混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)信息顯示研究

伍慶龍 楊鈁

（中國第一汽車集團(tuán)有限公司 新能源開發(fā)院，長春 130011）

主題詞：混合動(dòng)力 ePT系統(tǒng) 信息顯示

1 引言

汽車能源與環(huán)境問題是21世紀(jì)全球汽車業(yè)共同面臨的巨大挑戰(zhàn)[1]?；旌蟿?dòng)力汽車在節(jié)能和環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)越來越引起人們廣泛的關(guān)注。由于混合動(dòng)力車輛區(qū)別于傳統(tǒng)車輛，動(dòng)力系統(tǒng)不同，所以儀表顯示相關(guān)的一些信息提示也會(huì)有所不同[2-3]。本文通過對(duì)混合動(dòng)力汽車行駛狀態(tài)中的ePT系統(tǒng)相關(guān)信息進(jìn)行判斷和顯示，采用圖像、信號(hào)燈以及聲音等方式在儀表顯示系統(tǒng)（如IC、DVD）上進(jìn)行提示，以告知駕駛員動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)部件及功能是否正?；虬l(fā)生故障。

2 ePT系統(tǒng)顯示相關(guān)部件

混合動(dòng)力車輛ePT系統(tǒng)信息顯示涉及的物理部件如表1所示，具體包括有整車控制器（HCU）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、電機(jī)控制器（MCU）、儀表顯示系統(tǒng)（IC）和娛樂導(dǎo)航系統(tǒng)（DVD）。這些部件及系統(tǒng)需要在儀表或娛樂系統(tǒng)上進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的顯示。

表1 ePT系統(tǒng)顯示相關(guān)物理部件

3 ePT系統(tǒng)顯示方案設(shè)計(jì)

ePT系統(tǒng)相關(guān)的內(nèi)容顯示需要通過CAN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)或者硬線信號(hào)的方式傳遞給儀表進(jìn)行顯示。為了合理地進(jìn)行信息顯示，需要先進(jìn)行顯示系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

整車動(dòng)力系統(tǒng)與HCU相關(guān)的CAN總線為Hybrid CAN和PTCAN，HCU橫跨了兩條CAN網(wǎng)絡(luò)，可以作為網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)信號(hào)。電池管理系統(tǒng)BMS、電機(jī)控制器MCU屬于混合動(dòng)力車輛新增的部件，放在Hybrid CAN混動(dòng)CAN網(wǎng)絡(luò)上，IC和DVD主要用于ePT系統(tǒng)信息顯示，放在PTCAN上。

圖1 ePT系統(tǒng)顯示控制拓?fù)鋱D

混動(dòng)ePT系統(tǒng)信息統(tǒng)一由HCU發(fā)給顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示，即電池相關(guān)的狀態(tài)信息由BMS發(fā)給HCU，電機(jī)相關(guān)的狀態(tài)信息由MCU發(fā)給HCU，最后HCU統(tǒng)一將各自信號(hào)發(fā)給儀表進(jìn)行信息顯示。另外，BMS有充電狀態(tài)指示燈顯示，設(shè)計(jì)時(shí)可以由硬線進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此，該指示燈的顯示可以通過硬線直接與IC進(jìn)行連接。

4 ePT系統(tǒng)顯示信息內(nèi)容

一般傳統(tǒng)車輛顯示內(nèi)容包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、車速表、燃油表、水溫表等[4-5]，而混合動(dòng)力由于增加了電機(jī)、電池，所以還需要顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速、電池電流、電壓和剩余電量等與ePT系統(tǒng)相關(guān)的信息。另外，除了動(dòng)力源部件的單獨(dú)狀態(tài)以外，混合動(dòng)力車輛還要顯示整個(gè)ePT系統(tǒng)的總體運(yùn)行狀態(tài)等，下面將介紹在混合動(dòng)力車輛中有關(guān)ePT系統(tǒng)應(yīng)該顯示的信息。

（1）ePT系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒

Ready指示燈點(diǎn)亮用于說明各控制器狀態(tài)及ePT動(dòng)力系統(tǒng)無故障，混動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)已準(zhǔn)備就緒，此時(shí)若駕駛員踩下油門踏板，整車就可以行駛。

