專利名稱：基于混合動(dòng)力技術(shù)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)ecu的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶尤其是基于混合動(dòng)力技術(shù)上的發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶。
背景技術(shù)：
隨著傳統(tǒng)燃油汽車排放所造成的空氣質(zhì)量日益惡化和石油資源的漸趨匱乏，開(kāi)發(fā)低排放、低油耗的新能源汽車成為當(dāng)今汽車工業(yè)界的緊迫任務(wù)。由此人們?cè)絹?lái)越關(guān)注其他燃料的汽車和電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)，例如燃料電池汽車(FuelCell Vehicle簡(jiǎn)稱FCV)、純電動(dòng)汽車(Electric Vehicle 簡(jiǎn)稱 EV)和混合動(dòng)力汽車(Hybrid ElectricVehicle 簡(jiǎn)稱 HEV)。 但是FCV目前存在著成本、技術(shù)和氫能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等問(wèn)題，離產(chǎn)業(yè)化至少需要十至十五年的時(shí)間。EV雖然也是實(shí)現(xiàn)汽車零排放的一大途徑，但是由于目前動(dòng)力電池技術(shù)上并未取得突破性的進(jìn)展，而且電動(dòng)汽車依然存在在續(xù)駛里程短和充電時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。HEV雖然不能實(shí)現(xiàn)零排放，但針對(duì)以上FCV、EV所存在的問(wèn)題，HEV在目前環(huán)境更具有更強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，在世界范圍內(nèi)成為新型汽車開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。21世紀(jì)后，各國(guó)加快了 HEV的概念產(chǎn)品化的進(jìn)程，相繼推出了不同形式的HEV產(chǎn)品。豐田的I^rius，本田的hsight，通用的I^rec印t，福特的ftx)digy，戴姆勒克萊斯勒的 ESx3,日產(chǎn)的Tino等都是具有代表性的車型，其中I^rius和hsight己是成熟的產(chǎn)品，截止2008年12月，豐田I^rius全球銷量已經(jīng)超過(guò)了 100萬(wàn)輛。我國(guó)也非常重視混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研究與開(kāi)發(fā)，有關(guān)工作開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)90 年代。在“十五”期間，科技部組織北京理工大學(xué)、清華大學(xué)、東風(fēng)汽車公司等國(guó)內(nèi)多家企業(yè)、 高校和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，確定了以燃料電池汽車(FCEV)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV) 純電動(dòng)汽車(BEV)車型為“三縱”，多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池及其管理系統(tǒng)三種共性技術(shù)為“三橫”的“三縱三橫”的研發(fā)布局；之后，節(jié)能與新能源汽車的研發(fā)又被列入“十一五” 863計(jì)劃重大項(xiàng)目。目前，國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)已將混合動(dòng)力汽車作為未來(lái)主流競(jìng)爭(zhēng)型產(chǎn)品在戰(zhàn)略上高度重視，一汽、東風(fēng)、上汽、長(zhǎng)安、奇瑞、比亞迪等都已投入了大量的人力、物力，一些混合動(dòng)力車型已完成樣車開(kāi)發(fā)，并有部分車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小批量上市。但是，盡管經(jīng)過(guò)“十五”和“十二五”的研發(fā)過(guò)程，混合動(dòng)力汽車技術(shù)已經(jīng)取得了一定的成果，形成了相當(dāng)?shù)募夹g(shù)實(shí)力、產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)和生產(chǎn)能力，但是，部分關(guān)鍵技術(shù)、特別是電子控制技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品仍然掌握在美日等國(guó)家手中，國(guó)內(nèi)技術(shù)水平尚不能與國(guó)際先進(jìn)水平看齊。作為混合動(dòng)力汽車核心技術(shù)的動(dòng)力總成電子控制技術(shù)，大體上包括三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)， 分別是混合動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)、混合動(dòng)力機(jī)電耦合變速器控制技術(shù)、多能源混合動(dòng)力總成控制技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具備以下九大技術(shù)特征
1. 開(kāi)放的關(guān)鍵變量數(shù)據(jù)接口和CAN通訊協(xié)議
要優(yōu)化混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成的各項(xiàng)性能指標(biāo)，需要混合動(dòng)力系統(tǒng)各子部件控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU開(kāi)放關(guān)鍵變量數(shù)據(jù)接口和CAN通訊協(xié)議是極其必要的。然而，目前各主要的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)ECU供應(yīng)商出于產(chǎn)品技術(shù)保密及商務(wù)因素，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 的數(shù)據(jù)接口和通訊協(xié)議一般是封閉的，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)控制對(duì)于混合動(dòng)力整車動(dòng)力總成控制系統(tǒng)成為一個(gè)“黑箱”，對(duì)整車性能的優(yōu)化提升造成了極大的阻礙?