СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПРИ НЕИСПРАВНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONTROL OF OPERATION OF HYBRID VEHICLE IN CASE OF FAILURE OF POWER SYSTEM AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу управления работой гибридного транспортного средства при неисправности энергетической системы, при осуществлении которого гибридное транспортное средство приводится в движение по меньшей мере двумя приводными агрегатами, работающими на привод вместе или по отдельности, и по меньшей мере один электрический приводной агрегат обеспечивает зарядку электроэнергией высоковольтной энергетической системы, причем высокое напряжение преобразуют в низкое напряжение для питания по меньшей мере одного блока управления гибридного транспортного средства. Также изобретение относится к устройству для осуществления этого способа.
Уровень техники
Транспортные средства с гибридной силовой установкой имеют двигатель внутреннего сгорания (ДВС), а в качестве второго приводного агрегата в большинстве случаев имеют по меньшей мере одну электрическую машину. Так, приводной крутящий момент во время тягового режима движения гибридного транспортного средства подводится от обоих приводных агрегатов. При этом электрический привод соединен с накопителем энергии, который снабжает электроэнергией электрический привод. Если ДВС находится в режиме, соответствующем движению транспортного средства при торможении двигателем, то есть когда он не работает на создание тяги, то электрический привод работает в генераторном режиме, в результате чего накопитель энергии снабжается вырабатываемой им энергией. Благодаря этому накопитель энергии снова заряжается энергией.
Для функционирования электрического привода необходимо высокое напряжение, которое обеспечивается высоковольтной батареей, выступающей в качестве накопителя энергии. От высоковольтной энергетической системы через преобразователь постоянного тока питается низковольтная энергетическая система.
В новейших разработках при изготовлении гибридного транспортного средства отказываются от использования стартера, а пуск ДВС обеспечивают с помощью электрической машины.
Контроль в отношении высоковольтной энергетической системы гибридного транспортного средства в любой момент времени ведется не только на степень заряженности или разряженности высоковольтной батареи, но и на предмет того, имеет ли место перемещение защитного кожуха высоковольтной энергетической системы, соответственно, открыт ли он. В случае если таковое имеет место, то высоковольтная энергетическая система незамедлительно отключается из соображений безопасности, для того чтобы избежать возможного искрового пробоя или с целью защиты оператора при проведении им неких действий в отношении энергетической системы. Однако следствием этого является то, что с этого момента прекращается снабжение электрической машины высоким напряжением и теперь уже невозможна подзарядка высоковольтной батареи. Таким образом, по прошествии некоторого времени батарея низковольтной энергетической системы, питающая блоки управления гибридного транспортного средства, полностью разряжается. При отсутствии энергоснабжения блоков управления гибридное транспортное средство по прошествии некоторого времени более не может продолжать движение.
Раскрытие изобретения
Предлагаемый в изобретении способ управления работой гибридного транспортного средства при неисправности энергетической системы, признаки которого представлены в пункте 1 формулы изобретения, имеет преимущество, заключающееся в том, что энергоснабжение блоков управления посредством низковольтной энергетической системы поддерживается в силе за счет электрического приводного агрегата. Благодаря тому что после отсоединения высоковольтной энергетической системы электрический приводной агрегат переводят в состояние, предназначенное для генерирования некритичного в отношении безопасности пользователя напряжения, при этом некритичное с точки зрения безопасности напряжение для питания по меньшей мере одного блока управления преобразуют в низкое напряжение, режим аварийного движения гибридного транспортного средства даже при неисправности высоковольтной энергетической системы возможен в течение любого времени. Электрическая машина, работающая в генераторном режиме, используется для выдачи энергии в низковольтную энергетическую систему, в результате чего даже при неисправности высоковольтной энергетической системы вырабатывается энергия в количестве, достаточном для поддержания пригодными к функционированию всех блоков управления, необходимых для тягового режима движения гибридного транспортного средства, даже в этом состоянии.
Предпочтительно, чтобы для выявления неисправности в высоковольтной энергетической системе контролировались компоненты, способные проводить ток высокого напряжения, в частности ее защитный кожух. За счет непрерывного контроля защитного кожуха, которое называют также как "распознавание открытой крышки", возможно быстрое и надежное распознавание неполадок в высоковольтной энергетической системе. Уже малейшее отклонение приводит к отключению высоковольтной энергетической системы для того, чтобы не подвергать риску водителя и транспортное средство.