為了表明整車動(dòng)力系統(tǒng)處于就緒狀態(tài)，HCU需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如ePTSysRdy）用于表明當(dāng)前ePT系統(tǒng)已經(jīng)就緒。IC接收到該信號(hào)且值為1時(shí)，應(yīng)點(diǎn)亮系統(tǒng)Ready燈，同時(shí)進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)就緒文字提示。

（2）ePT系統(tǒng)出現(xiàn)故障

系統(tǒng)故障燈點(diǎn)亮用于說明此時(shí)混合動(dòng)力車輛ePT系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，需要盡快停車檢查，以確認(rèn)是否是電池、電機(jī)或其他部件出現(xiàn)了問題導(dǎo)致ePT系統(tǒng)層面出現(xiàn)故障。

為了表明整車動(dòng)力系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，HCU需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如ePTSysFault）用于表明當(dāng)前動(dòng)力系統(tǒng)處于故障狀態(tài)。IC接收到該信號(hào)且值為1時(shí)（表示信號(hào)觸發(fā)，以下含義類似），應(yīng)點(diǎn)亮系統(tǒng)故障燈，同時(shí)進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)故障文字提示。

（3）DC/DC充電故障

DC/DC充電故障指示燈點(diǎn)亮說明12 V低壓電池系統(tǒng)不能正常充電，即高壓電池對(duì)低壓電池充電發(fā)生了故障。MCU需要將信號(hào)發(fā)給HCU后再轉(zhuǎn)發(fā)給儀表進(jìn)行報(bào)警顯示。

為了表明DC/DC充電故障，MCU需要發(fā)送一個(gè)信號(hào)（如DCDCChrgFault）用于表明當(dāng)前DC/DC處于故障狀態(tài)。IC收到該信號(hào)且值為1時(shí)，應(yīng)點(diǎn)亮DC/DC充電故障燈，同時(shí)進(jìn)行DC/DC充電故障文字提示。

（4）高壓電池故障

高壓電池故障燈點(diǎn)亮說明高壓動(dòng)力電池當(dāng)前處于故障狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)BMS將電池故障告之整車控制器后，HCU發(fā)給儀表進(jìn)行報(bào)警顯示，駕駛員需要盡快停車以排查高壓動(dòng)力電池。

為了表明高壓電池故障，BMS需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如HVbattFault）用于表明當(dāng)前高壓電池處于故障狀態(tài)。IC接收到該信號(hào)且值為1時(shí)，應(yīng)點(diǎn)亮高壓電池故障燈，同時(shí)進(jìn)行高壓電池故障文字提示。

（5）電機(jī)過溫故障

電機(jī)過溫故障燈點(diǎn)亮說明此時(shí)電機(jī)系統(tǒng)溫度過高，已達(dá)到限值，此時(shí)如果繼續(xù)行車將對(duì)車輛安全性能造成嚴(yán)重的影響。MCU需將信號(hào)發(fā)給HCU后再轉(zhuǎn)發(fā)給儀表進(jìn)行報(bào)警顯示。

為了表明電機(jī)發(fā)現(xiàn)過溫故障，MCU需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如MotOverTemp）用于表明當(dāng)前電機(jī)出現(xiàn)過溫故障。IC接收到該信號(hào)且值為1時(shí)，應(yīng)點(diǎn)亮電機(jī)過溫故障燈，同時(shí)進(jìn)行電機(jī)過溫文字提示。

（6）高壓電池切斷

高壓電池切斷燈點(diǎn)亮說明此時(shí)高壓動(dòng)力電池主繼電器沒有閉合，BMS需將信號(hào)發(fā)給HCU后再轉(zhuǎn)發(fā)給儀表進(jìn)行報(bào)警顯示，以告之駕駛員此時(shí)車輛高壓電池是處于切斷的狀態(tài)。

為了表明高壓電池切斷，BMS需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如HVBattShutOff）用于表明當(dāng)前高壓電池主繼電器沒有閉合。IC接收到該信號(hào)且值為1時(shí)，應(yīng)點(diǎn)亮高壓電池切斷狀態(tài)燈，同時(shí)進(jìn)行高壓電池?cái)嚅_文字提示。