；诩夹g(shù)自主的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略，可根據(jù)整車對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的需求提供發(fā)動(dòng)機(jī) ECU內(nèi)部關(guān)鍵控制變量，定制特定的CAN通訊協(xié)議。將發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵變量如外部扭矩需求、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油消耗率等數(shù)據(jù)接口開(kāi)放，供混合動(dòng)力汽車的整車主控制器或混合動(dòng)力系統(tǒng)其他附件的控制器利用，以實(shí)時(shí)地掌握、管理發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)，更加方便地進(jìn)行混合動(dòng)力系統(tǒng)的整車控制。2. 面向外部輸出扭矩/轉(zhuǎn)速/功率接口的控制策略
基于電子節(jié)氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，具備扭矩模型和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制模型，能根據(jù)外部轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速/功率需求進(jìn)行目標(biāo)控制，為串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)等各種類型混合動(dòng)力汽車整車控制器提供直接的能量分配控制接口。在工作時(shí)，通過(guò)CAN總線接收整車控制器發(fā)來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率指令及具體需求數(shù)值，精確快速響應(yīng)整車對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速/功率需求。3. 發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)工作點(diǎn)和工作區(qū)域控制
根據(jù)對(duì)項(xiàng)目所用的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)研究和性能測(cè)試，以及在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)臺(tái)架上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行基礎(chǔ)標(biāo)定工作，混合動(dòng)力汽車專用發(fā)動(dòng)機(jī)ECU內(nèi)含較為精確的發(fā)動(dòng)機(jī)模型和萬(wàn)有特性數(shù)據(jù)。目標(biāo)扭矩控制模塊和目標(biāo)轉(zhuǎn)速控制模塊可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工作點(diǎn)的目標(biāo)控制，控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作于整車控制器要求的最經(jīng)濟(jì)工作點(diǎn)或工作區(qū)域。4. 發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟?？刂?br> 大多混合動(dòng)力汽車的控制策略需要反復(fù)啟停發(fā)動(dòng)機(jī)。混合動(dòng)力汽車專用發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通過(guò)CAN接收整車發(fā)出的指令，控制發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)。同時(shí)，ECU根據(jù)實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)工況進(jìn)行相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)附件控制，進(jìn)行快速啟停的環(huán)境準(zhǔn)備。如需快速啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，控制油泵等處于工作狀態(tài)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制冷卻控制等。為自動(dòng)啟停功能優(yōu)化的標(biāo)定數(shù)據(jù)，保證自動(dòng)起停過(guò)程中的排放盡可能降至最低水平。5. 兼容串、并、混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)
該混合動(dòng)力汽車專用發(fā)動(dòng)機(jī)ECU能適用于包括串、并、混聯(lián)式在內(nèi)的不同類型的混合動(dòng)力系統(tǒng)。根據(jù)不同類型混合動(dòng)力系統(tǒng)的特征、工作模式及動(dòng)力需求，定制特定的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略，并與混合動(dòng)力系統(tǒng)中的其它附件進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊交互，以達(dá)到不同類型混合動(dòng)力系統(tǒng)的要求。6. 兼容單、雙、3、4、6缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)
混合動(dòng)力汽車專用發(fā)動(dòng)機(jī)ECU硬件資源豐富，能支持多達(dá)6缸的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵外圍器件驅(qū)動(dòng)。E⑶平臺(tái)底層程序包含對(duì)單、雙、3、4、6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，并且兼容接口靈活簡(jiǎn)單，能根據(jù)不同缸數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制需求快速切換控制模塊。目前，兼容的各種缸數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)已在實(shí)際項(xiàng)目中進(jìn)行驗(yàn)證并通過(guò)驗(yàn)收，可精確實(shí)時(shí)控制的轉(zhuǎn)速上限達(dá)到lOOOOrpm， 并具備發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)預(yù)噴油多點(diǎn)火等功能。7. 具備發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用平臺(tái)
