混合动力汽车动力系统信息显示研究

伍庆龙 杨钫

（中国第一汽车集团有限公司 新能源开发院，长春 130011）

主题词：混合动力 ePT系统 信息显示

1 引言

汽车能源与环境问题是21世纪全球汽车业共同面临的巨大挑战[1]。混合动力汽车在节能和环保方面的优势已经越来越引起人们广泛的关注。由于混合动力车辆区别于传统车辆，动力系统不同，所以仪表显示相关的一些信息提示也会有所不同[2-3]。本文通过对混合动力汽车行驶状态中的ePT系统相关信息进行判断和显示，采用图像、信号灯以及声音等方式在仪表显示系统（如IC、DVD）上进行提示，以告知驾驶员动力系统相关部件及功能是否正常或发生故障。

2 ePT系统显示相关部件

混合动力车辆ePT系统信息显示涉及的物理部件如表1所示，具体包括有整车控制器（HCU）、电池管理系统（BMS）、电机控制器（MCU）、仪表显示系统（IC）和娱乐导航系统（DVD）。这些部件及系统需要在仪表或娱乐系统上进行相关内容的显示。

表1 ePT系统显示相关物理部件

3 ePT系统显示方案设计

ePT系统相关的内容显示需要通过CAN网络信号或者硬线信号的方式传递给仪表进行显示。为了合理地进行信息显示，需要先进行显示系统方案设计，设计的控制系统拓扑结构如图1所示。

整车动力系统与HCU相关的CAN总线为Hybrid CAN和PTCAN，HCU横跨了两条CAN网络，可以作为网关转发相关信号。电池管理系统BMS、电机控制器MCU属于混合动力车辆新增的部件，放在Hybrid CAN混动CAN网络上，IC和DVD主要用于ePT系统信息显示，放在PTCAN上。

图1 ePT系统显示控制拓扑图

混动ePT系统信息统一由HCU发给显示系统进行显示，即电池相关的状态信息由BMS发给HCU，电机相关的状态信息由MCU发给HCU，最后HCU统一将各自信号发给仪表进行信息显示。另外，BMS有充电状态指示灯显示，设计时可以由硬线进行驱动，因此，该指示灯的显示可以通过硬线直接与IC进行连接。

4 ePT系统显示信息内容

一般传统车辆显示内容包括发动机转速表、车速表、燃油表、水温表等[4-5]，而混合动力由于增加了电机、电池，所以还需要显示电机转速、电池电流、电压和剩余电量等与ePT系统相关的信息。另外，除了动力源部件的单独状态以外，混合动力车辆还要显示整个ePT系统的总体运行状态等，下面将介绍在混合动力车辆中有关ePT系统应该显示的信息。

（1）ePT系统准备就绪

Ready指示灯点亮用于说明各控制器状态及ePT动力系统无故障，混动汽车动力系统已准备就绪，此时若驾驶员踩下油门踏板，整车就可以行驶。

为了表明整车动力系统处于就绪状态，HCU需要发送一个CAN信号（如ePTSysRdy）用于表明当前ePT系统已经就绪。IC接收到该信号且值为1时，应点亮系统Ready灯，同时进行动力系统就绪文字提示。

（2）ePT系统出现故障

系统故障灯点亮用于说明此时混合动力车辆ePT系统处于故障状态，需要尽快停车检查，以确认是否是电池、电机或其他部件出现了问题导致ePT系统层面出现故障。

为了表明整车动力系统处于故障状态，HCU需要发送一个CAN信号（如ePTSysFault）用于表明当前动力系统处于故障状态。IC接收到该信号且值为1时（表示信号触发，以下含义类似），应点亮系统故障灯，同时进行动力系统故障文字提示。

（3）DC/DC充电故障

DC/DC充电故障指示灯点亮说明12 V低压电池系统不能正常充电，即高压电池对低压电池充电发生了故障。MCU需要将信号发给HCU后再转发给仪表进行报警显示。

为了表明DC/DC充电故障，MCU需要发送一个信号（如DCDCChrgFault）用于表明当前DC/DC处于故障状态。IC收到该信号且值为1时，应点亮DC/DC充电故障灯，同时进行DC/DC充电故障文字提示。

（4）高压电池故障

高压电池故障灯点亮说明高压动力电池当前处于故障状态，电池管理系统BMS将电池故障告之整车控制器后，HCU发给仪表进行报警显示，驾驶员需要尽快停车以排查高压动力电池。

为了表明高压电池故障，BMS需要发送一个CAN信号（如HVbattFault）用于表明当前高压电池处于故障状态。IC接收到该信号且值为1时，应点亮高压电池故障灯，同时进行高压电池故障文字提示。

（5）电机过温故障

电机过温故障灯点亮说明此时电机系统温度过高，已达到限值，此时如果继续行车将对车辆安全性能造成严重的影响。MCU需将信号发给HCU后再转发给仪表进行报警显示。

为了表明电机发现过温故障，MCU需要发送一个CAN信号（如MotOverTemp）用于表明当前电机出现过温故障。IC接收到该信号且值为1时，应点亮电机过温故障灯，同时进行电机过温文字提示。

（6）高压电池切断

高压电池切断灯点亮说明此时高压动力电池主继电器没有闭合，BMS需将信号发给HCU后再转发给仪表进行报警显示，以告之驾驶员此时车辆高压电池是处于切断的状态。

为了表明高压电池切断，BMS需要发送一个CAN信号（如HVBattShutOff）用于表明当前高压电池主继电器没有闭合。IC接收到该信号且值为1时，应点亮高压电池切断状态灯，同时进行高压电池断开文字提示。

