一種電動車的駐坡控制系統的製作方法

2023-05-16 15:33:21

本發明屬於電動車控制領域，更具體地，涉及一種電動車的駐坡控制系統。

背景技術：

傳統駐坡起步完全依靠駕駛員手動操作，且直驅電動車為防止油門、剎車同時有效情況出現，會做剎車優先處理，即剎車有效則油門無效。上述策略優化了駕駛安全，但對駐坡起步半聯動操作造成了困難。

駐坡起步操作複雜，驅動力難以掌握，易出現溜坡及驅動力不足滑坡的危險情況。並且電動物流車載重區間大，在空載與滿載時所需的驅動力成倍的變化，操作不當極易溜坡造成駕駛危險，同時損壞電機。

專利文獻cn103182952a公開了一種電動汽車電子駐坡系統控制和方法，該專利通過檔位識別和車速判斷整車是否處於駐坡狀態，並通過電機轉動方向判斷是否有溜車傾向；僅在電機反向旋轉時將電機驅動模式由扭矩驅動變為轉速模式，定轉數為0控制，從而使電機堵轉達到坡道駐車。然而該方法採用電機轉速控制方式坡道駐車，駐車溜坡方案為被動式檢測，即有溜車趨勢後才進行電機轉數控制。若車輛在超出驅動力之外的情況下，溜坡將在所難免；在電動車滿載，甚至超載的極端工況下，駐坡或上坡整車驅動力不足，溜坡在所難免。同時，現有技術的電動車在加速過程中，並不主動計算驅動力，而是僅僅根據油門信號驅動電機，然後採集車速做閉環反饋，這導致加速過程不平穩，容易給乘客造成不適感。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種駐坡控制系統，其目的在於通過坡度模塊、載重模塊以及車速模塊獲取坡道狀態以及車況，從而解決載重電動車的安全駐坡起步，簡化駕駛操作。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種駐坡控制系統，包括坡度模塊、車速模塊、剎車模塊、油門模塊以及控制器；

所述坡度模塊的輸出端連接控制器的第一輸入端，所述車速模塊的輸出端連接控制器的第二輸入端，所述剎車模塊的輸出端連接控制器的第三輸入端，所述油門模塊的輸出端連接控制器的第四輸入端；

所述坡度模塊用於獲得道路坡度信號，所述車速模塊用於獲得車速信號，所述剎車模塊用於獲得剎車信號，所述油門模塊用於獲得油門信號，所述控制器用於根據所述道路坡度和車速，獲得電動車的運行模式，同時根據油門信號獲得加速信號，並在所述運行模式為駐坡起步模式時，輸出剎車信號以及加速信號。

優選地，所述駐坡控制系統還包括載重模塊，所述載重模塊的輸出端連接控制器的第五輸入端，所述載重模塊用於獲得載重信號，所述控制器還用於根據載重信號、道路坡度信號以及油門信號，獲得加速信號並輸出。

作為進一步優選地，所述載重模塊包括前軸懸架行程測量器以及後軸懸架行程測量器，所述前軸懸架行程測量器設置於電動車前輪的懸架上方，所述後軸懸架行程測量器設置於電動車後輪的懸架上方。

作為進一步優選地，所述駐坡控制系統還包括警報模塊，所述控制器的輸出端連接警報模塊的輸入端；

所述控制器還用於判斷所需的加速信號是否超過載重力範圍，並在超過時發出警報信號，所述警報模塊用於根據所述警報信號作出警報響應。

按照本發明的另一方面，提供了一種利用上述駐坡控制系統控制電動車的方法，包括以下步驟：

s1.控制器獲得道路坡度信號、車速信號、剎車信號以及油門信號，控制器根據油門信號獲得加速信號；

s2.判斷道路坡度信號是否大於第一閾值，同時車速信號是否小於第二閾值，是則所述運行模式為駐坡起步模式，進入步驟s3，否則所述運行模式為驅動模式，進入步驟s4；

s3.控制器同時輸出剎車信號以及加速信號，返回步驟s2；

s4.當所述剎車信號為激活狀態時，控制器僅輸出剎車信號，否則輸出加速信號。

優選的，所述第一閾值為4°～7°，第二閾值為7km/h～15km/h。

優選地，在所述步驟s1中還包括獲得載重信號，所述控制器根據載重信號、道路坡度信號以及油門信號，獲得加速信號。

作為進一步優選地，在所述步驟s1中還包括，判斷所需的加速信號是否超過載重力範圍，並在超過時發出警報信號。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，由於增加了坡度模塊以及車速模塊，能夠取得下列有益效果：

1、本發明通過坡度模塊以及車速模塊，獲得了整車及道路狀態，從而判斷電動車的運行模式，並在處於駐坡起步模式時，輸出剎車信號以及加速信號，使得電動車在穩定上坡的同時，不至於溜坡；

2、本發明通過載重信號、道路坡度信號以及油門信號，獲得加速信號，從而能主動計算電動車所需的驅動力，實現了載重電動車上坡啟動的精確控制，進一步避免電機倒轉而造成溜坡；

