CN101434198B - 一种自适应加速器的电动车辆控制器及其调试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种电动车辆控制器，由加速器供电切换电路、加速器故障检测电路、加速器信号采集电路、逻辑输入电路和包括CPU，A\D转换模块和储存单元的单片机系统组成。对该控制器的调试方法包括(1)对控制器的系统初始化，(2)信号的数模转换，(3)加速器类型判断，(4)加速器学习和(5)加速器故障检测等步骤。本发明实现了电动车辆上不同类型加速器的自适应匹配及学习功能，对于电动车控制器无须特别的参数设置及硬件改动就能匹配各种类型的加速器。即使加速器随着使用时间的增长，参数发生了漂移而使控制器进入保护，只须重新学习一次即可，大大降低了由于加速器不匹配或后期维护带来的不便及故障率。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动车辆加速器的控制器，更具体地说，它涉及一种能适应不同种类加速器并具有学习功能的电动车辆控制器以及利用该控制器对加速器进行调试的方法。
背景技术
目前，国内外使用的电动车辆的控制器均靠电子加速器(俗称脚踏板或油门)实现电机速度与转矩的平滑控制，但各厂家的加速器类型及电特性(如供电电压和有效输出范围)没有一个统一的标准，加速器类型就有电位器式加速器、感应式加速器、霍尔式加速器三种，或者同一种加速器使用一段时间后，由于机械结构磨损和电器老化会使其电特性(如微动开关行程和输出范围及量程)在一定程度上发生变化，虽然还不至于完全失效，但是以上情况仍然带来以下几个方面的明显不足：
1.不同类型的加速器需要配不同的控制器或控制器需单独进行软硬件设置，这给控制器的制造、维护和匹配带来了困难。
2.不同类型的加速器在和控制器的连接上没有统一的标准，造成接线容易出错，并且很可能烧毁控制器，匹配效果差，并给维修带来了困难。
3.即使对于调好的电动车辆控制系统，在使用一段时间后，由于机械结构磨损和电器老化使其电特性发生变化但此时加速器并未失效，往往造成加速器的匹配性和舒适度变差，严重的会使控制器进入加速器保护状态而无法使用，必须更换新的加速器，造成了维护成本的增加和不必要的浪费。
4.在对电动车辆进行维护时如需更换加速器，则必须使用与原配同型号同参数的加速器，选择性差，同时可能还需要重新调整控制器上加速器的一些相关设置，给维护来了困难。
到目前为止，在市场上尚未见到能够对加速器自动适应学习的电动车控制器。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种能对各种电动车辆加速器自动匹配，自动学习而免于调试的电动车辆控制器以及对利用该控制器对加速器进行调试的方法。
为了实现本发明的目的，提出一种电动车辆控制器，该控制器包括：加速器供电切换电路(1，4)，为不同类型的加速器提供所需电源；加速器故障检测电路(2)，对加速器工作状态进行检测；加速器信号采集电路(3)，利用加速器抽头检测到的电压，判断接入的加速器的类型；逻辑输入电路(6)，通过操作该逻辑输入电路(6)，使控制器进入加速器类型匹配程序或加速器自学习程序；单片机系统(5)，该单片机系统(5)由CPU，A\D转换模块和储存单元组成，根据输入的信号，完成加速器的类型的判断，加速器工作状态的确定，信号数据的数模转换和储存。
所述单片机系统(5)包括一蜂鸣器(7)，提示控制器进入不同工作状态或故障报警。
本发明还提出一种利用电动车辆控制器对加速器进行调试的方法，包括对所接入的加速器类型匹配和自学习程序的控制，该调试方法包括步骤：
(1)对控制器的系统初始化，为接入的加速器高端提供电源，并使加速器低端接地；
(2)信号的数模转换，将加速器抽头采集到的电压转换为数据信号；
(3)加速器类型判断，通过操作控制器逻辑输入电路，使控制器进入加速器类型匹配程序，根据所述数据信号判断接入的加速器的类型；