（7）系统功率受限

系统功率受限警告灯点亮说明此时ePT系统功率受限，配上相应的文字提示用于告之驾驶员此时车辆动力系统功率受到限制，车辆加速性能受到一定程度的影响。

为了表明系统功率受限，HCU需要发送一个CAN信号（如ePTSysPowerLimit）用于表明当前车辆动力系统功率受限。IC接收到该信号且值为1时，应点亮系统功率受限指示灯，并进行系统功率受限文字提示。

（8）高压电池SOC

高压动力电池SOC用于说明动力蓄电池的剩余工作容量，即显示动力蓄电池剩余电量与总容量的百分比[4]。当SOC低于某一个规定值时，应当进行报警显示。

为了表明动力电池SOC的荷电状态，BMS需要发送一个CAN信号（如HVBattSOC）用于表明当前高压电池SOC的值。IC基于接收到的CAN信号值进行显示SOC，该信号的范围可以为0%至100%。当动力电池SOC值过低时，经过标定低于某一下限值，此时IC应点亮动力电池低荷电状态警告指示灯。

（9）动力系统功率

动力系统功率显示用于告之驾驶员当前车辆的总体输出功率状态，除了发动机之外，还包括电机的输出功率情况。

为了表明动力系统功率值，HCU需要发送一个CAN信号（如ePTSysPower）用于表明当前车辆的系统功率输出。当系统功率值为正时，说明此时动力系统正在驱动车辆，当系统功率值为负时，说明此时车辆正在进行能量回收。该信号的范围要视动力源的输出功率而定。

（10）驾驶模式显示

根据不同的工况环境，驾驶员可以选择不同的驾驶模式，被选定的驾驶模式应在仪表上进行显示。

为了表明驾驶模式，HCU需要发送一个CAN信号（如DriveMode）用于表明当前车辆被选定的驾驶模式。当仪表显示为E时，说明驾驶员选择的是经济模式，此时车辆以节油经济驾驶为主；当仪表显示为N时，说明驾驶员选择的是正常模式，此时兼顾节油率和动力性；当仪表显示为S时，说明驾驶员选择的是运动模式，此时车辆以动力性考虑为主。除此以外的模式，整车还可以基于用户需求设计其他的驾驶模式进行显示。

（11）电机转速

电机转速显示用于告之驾驶员当前电机系统输出的转速值，MCU需要发送一个CAN信号（如Motor⁃Speed）用于表明转速值。IC基于收到的CAN信号值进行显示电机转速值，电机的转速范围要视具体的电机能力而定。

（12）电池电压

电池电压显示用于告之驾驶员当前高压电池系统输出的电压值，BMS需要发送一个CAN信号（如HVBattVol）用于表明电压值。IC应基于收到的CAN信号值进行显示动力电池电压，动力电池的电压等级一般在300 V以上。

（13）电池电流

电池电流显示用于告之驾驶员当前高压电池系统输出的电流值，BMS需要发送一个CAN信号（如HVBattCrnt）用于表明电流值。IC应基于收到的CAN信号值进行显示电池电流。正常车辆驱动时动力电池电流输出为正，车辆在能量回收过程中，动力电池电流值为负。

（14）充电枪状态

当驾驶员将充电枪连接时，BMS应有一个硬线信号用于驱动充电枪连接状态指示灯亮。IC基于接收到的硬线信号进行显示当前的充电枪状态。

（15）充电状态

当驾驶员将充电枪连接时，同时此时高压电池是处于充电状态，BMS应有一个硬线信号用于驱动充电状态指示灯亮。IC基于接收到的硬线信号进行显示当前的电池充电状态，即处于充电或充电已满。

（16）混动能量流显示

由于混合动力汽车有串联、并联、能量回收等工作模式，为了使驾驶员能更清晰地在显示系统上（如DVD）观察到当前车辆的混动运行模式。可以在DVD娱乐屏的操作面板上新增一个软开关，用于显示混合动力系统的运行模式[6]。当按下该软开关时，娱乐系统界面将根据车辆当前的混动系统运行模式显示不同的能量流状态。

针对插电式混合动力系统，混动能量流的显示包括纯电模式能量流、串联模式能量流、并联模式能量流，以及滑行和制动能量回收能量流等。在能量流显示中，能够体现出各动力源的工作状态，如动力电池充放电、电机驱动或回收、发动机驱动情况等。

5 ePT系统显示信息实例

通过上述的ePT系统及各子系统控制器协同控制的显示方案设计，并且基于CAN网络通信，可以实现在混合动力车辆中与ePT系统相关的信息得到合理显示。

目前在某些开发的混合动力车辆中，有关动力系统的一些指示灯显示如表2所示，且该显示的形状应保持与国标GB/T 4094.2中规定的一致[7]。

表2 ePT系统指示灯状态

从表2可以看出，混合动力汽车动力系统相关指示灯与传统汽车上的显示指示灯存在一定的区别，主要是因为混合动力汽车新增加了与电池和电机等部件相关的一些信号指示灯。另外，除了表2中的指示灯之外，有一些与动力系统相关的信号可以通过文字或表针形式进行显示。

6 总结

由于混合动力汽车的动力系统与传统汽车动力系统存在较大的差异，而且一些关键零部件的开发也不是非常成熟，所以混合动力汽车动力系统相关的显示也是在系统设计工作中不断进行改进和优化。通过本文设计的显示系统及方案，并基于实际开发应用，能够有效地进行混合动力汽车动力系统相关信息的显示，为驾驶员及客户提供准确而又丰富的车辆运行信息。