Несмотря на это, за счет предлагаемого в изобретении способа всегда обеспечивается достаточно энергии для безопасного предотвращения простоя в пути гибридного транспортного средства.
В варианте осуществления изобретения для выявления неисправности в высоковольтной энергетической системе контролируют соединения с высоковольтной энергетической системой, в частности шинное соединение. Тем самым надежно распознается обрыв в линиях соединения, ведущих к высоковольтной энергетической системе, или в ней самой, и при последующем за этим отключении высоковольтной энергетической системы электрическая машина начинает работать в качестве надежного поставщика энергии для низковольтной энергетической системы.
В варианте осуществления изобретения некритичное в отношении безопасности пользователя напряжение составляет приблизительно 60 вольт. Тем самым гарантируется, что исключается опасность получения травмы водителем, который, возможно, производит какие-то действия в системе электрической машины или в пространстве вокруг нее.
Предпочтительно, чтобы электрический приводной агрегат был выполнен в виде электродвигателя, который переключался бы из режима с регулированием крутящего момента в режим с регулированием напряжения. За счет этого регулирования напряжения гарантируется, что для обеспечения питания низковольтной энергетической системы некритичное с точки зрения безопасности напряжение непрерывно поддерживается на значении 60 вольт.
В варианте осуществления изобретения при выявлении неисправности в высоковольтной энергетической системе отключают блоки управления, ответственные за работу обеспечивающих комфорт компонентов гибридного транспортного средства. Тем самым гарантируется, что надежно снабжаются энергией все блоки управления, необходимые для тягового режима движения гибридного транспортного средства. Обеспечивающие комфорт компоненты, такие, например, как стеклоподъемники, система климат-контроля или средства обогрева заднего стекла, с этого момента не являются нагрузкой для низковольтной энергетической системы. Такое положение вещей длится до тех пор, пока высоковольтная энергетическая система, предоставляющая напряжение 300 вольт, преобразуемое в низкое напряжение величиной 14 вольт, снова не обретет состояние готовности к работе.
В другом аспекте изобретение относится к устройству для управления работой гибридного транспортного средства при неисправности энергетической системы, которое приводится в движение по меньшей мере двумя приводными агрегатами, работающими на привод вместе или по отдельности, и по меньшей мере один электрический приводной агрегат обеспечивает зарядку электроэнергией высоковольтной энергетической системы, снабжающей электроэнергией низковольтную энергетическую систему, причем высокое напряжение преобразуется в низкое напряжение для питания по меньшей мере одного блока управления гибридного транспортного средства, и при выявлении неисправности в высоковольтной энергетической системе она отсоединяется от электрического приводного агрегата. Для поддержания в силе энергоснабжения блоков управления посредством низковольтной энергетической системы даже при неисправности высоковольтной энергетической системы имеются средства, которые после отсоединения высоковольтной энергетической системы переводят электрический приводной агрегат в состояние, предназначенное для генерирования некритичного в отношении безопасности пользователя напряжения, которое для питания по меньшей мере одного блока управления преобразуется в низкое напряжение. Благодаря тому что электрическая машина генерирует некритичное с точки зрения безопасности напряжение, из которого к низковольтной энергетической системе может подаваться достаточно энергии, в течение любого времени возможен режим аварийного движения гибридного транспортного средства, поскольку необходимые для тягового режима движения блоки управления снабжаются энергией в достаточной степени.
Предпочтительно, чтобы электрический приводной агрегат через импульсный инвертор был соединен с выключателем, который при нахождении высоковольтной энергетической системы в исправном рабочем состоянии соединяет высоковольтную энергетическую систему с электрическим приводным агрегатом, а при неисправности высоковольтной энергетической системы прерывает это соединение. За счет простого выключателя, который при выявлении неполадки в высоковольтной энергетической системе приводится в срабатывание блоком управления, служащим для управления высоковольтной батареей, возможно отсоединение неисправной высоковольтной энергетической системы от сети энергоснабжения гибридного транспортного средства, реализуемое просто, без сложных конструктивных решений и без больших затрат.