(4)加速器学习，分别采集加速器内置微动开关闭合时输入的电压值和加速器踩满时输入的电压值，重新分配加速器整个量程的五个区域，并用这些参数改写控制器存储单元的初始值值；将接收到的加速器量程经过数模转换和控制器存储器单元中预置的数据相比较没有超出控制器预置的有效范围，重新调整实际的输入范围，以达到最佳的匹配。
(5)加速器故障检测，接收到的加速器量程超出控制器预置的有效范围，则检测出加速器学习无效或本身存在严重故障。
在步骤1对控制器的系统初始化中，初始设置的默认状态匹配的加速器类型为电位器式加速器，给加速器高端供的电源为+5V。
在步骤2和3中，对不同类型加速器提供一种通用的连接方式。
在步骤3中，加速器抽头采集到的电压小于5V，判断接入的加速器为霍尔或感应式的，并为该加速器提供36V-48V的控制器系统电源电压。
在步骤3中，对所述器逻辑输入电路的操作控制方式为：首先关闭钥匙开关，踩下加速器，此时内置微动开关闭合；然后将方向开关来回切换3次，启动加速器类型匹配程序。
在步骤4中，通过操作控制器逻辑输入电路使控制器进入加速器自学习程序，其操作方式为：关闭钥匙开关，踩下加速器，此时内置微动开关闭合；将方向开关来回切换2次，进入加速器自学习功能。
在步骤4中，所述加速器量程的5个区域为加速器高故障范围、加速器低故障范围、加速器高端死区、加速器低端死区、加速器输入有效区。
在步骤4中，分配加速器量程的5个区域的具体方式为：将采集到的加速器内置微动开关闭合时加速器输入的电压值定义为加速器低端死区的中点，并由此计算出加速器低故障值和加速器0％PWM输入值，确定加速器低端死区和加速器低故障范围；将采集到加速器踩满时输入的电压值定义为加速器高端死区的中点，并由此计算出加速器高故障值和加速器100％PWM输入值，确定加速器高端死区和加速器高故障范围，加速器0％PWM输入值和加速器100％PWM输入值之间的区域为加速器输入有效区。
本发明实现了电动车辆上不同类型加速器的自适应匹配及学习功能，对于电动车控制器无须特别的参数设置及硬件改动就能匹配各种类型的加速器。即使加速器随着使用时间的增长，参数发生了漂移而使控制器进入保护，只须重新学习一次即可，大大降低了由于加速器不匹配或后期维护带来的不便及故障率。
附图说明
图1是本发明电动车辆控制器硬件系统组成原理图；
图2是本发明电动车辆控制器软件系统流程图；
图3是不同类型加速器通用连接形式示意图；
图4是本发明电动车辆控制器学习量程示意图。
具体实施方式
本发明由软件和硬件系统结合而成，图1是本发明电动车辆控制器硬件系统组成原理图。如图1所示，本发明的硬件系统包括加速器供电切换电路1和4，加速器故障检测电路2、加速器信号采集电路3、逻辑输入电路6、蜂鸣器7、单片机系统5、驱动单元8、电机9。其中，单片机系统5由CPU，AD转换模块和储存单元组成。
图2是本发明电动车辆控制器软件系统流程图。如图2所示，系统的流程包括系统初始化、A/D转换、加速器类型判断、加速器故障检测、加速器学习等步骤。
下面结合附图1和2，对本发明实现加速器自适应匹配及学习的原理和步骤详细说明如下：
一、系统的初始化
控制器出厂时设置一默认状态，即默认匹配加速器类型为电位器式加速器。单片机系统5通过加速器供电切换电路1中的限流电阻R9给电路中的Q2低电平使其导通，+5.3V通过Q2和R10给加速器高端供+5V电源，同时由单片机系统5通过限流电阻R7给加速器供电切换电路4中的Q3低电平使其截止，即加速器低端是通过R5接地的，这样就完成系统的初始化，此时初始设置为电位器式加速器的匹配状态。
二、加速器类型自动匹配
当控制器欲连接电位器式加速器之外的不同类型加速器时，本发明提供了一种通用的连接方式。该通用连接形式如图2所示，该连接的统一标准避免接线的错误方便维修。