混合動(dòng)力汽車專用發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶具備VVT、VVL、⑶I、EGR、Turbo等較先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的控制資源，可支持混合動(dòng)力汽車配置上述技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步提升混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，降低排放。8. 自動(dòng)代碼生成技術(shù)平臺(tái)
混合動(dòng)力汽車專用發(fā)動(dòng)機(jī)ECU基于自主研發(fā)的“一鍵式自動(dòng)代碼生成編譯鏈接平臺(tái)” 開(kāi)發(fā)。該平臺(tái)能在MATLAB環(huán)境下一鍵生成可執(zhí)行代碼及通用標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定文件，直接下載到 ECU芯片中，并進(jìn)行標(biāo)定?？刂撇呗蚤_(kāi)發(fā)人員無(wú)需了解底層開(kāi)發(fā)環(huán)境、手動(dòng)編輯C代碼及標(biāo)定文件，可以專注于算法開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)控制算法功能模塊的開(kāi)發(fā)、仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的快速迭代， 大大縮短了混合動(dòng)力汽車的開(kāi)發(fā)和供貨周期?？刂撇呗缘淖詣?dòng)代碼生成技術(shù)，避免了人工編輯代碼引入額外bug的可能，提高了代碼可靠性。9. 針對(duì)混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的常態(tài)工作區(qū)域的特定優(yōu)化標(biāo)定
針對(duì)每種混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所處的常態(tài)工作區(qū)域，進(jìn)行特定優(yōu)化標(biāo)定。根據(jù)混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的典型工作點(diǎn)、工作曲線或工作區(qū)域，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性，使混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳的經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)。


圖1混合動(dòng)力汽車專用發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶控制單元核心算法主框架。
具體實(shí)施例方式如圖1所示混合動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制單元核心算法框架發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩計(jì)算的輸入量為三大部分分別是混合動(dòng)力系統(tǒng)扭矩需求、其他扭矩需求、扭矩?fù)p失。其中混合動(dòng)力系統(tǒng)扭矩需求通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)選擇、外部扭矩需求轉(zhuǎn)換判斷外部扭矩需求。其他扭矩需求為環(huán)境條件、電器負(fù)載、發(fā)動(dòng)機(jī)啟停、怠速控制、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速限制及保護(hù)。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩計(jì)算實(shí)現(xiàn)輸出量為內(nèi)部扭矩需求。扭矩需求實(shí)現(xiàn)方式為電子節(jié)氣門開(kāi)度、點(diǎn)火提前角、噴油脈寬、斷油控制、增壓器控制。
權(quán)利要求
1.一種基于混合動(dòng)力技術(shù)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，其特征是包括九大技術(shù)特征開(kāi)放的關(guān)鍵變量數(shù)據(jù)接口和CAN通訊協(xié)議；面向外部輸出扭矩/轉(zhuǎn)速/功率接口的控制策略；發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)工作點(diǎn)和工作區(qū)域控制；發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟?？刂?；兼容串、并、混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)；兼容單、雙、3、4、6缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)；具備發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用平臺(tái)；自動(dòng)代碼生成技術(shù)平臺(tái)； 針對(duì)混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的常態(tài)工作區(qū)域的特定優(yōu)化標(biāo)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合動(dòng)力技術(shù)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，其特征是根據(jù)整車對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的需求提供發(fā)動(dòng)機(jī)ECU內(nèi)部關(guān)鍵控制變量，定制特定的CAN通訊協(xié)議，將發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵變量如外部扭矩需求、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油消耗率等數(shù)據(jù)接口開(kāi)放，供混合動(dòng)力汽車的整車主控制器或混合動(dòng)力系統(tǒng)其他附件的控制器利用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合動(dòng)力技術(shù)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，其特征是基于電子節(jié)氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，具備扭矩模型和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制模型，能根據(jù)外部轉(zhuǎn)矩/ 