В варианте осуществления изобретения преобразователь постоянного напряжения с одной стороны выведен на выключатель и импульсный инвертор, а с другой стороны соединен с низковольтной энергетической системой. Под преобразователем постоянного напряжения имеется в виду устройство для преобразования постоянного тока опять же в постоянный, т.е. преобразователь, который преобразует постоянное напряжение первой величины в постоянное напряжение второй величины.
В варианте осуществления изобретения преобразователь постоянного напряжения является переключаемым между первым режимом работы, предназначенным для преобразования высокого напряжения в низкое напряжение, и вторым режимом работы, предназначенным для преобразования некритичного в отношении безопасности напряжения в низкое напряжение. Таким образом, для обеспечения работы преобразователя постоянного напряжения в обоих режимах достаточно небольшого его изменения. Поэтому можно отказаться от использования дополнительных конструктивных элементов.
Предпочтительно, чтобы импульсный инвертор был выполнен с возможностью преобразования прикладываемого к нему напряжения в обоих направлениях. Таким образом, импульсный инвертор преобразует выдаваемое электрическим приводным агрегатом переменное напряжение в постоянное напряжение для питания высоковольтной энергетической системы, и наоборот, преобразует постоянное напряжение из высоковольтной энергетической системы в переменное напряжение для питания электрического приводного агрегата. К тому же импульсный инвертор представляет собой компонент, который как таковой уже имеется в электрической системе гибридного транспортного средства, и его использование также для продолжительного движения гибридного транспортного средства в аварийном режиме позволяет обойтись без того, чтобы предусматривать дополнительные компоненты.
В варианте осуществления изобретения электрический приводной агрегат выполнен в виде электродвигателя, который при сигнализации о неисправности, поступающей от блока управления батареей, контролирующего высоковольтную энергетическую систему, в частности высоковольтную батарею, переключается блоком управления электродвигателем из режима с регулированием крутящего момента в режим с регулированием напряжения для выдачи некритичного в отношении безопасности напряжения. Таким образом, электродвигатель работает в качестве источника энергии для низковольтной бортовой сети, вследствие чего гибридное транспортное средство может продолжать свое дальнейшее движение в течение длительного времени.
В варианте осуществления изобретения низковольтная энергетическая система содержит низковольтную батарею, которая снабжается низким напряжением через преобразователь постоянного напряжения и через низковольтную бортовую сеть питает блоки управления низким напряжением. При этом низковольтная батарея постоянно заряжается постоянным напряжением величиной 14 вольт, которое требуется для питания блоков управления гибридного транспортного средства.
Краткое описание чертежей
Возможны многочисленные варианты осуществления изобретения, и один из них ниже более подробно рассматривается со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематическое изображение параллельного гибридного привода,
на фиг.2 - интеграция известного из уровня техники гибридного привода в энергетическую систему,
на фиг.3 - вариант осуществления предлагаемой в изобретении конструкции энергетической системы, прототипом которой послужила показанная на фиг.2,
на фиг.4 - блок-схема алгоритма осуществления операций предлагаемого в изобретении способа.
На чертежах одинаковые компоненты обозначены одинаковыми номерами позиций.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показано принципиальное изображение для транспортного средства, содержащего параллельный гибридный привод. Гибридный привод образован из двигателя 1 внутреннего сгорания (ДВС), служащего в качестве первого приводного узла, и электродвигателя 2, выступающего в качестве второго приводного узла.
ДВС 1 посредством трансмиссии 3 соединен с коробкой 4 передач, которая передает поток мощности на колесную полуось 6 для приведения в движение колеса 7.
Электродвигатель 2 установлен на валу 8 ДВС 1 и, таким образом, также выдает поток мощности на трансмиссию 3, которая соединена с коробкой 4 передач. Между коробкой 4 передач и трансмиссией 3 расположено сцепление 12, которое соединяет трансмиссию 3 с коробкой 4 передач для начала движения транспортного средства. Тем самым электродвигатель 2 дает вклад в привод колес 7 и участвует в формировании суммарного крутящего момента транспортного средства. Электродвигатель 2 и ДВС 1 соединены друг с другом с помощью разобщающей муфты 9. При нахождении этой разобщающей муфты 9 в разомкнутом состоянии она дает возможность приводить транспортное средство только с помощью электродвигателя 2, а при нахождении разобщающей муфты 9 в замкнутом состоянии в приведении транспортного средства в движение участвуют как ДВС 1, так и электродвигатель 2.
