混合動力汽車動力系統信息顯示研究

伍慶龍 楊鈁

（中國第一汽車集團有限公司 新能源開發院，長春 130011）

主題詞：混合動力 ePT系統 信息顯示

1 引言

汽車能源與環境問題是21世紀全球汽車業共同面臨的巨大挑戰[1]。混合動力汽車在節能和環保方面的優勢已經越來越引起人們廣泛的關注。由于混合動力車輛區別于傳統車輛，動力系統不同，所以儀表顯示相關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中的ePT系統相關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（如IC、DVD）上進行提示，以告知駕駛員動力系統相關部件及功能是否正常或發生故障。

2 ePT系統顯示相關部件

混合動力車輛ePT系統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（BMS）、電機控制器（MCU）、儀表顯示系統（IC）和娛樂導航系統（DVD）。這些部件及系統需要在儀表或娛樂系統上進行相關內容的顯示。

表1 ePT系統顯示相關物理部件

3 ePT系統顯示方案設計

ePT系統相關的內容顯示需要通過CAN網絡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方案設計，設計的控制系統拓撲結構如圖1所示。

整車動力系統與HCU相關的CAN總線為Hybrid CAN和PTCAN，HCU橫跨了兩條CAN網絡，可以作為網關轉發相關信號。電池管理系統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網絡上，IC和DVD主要用于ePT系統信息顯示，放在PTCAN上。

圖1 ePT系統顯示控制拓撲圖

混動ePT系統信息統一由HCU發給顯示系統進行顯示，即電池相關的狀態信息由BMS發給HCU，電機相關的狀態信息由MCU發給HCU，最后HCU統一將各自信號發給儀表進行信息顯示。另外，BMS有充電狀態指示燈顯示，設計時可以由硬線進行驅動，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系統顯示信息內容

一般傳統車輛顯示內容包括發動機轉速表、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速、電池電流、電壓和剩余電量等與ePT系統相關的信息。另外，除了動力源部件的單獨狀態以外，混合動力車輛還要顯示整個ePT系統的總體運行狀態等，下面將介紹在混合動力車輛中有關ePT系統應該顯示的信息。

（1）ePT系統準備就緒

Ready指示燈點亮用于說明各控制器狀態及ePT動力系統無故障，混動汽車動力系統已準備就緒，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處于就緒狀態，HCU需要發送一個CAN信號（如ePTSysRdy）用于表明當前ePT系統已經就緒。IC接收到該信號且值為1時，應點亮系統Ready燈，同時進行動力系統就緒文字提示。

（2）ePT系統出現故障

系統故障燈點亮用于說明此時混合動力車輛ePT系統處于故障狀態，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了問題導致ePT系統層面出現故障。

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

（3）DC/DC充電故障

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

為了表明DC/DC充電故障，MCU需要發送一個信號（如DCDCChrgFault）用于表明當前DC/DC處于故障狀態。IC收到該信號且值為1時，應點亮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前處于故障狀態，電池管理系統BMS將電池故障告之整車控制器后，HCU發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需要發送一個CAN信號（如HVbattFault）用于表明當前高壓電池處于故障狀態。IC接收到該信號且值為1時，應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溫度過高，已達到限值，此時如果繼續行車將對車輛安全性能造成嚴重的影響。MCU需將信號發給HCU后再轉發給儀表進行報警顯示。

為了表明電機發現過溫故障，MCU需要發送一個CAN信號（如MotOverTemp）用于表明當前電機出現過溫故障。IC接收到該信號且值為1時，應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需將信號發給HCU后再轉發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。

為了表明高壓電池切斷，BMS需要發送一個CAN信號（如HVBattShutOff）用于表明當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，應點亮高壓電池切斷狀態燈，同時進行高壓電池斷開文字提示。

（7）系統功率受限

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

為了表明系統功率受限，HCU需要發送一個CAN信號（如ePTSysPowerLimit）用于表明當前車輛動力系統功率受限。IC接收到該信號且值為1時，應點亮系統功率受限指示燈，并進行系統功率受限文字提示。