（7）系統(tǒng)功率受限

系統(tǒng)功率受限警告燈點(diǎn)亮說明此時(shí)ePT系統(tǒng)功率受限，配上相應(yīng)的文字提示用于告之駕駛員此時(shí)車輛動(dòng)力系統(tǒng)功率受到限制，車輛加速性能受到一定程度的影響。

為了表明系統(tǒng)功率受限，HCU需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如ePTSysPowerLimit）用于表明當(dāng)前車輛動(dòng)力系統(tǒng)功率受限。IC接收到該信號(hào)且值為1時(shí)，應(yīng)點(diǎn)亮系統(tǒng)功率受限指示燈，并進(jìn)行系統(tǒng)功率受限文字提示。

（8）高壓電池SOC

高壓動(dòng)力電池SOC用于說明動(dòng)力蓄電池的剩余工作容量，即顯示動(dòng)力蓄電池剩余電量與總?cè)萘康陌俜直萚4]。當(dāng)SOC低于某一個(gè)規(guī)定值時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行報(bào)警顯示。

為了表明動(dòng)力電池SOC的荷電狀態(tài)，BMS需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如HVBattSOC）用于表明當(dāng)前高壓電池SOC的值。IC基于接收到的CAN信號(hào)值進(jìn)行顯示SOC，該信號(hào)的范圍可以為0%至100%。當(dāng)動(dòng)力電池SOC值過低時(shí)，經(jīng)過標(biāo)定低于某一下限值，此時(shí)IC應(yīng)點(diǎn)亮動(dòng)力電池低荷電狀態(tài)警告指示燈。

（9）動(dòng)力系統(tǒng)功率

動(dòng)力系統(tǒng)功率顯示用于告之駕駛員當(dāng)前車輛的總體輸出功率狀態(tài)，除了發(fā)動(dòng)機(jī)之外，還包括電機(jī)的輸出功率情況。

為了表明動(dòng)力系統(tǒng)功率值，HCU需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如ePTSysPower）用于表明當(dāng)前車輛的系統(tǒng)功率輸出。當(dāng)系統(tǒng)功率值為正時(shí)，說明此時(shí)動(dòng)力系統(tǒng)正在驅(qū)動(dòng)車輛，當(dāng)系統(tǒng)功率值為負(fù)時(shí)，說明此時(shí)車輛正在進(jìn)行能量回收。該信號(hào)的范圍要視動(dòng)力源的輸出功率而定。

（10）駕駛模式顯示

根據(jù)不同的工況環(huán)境，駕駛員可以選擇不同的駕駛模式，被選定的駕駛模式應(yīng)在儀表上進(jìn)行顯示。

為了表明駕駛模式，HCU需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如DriveMode）用于表明當(dāng)前車輛被選定的駕駛模式。當(dāng)儀表顯示為E時(shí)，說明駕駛員選擇的是經(jīng)濟(jì)模式，此時(shí)車輛以節(jié)油經(jīng)濟(jì)駕駛為主；當(dāng)儀表顯示為N時(shí)，說明駕駛員選擇的是正常模式，此時(shí)兼顧節(jié)油率和動(dòng)力性；當(dāng)儀表顯示為S時(shí)，說明駕駛員選擇的是運(yùn)動(dòng)模式，此時(shí)車輛以動(dòng)力性考慮為主。除此以外的模式，整車還可以基于用戶需求設(shè)計(jì)其他的駕駛模式進(jìn)行顯示。

（11）電機(jī)轉(zhuǎn)速

電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示用于告之駕駛員當(dāng)前電機(jī)系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)速值，MCU需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如Motor?Speed）用于表明轉(zhuǎn)速值。IC基于收到的CAN信號(hào)值進(jìn)行顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速值，電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍要視具體的電機(jī)能力而定。

（12）電池電壓

電池電壓顯示用于告之駕駛員當(dāng)前高壓電池系統(tǒng)輸出的電壓值，BMS需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如HVBattVol）用于表明電壓值。IC應(yīng)基于收到的CAN信號(hào)值進(jìn)行顯示動(dòng)力電池電壓，動(dòng)力電池的電壓等級(jí)一般在300 V以上。