Кроме того, электродвигатель 2 посредством силовой электроники 10 соединен с высоковольтной батареей 11, которая снабжает электроэнергией электродвигатель 2 при его работе в двигательном режиме. В другом случае, когда электродвигатель 2 работает в генераторном режиме, высоковольтная батарея 11 получает от него энергию. Это означает, что в это время высоковольтная батарея 11 заряжается от электродвигателя 2.
При этом управлением, или регулированием, каждого агрегата гибридного привода заведует свой блок управления. Так, ДВС 1 контролируется блоком 13 управления ДВС, в то время как электродвигатель 2 управляется блоком 14 управления электродвигателем. На блок 15 управления коробкой передач возложены функции по контролю за сцеплением 12 и коробкой 4 передач, а срабатыванием расположенных на колесах 7 тормозных механизмов 16 управляет блок 17 управления тормозными механизмами. Кроме того, контроль за высоковольтной батареей 11 и связанной с ней высоковольтной энергетической системой гибридного транспортного средства и управление ими осуществляется блоком 18 управления батареей. Каждый из блоков управления, среди которых блок 13 управления ДВС, блок 14 управления электродвигателем, блок 15 управления коробкой передач, блок 17 управления тормозными механизмами и блок 18 управления батареей, соединен с соответствующими датчиками S, регистрирующими фактические состояния агрегатов 1, 2, 3, 4, 7, 11, 12, и исполнительными механизмами (органами) А, предназначенными для управления срабатыванием агрегатов 1, 2, 3, 4, 7, 11, 12. Информация от всех перечисленных блоков управления выводится в систему 19 управления транспортным средством, которая координирует протекание рабочих процессов в отдельных агрегатах, таких как ДВС 1, электродвигатель 2, коробка 4 передач, колесо 7, высоковольтная батарея 11 и сцепление 12.
Для функционирования электродвигателя 2 необходимо высокое напряжение, которое обеспечивается высоковольтной батареей 11. Высокое напряжение составляет около 300 вольт и преобразуется в низкое напряжение 14 вольт. Этот процесс преобразования поясняется ниже, со ссылкой на фиг.2.
На фиг.2 показана интеграция гибридного привода в энергосистему гибридного транспортного средства, известную из уровня техники. Электродвигатель 2 через импульсный инвертор 20 соединен с высоковольтной батареей 11. Импульсный инвертор 20 преобразует выдаваемое высоковольтной батареей 11 постоянное напряжение величиной 300 вольт в переменное напряжение, которое подается к электродвигателю 2 для его приведения в работу в двигательном режиме. В этом рабочем состоянии электродвигатель 2 дает вклад в приведение в движение гибридного транспортного средства. Если блок 14 управления электродвигателем переключает электродвигатель 2 в генераторный режим работы, что имеет место при рекуперативном торможении гибридного транспортного средства, то электродвигатель 2 выдает переменное напряжение, которое импульсным инвертором 20 снова преобразуется в постоянное напряжение и подается к высоковольтной батарее 11 для ее зарядки.
Как высоковольтная батарея 11, так и импульсный инвертор 20 соединены с преобразователем 21 постоянного тока, который преобразует постоянное напряжение 300 вольт, выдаваемое высоковольтной батареей 11, в низкое постоянное напряжение около 14 вольт для зарядки низковольтной батареи 22, которая расположена в низковольтной энергетической системе гибридного транспортного средства и через бортовую сеть 23 питает низким напряжением все блоки управления гибридного транспортного средства. Помимо не показанных на чертежах блоков управления и приборов, которые отвечают за управление функциями комфортабельности транспортного средства, сюда также относятся блок 13 управления ДВС, блок 14 управления электродвигателем, блок 15 управления коробкой передач, блок 17 управления тормозными механизмами и блок 18 управления батареей, проиллюстрированные на фиг.1.
