伍慶龍 楊鈁

（中國第一汽車集團有限公司 新能源開發(fā)院，長春 130011）

主題詞：混合動力 ePT系統(tǒng) 信息顯示

1 引言

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

2 ePT系統(tǒng)顯示相關(guān)部件

混合動力車輛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

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

整車動力系統(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。電池管理系統(tǒng)BMS、電機控制器MCU屬于混合動力車輛新增的部件，放在Hybrid CAN混動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)顯示控制拓撲圖

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

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)動機轉(zhuǎn)速表、車速表、燃油表、水溫表等[4-5]，而混合動力由于增加了電機、電池，所以還需要顯示電機轉(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，除了動力源部件的單獨狀態(tài)以外，混合動力車輛還要顯示整個ePT系統(tǒng)的總體運行狀態(tài)等，下面將介紹在混合動力車輛中有關(guān)ePT系統(tǒng)應(yīng)該顯示的信息。

（1）ePT系統(tǒng)準備就緒

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

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

（2）ePT系統(tǒng)出現(xiàn)故障

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

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

（3）DC/DC充電故障

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

為了表明DC/DC充電故障，MCU需要發(fā)送一個信號（如DCDCChrgFault）用于表明當(dāng)前DC/DC處于故障狀態(tài)。IC收到該信號且值為1時，應(yīng)點亮DC/DC充電故障燈，同時進行DC/DC充電故障文字提示。

（4）高壓電池故障

高壓電池故障燈點亮說明高壓動力電池當(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)給儀表進行報警顯示，駕駛員需要盡快停車以排查高壓動力電池。

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

（5）電機過溫故障

電機過溫故障燈點亮說明此時電機系統(tǒng)溫度過高，已達到限值，此時如果繼續(xù)行車將對車輛安全性能造成嚴重的影響。MCU需將信號發(fā)給HCU后再轉(zhuǎn)發(fā)給儀表進行報警顯示。

為了表明電機發(fā)現(xiàn)過溫故障，MCU需要發(fā)送一個CAN信號（如MotOverTemp）用于表明當(dāng)前電機出現(xiàn)過溫故障。IC接收到該信號且值為1時，應(yīng)點亮電機過溫故障燈，同時進行電機過溫文字提示。

（6）高壓電池切斷

高壓電池切斷燈點亮說明此時高壓動力電池主繼電器沒有閉合，BMS需將信號發(fā)給HCU后再轉(zhuǎn)發(fā)給儀表進行報警顯示，以告之駕駛員此時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CAN信號（如HVBattShutOff）用于表明當(dāng)前高壓電池主繼電器沒有閉合。IC接收到該信號且值為1時，應(yīng)點亮高壓電池切斷狀態(tài)燈，同時進行高壓電池斷開文字提示。

（7）系統(tǒng)功率受限

系統(tǒng)功率受限警告燈點亮說明此時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車輛動力系統(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CAN信號（如ePTSysPowerLimit）用于表明當(dāng)前車輛動力系統(tǒng)功率受限。IC接收到該信號且值為1時，應(yīng)點亮系統(tǒng)功率受限指示燈，并進行系統(tǒng)功率受限文字提示。

（8）高壓電池SOC

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

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

（9）動力系統(tǒng)功率

動力系統(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)動機之外，還包括電機的輸出功率情況。

為了表明動力系統(tǒng)功率值，HCU需要發(fā)送一個CAN信號（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，說明此時動力系統(tǒng)正在驅(qū)動車輛，當(dāng)系統(tǒng)功率值為負時，說明此時車輛正在進行能量回收。該信號的范圍要視動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)在儀表上進行顯示。

為了表明駕駛模式，HCU需要發(fā)送一個CAN信號（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，說明駕駛員選擇的是經(jīng)濟模式，此時車輛以節(jié)油經(jīng)濟駕駛為主；當(dāng)儀表顯示為N時，說明駕駛員選擇的是正常模式，此時兼顧節(jié)油率和動力性；當(dāng)儀表顯示為S時，說明駕駛員選擇的是運動模式，此時車輛以動力性考慮為主。除此以外的模式，整車還可以基于用戶需求設(shè)計其他的駕駛模式進行顯示。

（11）電機轉(zhuǎn)速

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

（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CAN信號（如HVBattVol）用于表明電壓值。IC應(yīng)基于收到的CAN信號值進行顯示動力電池電壓，動力電池的電壓等級一般在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CAN信號（如HVBattCrnt）用于表明電流值。IC應(yīng)基于收到的CAN信號值進行顯示電池電流。正常車輛驅(qū)動時動力電池電流輸出為正，車輛在能量回收過程中，動力電池電流值為負。

（14）充電槍狀態(tài)

當(dāng)駕駛員將充電槍連接時，BMS應(yīng)有一個硬線信號用于驅(qū)動充電槍連接狀態(tài)指示燈亮。IC基于接收到的硬線信號進行顯示當(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，同時此時高壓電池是處于充電狀態(tài)，BMS應(yīng)有一個硬線信號用于驅(qū)動充電狀態(tài)指示燈亮。IC基于接收到的硬線信號進行顯示當(dāng)前的電池充電狀態(tài)，即處于充電或充電已滿。

（16）混動能量流顯示

由于混合動力汽車有串聯(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)前車輛的混動運行模式?？梢栽贒VD娛樂屏的操作面板上新增一個軟開關(guān)，用于顯示混合動力系統(tǒng)的運行模式[6]。當(dāng)按下該軟開關(guān)時，娛樂系統(tǒng)界面將根據(jù)車輛當(dāng)前的混動系統(tǒng)運行模式顯示不同的能量流狀態(tài)。

針對插電式混合動力系統(tǒng)，混動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，以及滑行和制動能量回收能量流等。在能量流顯示中，能夠體現(xiàn)出各動力源的工作狀態(tài)，如動力電池充放電、電機驅(qū)動或回收、發(fā)動機驅(qū)動情況等。

5 ePT系統(tǒng)顯示信息實例

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，并且基于CAN網(wǎng)絡(luò)通信，可以實現(xiàn)在混合動力車輛中與ePT系統(tǒng)相關(guān)的信息得到合理顯示。

目前在某些開發(fā)的混合動力車輛中，有關(guān)動力系統(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，混合動力汽車動力系統(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，主要是因為混合動力汽車新增加了與電池和電機等部件相關(guān)的一些信號指示燈。另外，除了表2中的指示燈之外，有一些與動力系統(tǒng)相關(guān)的信號可以通過文字或表針形式進行顯示。

6 總結(jié)

由于混合動力汽車的動力系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車動力系統(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，所以混合動力汽車動力系統(tǒng)相關(guān)的顯示也是在系統(tǒng)設(shè)計工作中不斷進行改進和優(yōu)化。通過本文設(shè)計的顯示系統(tǒng)及方案，并基于實際開發(fā)應(yīng)用，能夠有效地進行混合動力汽車動力系統(tǒng)相關(guān)信息的顯示，為駕駛員及客戶提供準確而又豐富的車輛運行信息。