轉(zhuǎn)速/功率需求進(jìn)行目標(biāo)控制，為串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)等各種類型混合動(dòng)力汽車整車控制器提供直接的能量分配控制接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合動(dòng)力技術(shù)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，其特征是內(nèi)含較為精確的發(fā)動(dòng)機(jī)模型和萬(wàn)有特性數(shù)據(jù)，目標(biāo)扭矩控制模塊和目標(biāo)轉(zhuǎn)速控制模塊可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工作點(diǎn)的目標(biāo)控制，控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作于整車控制器要求的最經(jīng)濟(jì)工作點(diǎn)或工作區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合動(dòng)力技術(shù)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，其特征是混合動(dòng)力汽車專用發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通過(guò)CAN接收整車發(fā)出的指令，控制發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)，ECU根據(jù)實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)工況進(jìn)行相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)附件控制，進(jìn)行快速啟停的環(huán)境準(zhǔn)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合動(dòng)力技術(shù)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，其特征是根據(jù)不同類型混合動(dòng)力系統(tǒng)的特征、工作模式及動(dòng)力需求，定制特定的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略，并與混合動(dòng)力系統(tǒng)中的其它附件進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊交互，以達(dá)到不同類型混合動(dòng)力系統(tǒng)的要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合動(dòng)力技術(shù)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，其特征是混合動(dòng)力汽車專用發(fā)動(dòng)機(jī)ECU硬件資源豐富，能支持多達(dá)6缸的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵外圍器件驅(qū)動(dòng)， ECU平臺(tái)底層程序包含對(duì)單、雙、3、4、6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，并且兼容接口靈活簡(jiǎn)單，能根據(jù)不同缸數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制需求快速切換控制模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合動(dòng)力技術(shù)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，其特征是混合動(dòng)力汽車專用發(fā)動(dòng)機(jī)E⑶具備VVT、VVL、OTI、EGR、Turb0等較先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的控制資源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混合動(dòng)力技術(shù)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，其特征是針對(duì)每種混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所處的常態(tài)工作區(qū)域，進(jìn)行特定優(yōu)化標(biāo)定，根據(jù)混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的典型工作點(diǎn)、工作曲線或工作區(qū)域，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性，使混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳的經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)。
全文摘要
一種基于混合動(dòng)力技術(shù)專用的發(fā)動(dòng)機(jī)ECU主要包括九大技術(shù)特征1.開(kāi)放的關(guān)鍵變量數(shù)據(jù)接口和CAN通訊協(xié)議；2.面向外部輸出扭矩/轉(zhuǎn)速/功率接口的控制策略；3.發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)工作點(diǎn)和工作區(qū)域控制；4.發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟停控制；5.兼容串、并、混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)；6.兼容單、雙、3、4、6缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)；7.具備發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用平臺(tái)；8.自動(dòng)代碼生成技術(shù)平臺(tái)；9.針對(duì)混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的常態(tài)工作區(qū)域的特定優(yōu)化標(biāo)定。
文檔編號(hào)B60W20/00GK102320294SQ20111015601
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月12日
發(fā)明者陳湘暉, 陳超 申請(qǐng)人:海博瑞德(北京)汽車技術(shù)有限公司