實時性要求較高，GPRS無線通信實時性較慢，會影響整車的整體性能，另外該能量管理方法主要應用于固定行駛線路的車輛，而對于行駛線路自由的乘用車不是很實用，且產業化的可能性較小。

又例如，在申請號為 201410756049.X、名稱為“一種串聯式混合動力電動車能量管理系統及方法”的專利申請中。其管理方法可以提升串聯式混合動力的可靠性、安全性及智能化程度。但該系統的缺點是：該混合動力能量管理策略系統及方法涉及串聯式混合動力系統及其整車控制軟件應用層的思想，因此只適用于特定的串聯式混合動力系統，不能對其他聯結形式的混合動力提供參考。

總之，現有技術中，一方面，根據車輛行駛工況的變化來實現發動機、電機和傳動系統的最佳配合，并且保持電池運行狀態的優化，是業內研發的核心目標，也是難點所在。另一方面，目前針對不同的混合動力聯結方式，混合動力汽車控制系統及整車控制器均不相同，對于汽車開發企業來說，這需要管理多個版本的控制系統，系統集成度不高、柔性差，難以實現各平臺的整合。

因此，業內研發人員期望獲得一種能穩定地實現發動機、電機和傳動系統的最佳配合，同時整合各種聯結形式、可靈活應用于各種平臺的混合動力汽車控制系統及其整車控制器。

技術實現要素：

本發明的一個目的在于提供一種整車控制器，其能穩定地實現發動機、電機和傳動系統的最佳配合。

為實現上述目的，本發明提供一種技術方案如下：

一種用于混合動力汽車的整車控制器，包括：傳感器處理單元，用于采集混合動力汽車的第一運行參數集；通信接口單元，用于與混合動力汽車的至少一控制子系統交互信息，以獲取第二運行參數集以及輸出控制信號集；微處理器，用于結合第一、第二運行參數集生成控制信號集；其中，該至少一控制子系統基于控制信號集對混合動力汽車的動力總成進行控制。

優選地，整車控制器還包括執行器驅動單元，用于根據控制信號集控制混合動力汽車的行駛輔助系統和/或部件。

優選地，微處理器包括：信號處理及故障初步分析模塊，其針對第一運行參數集進行信號處理及故障初步分析，以確定汽車運行參數信息和/或汽車故障信息；故障診斷及安全控制單元，其基于汽車故障信息對混合動力汽車的至少一控制子系統進行故障診斷；混合動力工作模式確定單元，其基于故障診斷及安全控制單元的輸出結果以及汽車運行參數信息確定混合動力汽車的動力總成的工作模式；以及系統部件控制單元，其基于混合動力工作模式確定單元的輸出結果以及汽車運行參數信息生成控制信號集。

優選地，故障診斷及安全控制單元、混合動力工作模式確定單元以及系統部件控制單元的工作優先級依次降低。

本發明的另一目的在于提供一種混合動力汽車控制系統，其既能穩定地實現發動機、電機和傳動系統的最佳配合，又可整合各種動力聯結形式、靈活應用于各種平臺。

為實現上述目的，本發明提供另一技術方案如下：

一種混合動力汽車控制系統，包括上述的整車控制器、發動機控制系統、電機控制系統、以及電池管理系統，其中整車控制器配置成：與發動機控制系統進行交互，以獲取發動機運行信息并輸出發動機控制信號；與電機控制系統進行交互，以獲取電機運行信息并輸出電機控制信號；與電池管理系統進行交互，以獲取電池運行信息。

本發明所提供的整車控制器及以其實現的混合動力汽車控制系統集成度高、柔性良好，能穩定地實現發動機、電機和傳動系統的最佳配合，同時整合各種聯結形式、可靈活應用于各種平臺的混合動力汽車控制系統。

此外，依照本發明的實施例可首先保證混合動力汽車的安全性、迅速診斷多種故障、消除駕駛員的顧慮。當系統資源足夠的情況下，可使混合動力汽車達到最佳運行狀態。

附圖說明

圖1示出本發明第一實施例提供的用于混合動力汽車的整車控制器的模塊圖。

圖2示出本發明第二實施例提供的用于混合動力汽車的整車控制器的微處理器的模塊圖。

圖3示出整車控制器與混合動力汽車的多個控制子系統進行交互的示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明第一實施例提供一種用于混合動力汽車的整車控制器10，其包括：傳感器處理單元101、微處理器102、通信接口單元103以及執行器驅動單元104。