如果控制器欲连接霍尔或感应式加速器时，采用如图2所示的方式接入。由于该类型加速器供电为控制器系统电源电压，即36V-48V，控制器识别该类型加速器时先通过默认状态给加速器供+5V电源，通过操作控制器逻辑输入电路6使控制器进入加速器类型匹配程序，该操作可以采用如下方式：首先关闭钥匙开关S3，踩下加速器，同时内置微动开关闭合；然后将方向开关(前进\后退开关)S2来回切换3次，此时单片机系统5使蜂鸣器7常响一下，告知操作人员加速器类型匹配程序启动，此时踩下加速器进行匹配。加速器抽头将采集到的电压经过单片机系统5经行A/D转换，如果抽头电压小于5V即可认为所接加速器为霍尔或感应式的，这时单片机系统5通过加速器供电切换电路1中的限流电阻R8给Q1低电平使其导通，30-60V电源(系统电源)通过加速器供电切换电路1中的Q1和R10给加速器高端提供系统电源，即霍尔或感应式加速器的工作电压，同时由单片机系统5通过加速器供电切换电路4的限流电阻R7给Q3高电平使其导通，即加速器低端直接接地。此时控制器便自动完成了加速器类型的匹配，单片机系统5使蜂鸣器7短响一下，告知操作人员加速器类型自动匹配完毕。
三、加速器自学习
通过操作控制器逻辑输入电路6使控制器进入加速器自学习程序，其操作方式可以设定为：关闭钥匙开关S3，踩下加速器，同时内置微动开关闭合；将方向开关S2来回切换2次，控制器上蜂鸣器7常响两声即进入该功能。加速器的自学习功能主要是对加速器输出范围及量程的学习，图4是本发明电动车辆控制器学习量程示意图。如图所示，这里把加速器的整个量程分为5个区域，即加速器高故障范围、加速器低故障范围、加速器高端死区、加速器低端死区、加速器输入有效区。
进入加速器自学习功能后，首先使加速器复位，缓慢踩下加速器直到踩到底，切换一次方向开关S2，使控制器知道学习结束，控制器蜂鸣器7短响两声告诉操作人员学习成功。在这个过程中让单片机系统5的存储单元存储下整个加速器量程的范围，包括微动开关闭合的位置。
具体的加速器学习和参数存储与改写过程如下：
当单片机系统5采集到加速器内置微动开关闭合时加速器输入的电压，将该点定义为加速器低端死区的中点，并且单片机系统5由此计算出加速器低故障值和加速器0％PWM输入值，由此确定加速器低端死区和加速器低故障范围。当单片机系统采集到加速器踩满时输入的电压值，将该点定义为加速器高端死区的中点。并且单片机系统由此计算出加速器高故障值和加速器100％PWM输入值，由此确定加速器高端死区和加速器高故障范围。加速器0％PWM输入值和加速器100％PWM输入值之间的区域为加速器输入有效范围。这样单片机系统5就重新分配出了加速器整个量程的五个区域，并用这些参数改写控制器存储单元的原值。
同时单片机系统5将接收到的加速器量程经过A/D转换和控制器存储器单元中预置的有效范围和死区范围数据相比较，如果单片机系统5接收到的加速器量程与控制器预置的有效范围不符，则说明学习无效或加速器本身存在严重故障并通过蜂鸣器报故障。如果相符，控制器则会根据学习到的量程重新调整实际的输入范围，以达到最佳的匹配。学习完成后按正常顺序操作车辆，此时控制器将按照学习后的加速器输入范围进行速度调节。
四、控制过程
逻辑输入电路6将执行的加速器类型识别或加速器学习的操作顺序信号输送给单片机系统5，进行加速器状态判断，判断是加速器类型识别状态还是加速器学习状态。加速器故障检测电路2、加速器信号采集电路3、加速器供电切换电路1和4均通过单片机系统5来完成加速器的信号输入，进而用来计算加速器类型和学习的数据。蜂鸣器7接单片机系统5，用来进行控制器状态判断和故障报警，控制器将处理后的信号经过驱动单元8驱动电机9运行。
Claims (10)
1.一种电动车辆控制器，其特征在于，该控制器包括：
第一加速器供电切换电路（1）和第二加速器供电切换电路（4），为不同类型的加速器提供所需电源；
一加速器故障检测电路（2），对加速器工作状态进行检测；
一加速器信号采集电路（3），利用加速器抽头检测到的电压，判断接入的加速器的类型；
一逻辑输入电路（6），通过操作该逻辑输入电路（6），使控制器进入加速器类型匹配程序或加速器自学习程序；
一单片机系统（5），该单片机系统（5）由CPU，A\D转换模块和储存单元组成，根据输入的信号，完成加速器类型的判断，加速器工作状态的确定，信号数据的数模转换和储存;