（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容量的百分比[4]。當SOC低于某一個規定值時，應當進行報警顯示。

為了表明動力電池SOC的荷電狀態，BMS需要發送一個CAN信號（如HVBattSOC）用于表明當前高壓電池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%。當動力電池SOC值過低時，經過標定低于某一下限值，此時IC應點亮動力電池低荷電狀態警告指示燈。

（9）動力系統功率

動力系統功率顯示用于告之駕駛員當前車輛的總體輸出功率狀態，除了發動機之外，還包括電機的輸出功率情況。

為了表明動力系統功率值，HCU需要發送一個CAN信號（如ePTSysPower）用于表明當前車輛的系統功率輸出。當系統功率值為正時，說明此時動力系統正在驅動車輛，當系統功率值為負時，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

根據不同的工況環境，駕駛員可以選擇不同的駕駛模式，被選定的駕駛模式應在儀表上進行顯示。

為了表明駕駛模式，HCU需要發送一個CAN信號（如DriveMode）用于表明當前車輛被選定的駕駛模式。當儀表顯示為E時，說明駕駛員選擇的是經濟模式，此時車輛以節油經濟駕駛為主；當儀表顯示為N時，說明駕駛員選擇的是正常模式，此時兼顧節油率和動力性；當儀表顯示為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計其他的駕駛模式進行顯示。

（11）電機轉速

電機轉速顯示用于告之駕駛員當前電機系統輸出的轉速值，MCU需要發送一個CAN信號（如Motor?Speed）用于表明轉速值。IC基于收到的CAN信號值進行顯示電機轉速值，電機的轉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前高壓電池系統輸出的電壓值，BMS需要發送一個CAN信號（如HVBattVol）用于表明電壓值。IC應基于收到的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前高壓電池系統輸出的電流值，BMS需要發送一個CAN信號（如HVBattCrnt）用于表明電流值。IC應基于收到的CAN信號值進行顯示電池電流。正常車輛驅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

當駕駛員將充電槍連接時，BMS應有一個硬線信號用于驅動充電槍連接狀態指示燈亮。IC基于接收到的硬線信號進行顯示當前的充電槍狀態。

（15）充電狀態

當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，BMS應有一個硬線信號用于驅動充電狀態指示燈亮。IC基于接收到的硬線信號進行顯示當前的電池充電狀態，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、并聯、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上（如DVD）觀察到當前車輛的混動運行模式。可以在DVD娛樂屏的操作面板上新增一個軟開關，用于顯示混合動力系統的運行模式[6]。當按下該軟開關時，娛樂系統界面將根據車輛當前的混動系統運行模式顯示不同的能量流狀態。

針對插電式混合動力系統，混動能量流的顯示包括純電模式能量流、串聯模式能量流、并聯模式能量流，以及滑行和制動能量回收能量流等。在能量流顯示中，能夠體現出各動力源的工作狀態，如動力電池充放電、電機驅動或回收、發動機驅動情況等。

5 ePT系統顯示信息實例

通過上述的ePT系統及各子系統控制器協同控制的顯示方案設計，并且基于CAN網絡通信，可以實現在混合動力車輛中與ePT系統相關的信息得到合理顯示。

目前在某些開發的混合動力車輛中，有關動力系統的一些指示燈顯示如表2所示，且該顯示的形狀應保持與國標GB/T 4094.2中規定的一致[7]。

表2 ePT系統指示燈狀態

從表2可以看出，混合動力汽車動力系統相關指示燈與傳統汽車上的顯示指示燈存在一定的區別，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，有一些與動力系統相關的信號可以通過文字或表針形式進行顯示。

6 總結

由于混合動力汽車的動力系統與傳統汽車動力系統存在較大的差異，而且一些關鍵零部件的開發也不是非常成熟，所以混合動力汽車動力系統相關的顯示也是在系統設計工作中不斷進行改進和優化。通過本文設計的顯示系統及方案，并基于實際開發應用，能夠有效地進行混合動力汽車動力系統相關信息的顯示，為駕駛員及客戶提供準確而又豐富的車輛運行信息。