（13）電池電流

電池電流顯示用于告之駕駛員當(dāng)前高壓電池系統(tǒng)輸出的電流值，BMS需要發(fā)送一個(gè)CAN信號(hào)（如HVBattCrnt）用于表明電流值。IC應(yīng)基于收到的CAN信號(hào)值進(jìn)行顯示電池電流。正常車輛驅(qū)動(dòng)時(shí)動(dòng)力電池電流輸出為正，車輛在能量回收過程中，動(dòng)力電池電流值為負(fù)。

（14）充電槍狀態(tài)

當(dāng)駕駛員將充電槍連接時(shí)，BMS應(yīng)有一個(gè)硬線信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)充電槍連接狀態(tài)指示燈亮。IC基于接收到的硬線信號(hào)進(jìn)行顯示當(dāng)前的充電槍狀態(tài)。

（15）充電狀態(tài)

當(dāng)駕駛員將充電槍連接時(shí)，同時(shí)此時(shí)高壓電池是處于充電狀態(tài)，BMS應(yīng)有一個(gè)硬線信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)充電狀態(tài)指示燈亮。IC基于接收到的硬線信號(hào)進(jìn)行顯示當(dāng)前的電池充電狀態(tài)，即處于充電或充電已滿。

（16）混動(dòng)能量流顯示

由于混合動(dòng)力汽車有串聯(lián)、并聯(lián)、能量回收等工作模式，為了使駕駛員能更清晰地在顯示系統(tǒng)上（如DVD）觀察到當(dāng)前車輛的混動(dòng)運(yùn)行模式?？梢栽贒VD娛樂屏的操作面板上新增一個(gè)軟開關(guān)，用于顯示混合動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行模式[6]。當(dāng)按下該軟開關(guān)時(shí)，娛樂系統(tǒng)界面將根據(jù)車輛當(dāng)前的混動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行模式顯示不同的能量流狀態(tài)。

針對(duì)插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)，混動(dòng)能量流的顯示包括純電模式能量流、串聯(lián)模式能量流、并聯(lián)模式能量流，以及滑行和制動(dòng)能量回收能量流等。在能量流顯示中，能夠體現(xiàn)出各動(dòng)力源的工作狀態(tài)，如動(dòng)力電池充放電、電機(jī)驅(qū)動(dòng)或回收、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)情況等。

5 ePT系統(tǒng)顯示信息實(shí)例

通過上述的ePT系統(tǒng)及各子系統(tǒng)控制器協(xié)同控制的顯示方案設(shè)計(jì)，并且基于CAN網(wǎng)絡(luò)通信，可以實(shí)現(xiàn)在混合動(dòng)力車輛中與ePT系統(tǒng)相關(guān)的信息得到合理顯示。

目前在某些開發(fā)的混合動(dòng)力車輛中，有關(guān)動(dòng)力系統(tǒng)的一些指示燈顯示如表2所示，且該顯示的形狀應(yīng)保持與國標(biāo)GB/T 4094.2中規(guī)定的一致[7]。

表2 ePT系統(tǒng)指示燈狀態(tài)

從表2可以看出，混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)指示燈與傳統(tǒng)汽車上的顯示指示燈存在一定的區(qū)別，主要是因?yàn)榛旌蟿?dòng)力汽車新增加了與電池和電機(jī)等部件相關(guān)的一些信號(hào)指示燈。另外，除了表2中的指示燈之外，有一些與動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的信號(hào)可以通過文字或表針形式進(jìn)行顯示。

6 總結(jié)

由于混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)存在較大的差異，而且一些關(guān)鍵零部件的開發(fā)也不是非常成熟，所以混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的顯示也是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中不斷進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。通過本文設(shè)計(jì)的顯示系統(tǒng)及方案，并基于實(shí)際開發(fā)應(yīng)用，能夠有效地進(jìn)行混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)信息的顯示，為駕駛員及客戶提供準(zhǔn)確而又豐富的車輛運(yùn)行信息。