В предлагаемой в изобретении конструкции если при возникновении ситуации "Распознавание открытой крышки", проверка наличия которой обязательно требуется из соображений безопасности, специально для защиты от высокого напряжения, распознается, что в высоковольтной энергетической системе имеет место некая неполадка, то, как показано на фиг.3, происходит размыкание выключателя 24, расположенного между высоковольтной батареей 11 и импульсным инвертором 20, и высоковольтная батарея 11 отсоединяется от энергетической системы гибридного транспортного средства. В этом случае напряжение более не подается к низковольтной энергетической системе. Однако для поддержания в силе энергоснабжения низким напряжением необходимых для тягового режима движения блоков управления, таких как блок 13 управления ДВС, блок 14 управления электродвигателем, блок 15 управления коробкой передач, блок 17 управления тормозными механизмами, блок 18 управления батареей, теперь в качестве источника энергии служит электродвигатель 2. Электродвигатель 2 работает в генераторном режиме и выдает переменное напряжение величиной 60 вольт, которое импульсным инвертором 20 преобразуется в постоянное напряжение величиной 60 вольт. Поскольку выключатель 24 разомкнут, постоянное напряжение величиной 60 вольт прикладывается к преобразователю 21 постоянного тока. Этот преобразователь 21 выполнен такой конструкции, что наряду с трансформацией выдаваемого высоковольтной батареей 11 напряжения величиной 300 вольт он также может преобразовывать 60 вольт, выдаваемых электродвигателем 2 и импульсным инвертором 20, в низкое напряжение величиной 14 вольт. Это низкое напряжение величиной 14 вольт служит для зарядки низковольтной батареи 22.
Напряжение, выдаваемое электродвигателем 2, ограничено на 60 вольт. Таким образом, оно не является критичным и исключается угроза для здоровья людей, которые производят работы на энергетической системе гибридного транспортного средства.
Далее со ссылками на фиг.4 приведено более подробное разъяснение процедуры регулирования вспомогательного энергоснабжения для блоков 13, 14, 15, 17 и 18 управления гибридного транспортного средства. В блоке 101 блок 18 управления батареей контролирует высоковольтную энергетическую систему гибридного транспортного средства. При этом контролю подвергается не только степень заряженности высоковольтной батареи 11, но и система связи, выполненная в виде шинной системы протокола CAN (сокр. от англ. "Controller Area Network", локальная сеть контроллеров), на предмет обрыва относительно системы высоковольтной батареи. Кроме того, проверяется защитный кожух системы высоковольтной батареи, что известно как "распознавание открытой крышки" (англ. "cover open"), для выявления уже малейших отклонений от нормального функционирования, которые могут привести к возникновению неисправностей в высоковольтной энергетической системе и могут наносить ущерб безопасности гибридного транспортного средства.
Теперь, если блок 18 управления батареей распознал неисправность, то в блоке 102 он отключает высоковольтную батарею и размыкает выключатель 24, находящийся между высоковольтной батареей 11 и импульсным инвертором 20, как показано на фиг.3. Кроме того, при исправном соединении связи блок 18 управления батареей пересылает информацию о неполадке в высоковольтной энергетической системе в систему 19 управления транспортным средством. Если имеется нарушение в соединении, то оно распознается системой 19 управления транспортным средством.
В блоке 103 по инициативе системы управления батареей преобразователь 21 постоянного тока переключается из режима работы, в котором он осуществляет преобразование 300 вольт в 14 вольт, в режим работы, при котором он производит преобразование 60 вольт в 14 вольт.
В блоке 104 система 19 управления транспортным средством выдает команду блоку 14 управления электродвигателем на перевод электродвигателя 2 из режима с регулированием крутящего момента, в котором пребывает электродвигатель 2, когда он участвует в приведении в движение транспортного средства, в режим с регулированием напряжения. В этом режиме с регулированием напряжения осуществляется регулирование напряжения путем выставления его на некритичное с точки зрения безопасности целевое значение 60 вольт, которое после этого доступно для преобразования в низкое напряжение величиной 14 вольт. В блоке 105 благодаря выдаче напряжения величиной 14 вольт даже при вышедшей из строя высоковольтной энергетической системе гибридного транспортного средства его можно на продолжительное время переводить в движение на аварийном ходу, при котором оно может продолжать свое движение без высокого напряжения.