电动车辆控制器对加速器进行调试，包括对所接入的加速器类型匹配和自学习程序的控制，具体步骤如下：
（a）对控制器的系统初始化，为接入的加速器高端提供电源，并使加速器低端接地；
（b）信号的数模转换，将加速器抽头采集到的电压转换为数据信号；
（c）加速器类型判断，通过操作控制器逻辑输入电路，使控制器进入加速器类型匹配程序，根据所述数据信号判断接入的加速器的类型；
（d）加速器学习，分别采集加速器内置微动开关闭合时输入的电压值和加速器踩满时输入的电压值，重新分配加速器整个量程的五个区域，并用这些参数改写控制器存储单元的初始值；将接收到的加速器量程经过数模转换和控制器存储器单元中预置的数据相比较没有超出控制器预置的有效范围，重新调整实际的输入范围，以达到最佳的匹配；
（e）加速器故障检测，接收到的加速器量程超出控制器预置的有效范围，则检测出加速器学习无效或本身存在严重故障。
2.根据权利要求1所述的电动车辆控制器，其特征在于，所述单片机系统（5）包括一蜂鸣器（7），提示控制器进入不同工作状态或故障报警。
3.一种利用权利要求1或2所述电动车辆控制器对加速器进行调试的方法，包括对所接入的加速器类型匹配和自学习程序的控制，其特征在于，该调试方法包括步骤：
（1）对控制器的系统初始化，为接入的加速器高端提供电源，并使加速器低端接地；
（2）信号的数模转换，将加速器抽头采集到的电压转换为数据信号；
（3）加速器类型判断，通过操作控制器逻辑输入电路，使控制器进入加速器类型匹配程序，根据所述数据信号判断接入的加速器的类型；
（4）加速器学习，分别采集加速器内置微动开关闭合时输入的电压值和加速器踩满时输入的电压值，重新分配加速器整个量程的五个区域，并用这些参数改写控制器存储单元的初始值；将接收到的加速器量程经过数模转换和控制器存储器单元中预置的数据相比较没有超出控制器预置的有效范围，重新调整实际的输入范围，以达到最佳的匹配；
（5）加速器故障检测，接收到的加速器量程超出控制器预置的有效范围，则检测出加速器学习无效或本身存在严重故障。
4.根据权利要求3所述的调试方法，其特征在于，在步骤1对控制器的系统初始化中，初始设置的默认状态匹配的加速器类型为电位器式加速器，给加速器高端供的电源为+5V。
5.根据权利要求3所述的调试方法，其特征在于，在步骤2和3中，对不同类型加速器提供一种通用的连接方式。
6.根据权利要求3所述的调试方法，其特征在于，在步骤3中，加速器抽头采集到的电压小于5V,判断接入的加速器为霍尔或感应式的，并为该加速器提供36V-48V的控制器系统电源电压。
7.根据权利要求3所述的调试方法，其特征在于，在步骤3中，对所述器逻辑输入电路的操作控制方式为：首先关闭钥匙开关，踩下加速器，此时内置微动开关闭合；然后将方向开关来回切换3次，启动加速器类型匹配程序。
8.根据权利要求3所述的调试方法，其特征在于，在步骤4中，通过操作控制器逻辑输入电路使控制器进入加速器自学习程序，其操作方式为：关闭钥匙开关，踩下加速器，此时内置微动开关闭合；将方向开关来回切换2次，进入加速器自学习功能。
9.根据权利要求3所述的调试方法，其特征在于，在步骤4中，所述加速器量程的5个区域为加速器高故障范围、加速器低故障范围、加速器高端死区、加速器低端死区、加速器输入有效区。
10.根据权利要求3所述的调试方法，其特征在于，在步骤4中，分配加速器量程的5个区域的具体方式为：将采集到的加速器内置微动开关闭合时加速器输入的电压值定义为加速器低端死区的中点，并由此计算出加速器低故障值和加速器0%PWM输入值，确定加速器低端死区和加速器低故障范围；将采集到加速器踩满时输入的电压值定义为加速器高端死区的中点，并由此计算出加速器高故障值和加速器100%PWM输入值，确定加速器高端死区和加速器高故障范围，加速器0%PWM输入值和加速器100%PWM输入值之间的区域为加速器输入有效区。
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