一种混合动力汽车的双传感器容错控制系统及控制方法与流程

1.本发明属于混合动力汽车相关技术领域，具体涉及一种混合动力汽车的双传感器容错控制系统及控制方法。


背景技术：

2.由于混合动力汽车的发动机和电机系统需要根据不同路况、驾驶员意图和汽车实际运行状态做出良好的动力分配，这就需要整车控制系统的控制策略进行调度。整车控制系统作为汽车的核心组成部分，其可靠稳定的工作是混合动力汽车正常运行的前提，并且对于驾驶员和乘员的人身安全也十分重要；因此控制系统的控制策略不仅要考虑正常行车的可靠策略，还要对车辆故障时汽车容错安全可靠进行控制。
3.而混合动力汽车控制系统的复杂性增加了故障产生的可能性及出现几率，车辆行驶的过程中可能会出现各种各样的故障，例如传感器或控制器或执行器故障等，如何避免这些故障发生或是让车辆能在故障发生后，仍能保持主要功能，并且安全稳定运行是当前急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种混合动力汽车的双传感器容错控制系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题，其通过硬件上双传感器冗余设计结合软件上主控容错控制，将容错控制技术应用到混合动力汽车的控制系统中，提高混合动力汽车的可靠性和安全稳定性能。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。
6.一种混合动力汽车的双传感器容错控制系统，其包括主控制器，所述主控制器与车辆各子控制器、电源控制电路连接，还与油门传感器、档位传感器、制动传感器连接；其特征在于：所述油门传感器、档位传感器均包括两种不同特性的传感器；所述主控制器还包括故障检测模块和故障处理模块。
7.所述油门传感器包括两种不同特性的传感器，其传感器具体包括第一油门传感器、第二油门传感器，具体选型为：电位计式油门位置传感器、滑动电阻式油门位置传感器、霍尔式油门位置传感器中任意两种。
8.所述档位传感器包括两种不同特性的传感器，其传感器具体包括第一档位传感器、第二档位传感器，具体选型为：模拟传感器、开关型传感器。
9.所述故障检测模块用于通过分别分析和确定第一油门传感器、第二油门传感器、第一档位传感器、第二档位传感器的输出信息的变化模式是否对应于多个预设故障模式中的一个来检测输出信息是否存在错误、确定发生故障事件的传感器。
10.所述故障处理模块包括控制输入设置单元，所述控制输入设置单元用于基于来自上述各传感器的正常输出信息来设置控制输入，当某个传感器发生故障事件时，所述控制输入设置单元需要根据无故障的传感器的输出信息来进行设置。
11.所述主控制器还与历史故障记录电路连接，所述历史故障记录电路中包括eeprom，所述历史故障记录电路用于记录传感器的故障事件。
12.所述车辆各子控制器具体包括：电机控制器、电池控制器、发动机控制器、制动控制器；所述主控制器和电机控制器相互监视对方的看门狗脉冲输出信号。
13.基于上述控制系统，本发明还提供了一种混合动力汽车的双传感器容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤s1.主控制器接收油门传感器、档位传感器的输出信息，然后故障检测模块检测上述油门传感器、档位传感器的输出信息是否存在错误；如果存在错误，则上述存在错误输出信息对应的传感器发生了故障事件，执行步骤s2；如果不存在错误，则返回等待下一次执行步骤s1；步骤s2. 故障处理模块进行故障处理，控制输入设置单元使用未发生故障事件的传感器的输出信息进行设置；步骤s3. 历史故障记录电路中的eeprom记录上述存在错误输出信息对应的传感器的故障事件，并返回等待下一次执行步骤s1。
14.进一步的，上述控制方法以固定的时间间隔启动执行步骤s1。
15.进一步的，所述步骤s1中故障检测模块通过分别分析和确定第一油门传感器、第二油门传感器、第一档位传感器、第二档位传感器的输出信息的变化模式是否对应于多个预设故障模式中的一个来检测输出信息是否存在错误、确定故障传感器。
16.与现有技术相比，本发明提供了一种混合动力汽车的双传感器容错控制系统及控制方法，具备以下有益效果：本发明通过硬件上双传感器冗余设计，油门传感器和档位传感器均包括两种不同特性的传感器，并结合软件上主动容错控制，在主控制器中通过计算机程序实现故障检测模块和故障处理模块，其以固定的时间间隔启动执行容错控制方法，进而将容错控制技术应用到混合动力汽车的控制系统中，提高了混合动力汽车的可靠性和安全稳定性能。
附图说明