其中，傳感器處理單元101采集混合動力汽車的第一運行參數集；通信接口單元103與混合動力汽車的至少一控制子系統交互信息，以獲取第二運行參數集以及輸出控制信號集；微處理器102結合第一、第二運行參數集生成控制信號集。

混合動力汽車的控制子系統包括但不限于：發動機控制系統、電機控制系統、電池管理系統和/或變速箱控制系統等。這些控制子系統基于整車控制器10最終輸出的控制信號集對混合動力汽車的動力總成進行控制。

進一步地，整車控制器10還可包括執行器驅動單元104。執行器驅動單元104根據微處理器102傳來的控制信號集對混合動力汽車的行駛輔助系統和/或部件進行控制。

其中，行駛輔助系統和/或部件例如包括故障指示燈、繼電器、冷卻風扇控制器、冷卻水泵控制器等。

具體地，傳感器處理單元101采集多個傳感器信號，這些傳感器信號組成本文所述的第一運行參數集。第一運行參數集可以包括加速踏板位置信號；制動踏板位置信號；以及離合器位置信號（自動排擋混合動力汽車不具有離合器位置信號）這些模擬信號中的任一個或任多個，也可包括其他數字信號，諸如ACC開關信號、Run/crank信號等。這些各種信號能夠由分設于車身各個位置的模擬信號傳感器或數字信號傳感器來采集，這些模擬信號傳感器或數字信號傳感器組成傳感器處理單元101。

通信接口單元103與混合動力汽車的多個控制子系統交互信息。根據本發明的第一實施例的一種具體實現，通信接口單元103可實現為基于CAN總線的收發電路，其基于微處理器102的輸出向整車控制器10外部輸出控制信號集；以及接收外部輸入的第二運行參數集。

結合圖3，通信接口單元103（圖3未示出）通過CAN總線與發動機控制系統301、電機控制系統302、電池管理系統303以及變速箱控制系統304（手動排擋混合動力汽車可不設變速箱控制系統）等混合動力汽車的控制子系統進行數據交互。其中，發動機控制系統301控制發動機201的運行并可獲得其運行參數，電極控制系統302控制電機202的運行并可獲得其運行參數，電池管理系統303管理動力電池203的運行并可獲得其運行參數，以及，變速箱控制系統304控制變速箱204的運行并可獲得其運行參數。

通信接口單元103接收的第二運行參數集可以包括發動機轉速參數、電池SOC參數、電機運行參數、車速參數等。

通信接口單元103輸出的控制信號集可以包括關于轉矩分配策略的控制信號、關于（混合動力）模式切換過程控制策略的控制信號，也可以包括針對發動機控制系統301、電機控制系統302、電池管理系統303、或變速箱控制系統304的其他控制信號。

執行器驅動單元104可實現為功率驅動電路和/或保護電路，以驅動相關的系統或部件執行相應動作。

該第一實施例中，微處理器102為整車控制器的核心單元。其結合第一、第二運行參數集進行邏輯運算，生成控制信號集。

進一步地，控制信號集可以包括第一子集和第二子集，第一子集經由通信接口單元103輸出到混合動力汽車的各控制子系統，以便對動力總成進行控制。第二子集向執行器驅動單元104傳遞，以便對混合動力汽車的行駛輔助系統和/或部件進行控制。

整車控制器的主要功能是獲取加速踏板或制動踏板信號，并且從總線中獲得車速、發動機轉速、電池SOC等信息，按照一定的控制規則，通過CAN總線通訊直接或間接協調發動機管理系統、電機控制系統及變速箱控制系統等混合動力汽車的控制子系統進行工作。通過對動力系統各個部件的轉速、扭矩、功率等參數進行協調控制，使混合動力車輛運行在最佳狀態。

上述整車控制器系統集成度高、柔性良好，并能穩定地實現發動機、電機和傳動系統的最佳配合，同時整合各種聯結形式、可靈活應用于各種平臺的混合動力汽車控制系統。

如圖2所示，本發明第二實施例提供一種用于混合動力汽車的整車控制器的微處理器。該微處理器一般包括信號處理及故障初步分析模塊1020、故障診斷及安全控制單元1021、混合動力工作模式確定單元1022以及系統部件控制單元1023。為說明的方便起見，傳感器處理單元、通信接口單元以及執行器驅動單元在圖2中并未示出。