3、通過主動計算驅動力而對電動車加速，能保證加速過程平穩，乘客和駕駛員感覺更加舒適；

4、通過警報信號，在驅動力不足時提醒駕駛員，能提前避免車輛無法啟動的狀況。

附圖說明

圖1是本發明駐坡控制系統結構示意圖；

圖2是本發明實施例1駐坡控制系統結構示意圖；

圖3是本發明實施例1駐坡控制系統駐坡示意圖；

圖4是本發明實施例1駐坡控制系統坡道起步示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。

本發明駐坡控制系統包括獲得道路坡度信號的坡度模塊、獲得車速信號的車速模塊、獲得剎車信號的剎車模塊、獲得油門信號的油門模塊以及控制器等，如圖1所示；

其中，所述坡度模塊的輸出端連接控制器的第一輸入端，所述車速模塊的輸出端連接控制器的第二輸入端，所述剎車模塊的輸出端連接控制器的第三輸入端，所述油門模塊的輸出端連接控制器的第四輸入端；其中，車速模塊可採用光電管等方法進行測距，以減少車輛抖動和機械振動的幹擾，剎車模塊包括手剎和腳剎。

該駐坡控制系統還可包括獲得載重信號的載重模塊以及作出警報響應的警報模塊等部件；其中，所述載重模塊的輸出端連接控制器的第五輸入端，載重模塊通常由兩個設置於電動車前輪的懸架上方的前軸懸架行程測量器以及兩個設置於電動車後輪的懸架上方的後軸懸架行程測量器組成，通過自身的形變，能獲得該電動車的載重量即載重信號；

而警報模塊可以為單獨的警報器，也可以用電動車的儀錶盤代替，控制器的輸出端連接警報模塊的輸入端。

利用上述駐坡控制系統控制電動車的方法包括以下步驟：

s1.坡度模塊、車速模塊、剎車模塊、油門模塊以及載重模塊分別獲得坡度信號、車速信號、剎車信號、油門信號以及載重信號；；

s2.控制器根據載重信號、道路坡度信號以及油門信號，獲得加速信號，並判斷所需的加速信號是否超過載重力範圍，是則進入步驟s6，否則進入下一步；

s3.判斷道路坡度信號是否大於第一閾值，同時車速信號是否小於第二閾值，是則說明電動車所處的道路坡度較大，同時車輛並未完全啟動，所述運行模式為駐坡起步模式，進入步驟s4，否則所述運行模式為驅動模式，進入步驟s5；第一閾值通常為4°～7°，第二閾值通常為7km/h～15km/h；

s4.控制器同時輸出剎車信號以及加速信號，返回步驟s2；

s5.當所述剎車信號為激活狀態時，控制器僅輸出剎車信號，否則輸出加速信號；

s6.警報器發出警報信號。

實施例1

如圖1所示，實施例1的駐坡控制系統包括前軸懸架行程測量器、坡道角度測量模塊、車速採集模塊、剎車踏板、油門踏板、後軸懸架行程測量器、整車控制器、電機控制器以及電機等部件；該系統可應用於4.5t純電動直驅物流車。

其中，前軸懸架行程測量器有兩個，分別安裝於電動車兩個前輪的懸架正上方，輸出端連接整車控制器的第一輸入端，後軸懸架行程測量器有兩個，分別安裝於電動車兩個後輪的懸架正上方，輸出端連接整車控制器的第二輸入端；前軸懸架行程測量器以及後軸懸架行程測量器安裝在車輪上，能保證形變最大，然後根據懸架的壓縮行程即可獲得車輪因承重所壓縮的行程，結合懸架彈簧的壓縮係數即可獲得載重信號；

坡道檢測模塊安裝於駕駛艙下方中部，可以減少因車輪抖動引起的測量誤差，同時便於走線，其輸出端連接整車控制器的第三輸入端；坡道角度測量模塊通過測量整車縱向與水平方向的夾角，以此測量車輛所處的道路坡度；

車速採集模塊採用光電管測距方案，儘量減少抖動及機械幹擾，其輸出端連接整車控制器的第四輸入端；剎車踏板的輸出端連接整車控制器的第五輸入端，油門踏板的輸出端連接整車控制器的第六輸入端；

整車控制器的交互端連接所述電機控制器的交互端，所述電機控制器的輸出端連接電機，所述電機連接後橋驅動輪，輸出動力，控制車輛運轉。

如圖3-4所示，整車控制器採集坡道角度測量模塊的道路坡度信號、前後軸懸架行程測量器的載重信號、以及車速信號，然後通過坡道角度測量模塊讀取採集的角度，濾波處理，換算成當前道路坡度；然後通過載重信號結合整車自身質量，計算出整車總質量。由力學公式可計算出，靜止在坡道時，車輛沿坡道向下的分力f1。在無外加制動力的情況下，若需要車輛繼續靜止在坡道上，則需要電機提供相應的相反方向的動力－f1。整車電機最大驅動力fmax可由電機最大扭矩、車輛齒輪減速比、車輪半徑計算得出。若坡道上的電動車已經下滑，而3s內剎車踏板及手剎仍未向整車控制器發出剎車信號，則儀表發出預警提示司機。

以駐坡起步為例，該系統的工作過程中如下：

在車輛駐坡起步(即車速為0)時，採集到道路坡道為10％(≈5°)、油門踏板發出的油門開度和剎車信號均有效時，並且檔位為d檔(前進擋)或r檔(倒車檔)，整車控制器(vcu)切換到坡起模式，從而剎車踏板、手剎以及油門踏板發出的信號均有效。以整車控制器計算出的驅動力需求f1為目標，從而固定累加驅動力，使車緩慢平穩起步，直至車速大於10km/h(通常5秒內加速至該車速)後,切換回正常操作模式。(即當剎車踏板或手剎發出剎車信號時，油門信號顯示)。

同時，若驅動力需求f1≥fmax，整車控制器則向儀表發出警報信號，可提前在儀表上警示。

剎車信號電機在正常工作模式時還可轉換為發電機工作狀態，輔助制動，並發電向動力電池回饋能量。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。