17.图1 为混合动力汽车的整车组成的示意图；图2 为本发明控制系统的示意图；图3 为本发明故障检测模块与故障处理模块的示意图；图4为本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
18.首先介绍下混合动力汽车的整车组成。
19.如图1所示，混合动力汽车的整车组成包括数据采集、系统控制和动力耦合与传动三部分。
20.数据采集包含了用于感测由驾驶员踩下的油门踏板行驶的距离的油门传感器12，用于感测换档杆位置的档位传感器11，用于感测制动踏板被施加的压力的制动传感器13，用于感测电池的充电状态的电池传感器，用于测量电机转速的电机转速传感器。
21.控制系统包含了多个控制器ecu、主控制器2和电机控制器3。其中主控制器2分别
与电池控制器6（电池ecu）、发动机控制器5（发动机ecu）、制动控制器5（制动ecu）连接，其中每个控制器ecu都包含有微型计算机、输入/输出接口、和多个其它电路元件安装在单个电路基板上；电机控制器和电机驱动电路连接。
22.动力耦合与传动部分中，行星齿轮11分别与发动机12、第一电机9和第二电机10、以及差速器13连接完成动力传输至左右车轮14l/14r。具体地，发动机12和电机1和电机2的轴通过行星齿轮11机械地相互耦合。行星齿轮11包括太阳齿轮、齿圈和具有行星小齿轮的行星齿轮架。在本工作示例的混合动力车辆中，发动机12的曲轴通过减振器与行星齿轮架轴相连。减振器用于吸收曲轴产生的扭转振动。第一电机9和第二电机10的转子连接到太阳齿轮轴。齿圈的旋转通过链带和差速器齿轮传递到轮轴和车轮。具体地，发动机12是普通汽油发动机。发动机控制器5根据来自主控制器2的命令控制发动机12。第一电机9和第二电机10主要包含转子、定子和线圈，其中定子的三相线圈用于产生旋转磁场。定子和三相线圈分别通过驱动电路连接到电池。驱动电路7由电机控制器3控制。当驱动电路7由来自电机控制器3的控制信号接通时，电流在电池组8和第一电机9、第二电机10之间流动。第一电机9和第二电机10可以从电池组8接收电能以产生驱动力，或者它们也可以作为发电机工作，在转子旋转时，通过三相线圈产生电能并给电池组8充电。
23.在此基础上，本发明提供了一种混合动力汽车的双传感器容错控制系统，如图2-3所示，其包括主控制器2，所述主控制器2与车辆各子控制器、电源控制电路1连接，还与油门传感器12、档位传感器11、制动传感器13连接。所述主控制器2是高性能的微处理器，配备大容量的程序和数据存储器及总线接口等。所述主控制器2的主要功能是接收控制处理各种传感器的输出信息，并且控制每个动力源的驱动部件，即发动机、电机的转速、扭矩分配和其它被控量，以及为其它控制器（ecu）提供相应的控制信息。所述电源控制电路1是用于将电池组的高dc电压转换为用于主控制器内部电路的低dc电压的电路，电源控制电路1还用作监视主控制器故障情况的监视电路。
24.所述油门传感器12、档位传感器11均包括两种不同特性的传感器，实现对油门和挡位传感器的冗余设置。油门传感器12包括两个具有不同特性的传感器12a和12b，例如:电位计式油门位置传感器, 滑动电阻式油门位置传感器,或霍尔式油门位置传感器中任意两种；其输出的信号ap1和ap2输入到主控制器，并由主控制器控制油门打开位置。档位传感器11包括两个具有不同特性的传感器11a和11b，例如: 第一档位传感器11a可以采用模拟传感器，如：电位计，其特点是输出信号sp1随着换档杆的移动而连续变化；第二档位传感器11b可以采用多个位置开关sw1-sw6组成的开关型传感器；传感器11a和11b的输出信号为sp2和sp2，用于指示换档位置。制动传感器13可以采用接触式旋转位移传感器，其输出电压与踏板位移成线性关系。
25.所述主控制器2还包括故障检测模块21和故障处理模块22；所述故障处理模块21包括控制输入设置单元，所述控制输入设置单元用于油门控制输入设置、挡位控制输入设置和制动控制输入设置。主控制器2通过故障检测模块21检测两个油门传感器、两个档位传感器是否产生故障。故障处理模块22用于完成故障处理，通常其控制输入设置单元基于来自上述各传感器的正常输出信息来设置控制输入（例如：油门打开或换档位置）。当某个传感器发生故障时，控制输入设置单元需要根据无故障的传感器的输出信息来进行设置。所述的故障检测模块21和故障处理模块22由存储在主控制器内的rom中的计算机程序来实
现，使用计算机程序具体实现上述模块功能是本领域的常规技术手段，在此不做赘述。
26.所述主控制器2还与历史故障记录电路23连接。所述历史故障记录电路23由eeprom和相应的电路构成，用于记录行车过程中传感器发生的故障信息及故障发生的历史。当某个传感器发生故障时，有关该故障的信息被记录在历史故障记录电路23的eeprom中。