信號處理及故障初步分析模塊1020針對第一運行參數集進行信號處理及故障初步分析，以確定汽車運行參數信息和/或汽車故障信息。故障診斷及安全控制單元1021基于汽車故障信息對混合動力汽車的至少一控制子系統進行故障診斷。混合動力工作模式確定單元1022基于故障診斷及安全控制單元1021的輸出結果以及汽車運行參數信息確定混合動力汽車的動力總成的工作模式。系統部件控制單元1023基于混合動力工作模式確定單元1022的輸出結果以及汽車運行參數信息生成控制信號集。

作為進一步改進，故障診斷及安全控制單元1021、混合動力工作模式確定單元1022以及系統部件控制單元1023的工作優先級依次降低。

具體地，故障診斷及安全控制單元1021是優先級最高的管理單元，其主要功能是對混合動力控制系統進行故障診斷并針對整車故障及時進行保護處理；混合動力工作模式確定單元1022的優先級其次，其主要功能是確定混合動力汽車的動力總成的工作模式；而系統部件控制單元1023為優先級較低的管理單元，其主要功能主要包括生成控制信號集，控制信號集可至少體現整車能量管理策略和動態過程控制策略兩個方面。

上述工作優先級的設置，可首先以最大系統資源對混合動力控制系統進行故障診斷及相應的保護處理；在此之后，以剩余的系統資源來考慮混合動力汽車的動力總成的工作模式；隨之，再以剩余的系統資源具體體現整車能量管理策略和動態過程控制策略。這種漸進式的邏輯運算可首先保證混合動力汽車的安全性、迅速診斷多種故障、消除駕駛員的顧慮。當系統資源足夠的情況下，上述工作優先級設置又能實現發動機、電機和傳動系統的最佳配合，使混合動力汽車達到最佳運行狀態。

系統部件控制單元1023生成控制信號集，經由總線（圖2未示出）傳送到混合動力汽車的多個控制子系統30，諸如發動機控制系統、電機控制系統、變速箱控制系統等。該多個控制子系統隨后可以閥控制信號、電流控制信號等形式將控制命令發送到混合動力傳動系統31，混合動力傳動系統31最終實現對發動機、電機等動力總成部件的控制。

如上述第一實施例，混合動力傳動系統31中可設置部分傳感器，以便采集混合動力汽車的第一運行參數集。

在本發明的具體實現中，可將一些功能兼容且通用的功能模塊做成數據庫，在程序設計中直接調用。從而，對于不同構型的混合動力系統，能量管理系統的設計就主要集中在動態過程控制和能量分配等功能模塊，并且軟件功能模塊開發可采用基于模型開發的方式，即在Matlab/Simulink軟件中建立控制模型,經過仿真測試后，將模型生成C代碼，與底層驅動程序集成，再下載到整車控制器硬件。

此外，為了達到兼容多種結構形式的混合動力系統的目的，在混合動力整車控制器的硬件設計方面，可將整車控制器的硬件設計成為兼容的硬件，即根據混合動力系統的控制需求，綜合考慮串聯、并聯和混聯等混合動力的聯結形式，從而可開發出滿足多種構型、各種平臺的整車控制器。

本發明第三實施例提供一種混合動力汽車控制系統，其包括上述第一或第二實施例中的整車控制器、發動機控制系統、電機控制系統、以及電池管理系統。

其中，整車控制器配置成：與發動機控制系統進行交互，以獲取發動機運行信息并輸出發動機控制信號；與電機控制系統進行交互，以獲取電機運行信息并輸出電機控制信號；與電池管理系統進行交互，以獲取電池運行信息。

進一步地，在自動排擋混合動力汽車中，混合動力汽車控制系統還包括變速箱控制系統，整車控制器與變速箱控制系統進行交互，以獲取擋位信息并輸出換擋指令。

結合圖3，混合動力汽車控制系統還可包括儀表系統40，整車控制器與儀表系統40進行交互，以向乘客指示混合動力汽車的行駛狀態。混合動力汽車控制系統也可包括車身控制器，車身控制器通過總線與發動機控制系統、電機控制系統、變速箱控制系統等進行交互，以便控制車身的穩定與平衡。

對于汽車電控系統開發企業來說，本發明提高了混合動力汽車控制系統的開發效率，并且可以達到集成管理不同構型、不同平臺混合動力車型的開發的目的，甚至可以移植到純電動汽車及其他新能源車輛的開發。

上述說明僅針對于本發明的優選實施例，并不在于限制本發明的保護范圍。本領域技術人員可作出各種變形設計，而不脫離本發明的思想及附隨的權利要求。