27.所述车辆各子控制器具体包括：电机控制器3、电池控制器6、发动机控制器5、制动控制器4。
28.电机控制器3接收来自主控制器2的电机所需要的转矩值t1req和t2req信号后，电机控制器2将第一电机9和第二电机10所需要的电流值i1req和i2req发送到相应的电动机控制单元ecu31和ecu32。电机控制单元ecu31和ecu32根据所需的电流值i1req和12req控制其各自的驱动电路驱动第一电机9和第二电机10。来自第一电机9和第二电机10的传感器的电机转速信号rev1和rev2反馈给主控制器2，并且电池组8将用于供给驱动电路的电流值ib经电机控制器3反馈给主控制器2。
29.电池控制器6监视电池组8的荷电状态soc（电池状态），并根据需要将电池组8的所需充电值chr发送给主控制器2，主控制器2根据该所需值chr确定每个动力源的输出。当需要充电时且发动机输出大于所需输出驱动力时，则将多余部分用来为第一电机执行充电操作。
30.发动机控制器5接收来自主控制器2的发动机所需输出值信号enr来控制发动机12，发动机12的转速env通过发动机控制器5反馈给主控制器2。
31.制动控制器4用于实现液压制动器和第二电机的再生能量回收的控制，因为混合动力车辆的构造使得第二电机在制动期间可以执行能量回收、对电池充电。具体地，制动控制器4基于来自制动传感器的制动压力bp信号向主控制器2输入再生请求值bpr，主控制器2基于请求值bpr确定第一电机9和第二电机10的操作模式，并将再生使用值bpa反馈给制动控制器4，制动控制器4根据制动压力bp以及再生实用值bpa和再生请求值bpr之间的差，将液压制动器设置到适当的位置。制动操作或减速操作的制动信号分别为bpa和bpr。
32.主控制器2确定机发动机12、第一电机9和第二电机10的输出，并将所需的值发送到发动机控制器5或电机控制器3的电机控制单元ecu31或ecu32来控制这些动力源，发动机控制器5或电机控制器3根据所需的值控制相应的动力源，由此，混合动力车辆可以行驶，同时根据行驶条件从驱动轴输出适当的驱动力。在制动期间，制动控制器4和主控制器2相互协作控制原动机或液压制动器的操作，这样可以执行制动并再生电能，而不会给驾驶员带来任何不适。
33.主控制器2、电机控制器3通过相互监视对方的所谓的看门狗脉冲wdp，来相互监视故障情况，并且当某个控制器发生故障导致看门狗脉冲停止时，复位信号res被相应地发送到主控制器2或电机控制器3中对其进行复位。在主控制器2和电机控制器3之间发送的复位信号res被输入到历史故障记录电路23的输入端口，并被存储在其内部eeprom中。主控制器2和历史故障记录电路23经由双向通信线路com交换请求和通知。主控制器2还进一步由电源控制电路1监视故障情况。
34.基于上述控制系统，本发明还提供了一种混合动力汽车的双传感器容错控制方法，如图4所示，其包括以下步骤：
步骤s1.主控制器接收油门传感器、档位传感器的输出信息，然后故障检测模块检测上述油门传感器、档位传感器的输出信息是否存在错误；如果存在错误，则上述存在错误输出信息对应的传感器发生了故障事件，执行步骤s2；如果不存在错误，则返回等待下一次执行步骤s1；步骤s2. 故障处理模块进行故障处理，其控制输入设置单元使用未发生故障事件的传感器的输出信息进行设置；步骤s3. 历史故障记录电路中的eeprom记录上述传感器的故障事件，并返回等待下一次执行步骤s1。
35.上述控制方法以固定的时间间隔启动执行。所述步骤s1中故障检测模块通过分别分析和确定第一油门传感器、第二油门传感器、第一档位传感器、第二档位传感器的输出信息的变化模式是否对应于多个预设故障模式中的一个来检测输出信息是否存在错误、确定故障传感器。
36.工作过程是：根据汽车行驶的不同工况和驾驶员的意愿，主控制器的控制命令通过电机控制器和各个控制器ecu实现对混合动力汽车的控制。具体地，驾驶员通过油门、挡位和制动等操作实现驾驶意图，将油门、挡位和制动传感器的输出信息输入到主控制器，主控制器中的故障检测模块对输入的信号进行数据分析、比较并反馈。如果发现异常信息，判断是否是传感器故障而引起的数据异常，若是，则触发故障处理模块，由故障处理模块设置正确的控制信号并发送给电机控制器和主控制器中相关的控制单元，以便实现对动力源的连续控制。
37.本发明通过硬件上双传感器冗余设计，油门传感器和档位传感器均包括两种不同特性的传感器，并结合软件上主动容错控制，在主控制器中通过计算机程序实现故障检测模块和故障处理模块，其以固定的时间间隔启动执行容错控制方法，进而将容错控制技术应用到混合动力汽车的控制系统中，提高了混合动力汽车的可靠性和安全稳定性能。