CN103419772A - 一种电动汽车起步系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车起步系统及其控制方法，其特征是：第一电磁离合器的一端是与变速箱轴相连接，另一端是与第一液压马达/液压泵的泵轴相连接；第二电磁离合器的一端是与一传动/差速机构的转轴相连接，另一端是与第二液压马达/液压泵的泵轴相连接；第一液压马达/液压泵和第二液压马达/液压泵是以蓄能器为蓄能装置；由传感单元向整车控制器输出各检测信号；电磁离合控制单元输出控制信号是通过CAN总线与第一电磁离合器以及第二电磁离合器的信号控制端相连接。本发明用于实现电动汽车平稳起步，同时保证避免上下坡起动时出现溜车和滑车现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车起步系统及其控制方法，应用于电动汽车领域，特别是应用于电动汽车的起步控制。
背景技术
随着社会经济的发展，能源危机和环境污染已经成为制约经济发展的一个重要因素，传统汽车的数量越来越多，对环境造成的压力也越来越大。因此，电动汽车的研究和发展对解决能源问题，降低环境污染有重大的意义。
目前电动汽车的研究不成熟，存在很多问题有待解决。例如，电动汽车起步时会产生一定的冲击和噪声，这是由电动汽车的动力传动系统的特点决定的，由于传动齿轮的间隙和传动轴的具有一定的柔性特性，且电机起动转矩变化率大，一般都是直接与变速箱相连，再传递到车轮，根据间隙效益会产生噪声和振动。又例如，电动汽车在上下坡起步的时候由于电动汽车的特殊结构，驾驶员在坡道起步时，易发生溜车和滑车的现象。这些问题还没得到完全的解决，影响了驾驶员的安全性和舒适性。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种电动汽车起步系统及其控制方法，以实现电动汽车平稳起步，同时保证避免上下坡起动时出现溜车和滑车现象。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明电动汽车起步系统的结构特点是：
设置第一电磁离合器的一端是与变速箱的转轴相连接，另一端是与第一液压马达/液压泵的泵轴相连接；变速箱设置在电机和第一传动/差速机构之间。
设置第二电磁离合器的一端是与第二传动/差速机构的转轴相连接，另一端是与第二液压马达/液压泵的泵轴相连接；
设置蓄能器，所述第一液压马达/液压泵和第二液压马达/液压泵是以蓄能器为蓄能装置；
设置向整车控制器输出检测信号的传感单元包括：加速踏板位置传感器、制动踏板位置传感器、坡度传感器、车速传感器、整车控制器、加速度传感器和油压传感器；
设置电磁离合控制单元，其输出控制信号是通过CAN总线与第一电磁离合器以及第二电磁离合器的信号控制端相连接。
本发明电动汽车起步系统的控制方法的特点是包括起步工况控制和制动能量回收控制；
所述起步工况控制按如下方法进行：
整车控制器通过加速踏板位置传感器采集获得加速踏板开度P1，通过制动踏板位置传感器采集获得制动踏板开度P2，通过坡度传感器采集获得坡度I，通过车速传感器采集获得车速V，通过加速度传感器采集获得车辆加速度a，通过油压传感器采集获得蓄能器液压P；
当车速V为零时，若坡度I不大于上坡坡度阀值Ia、并坡度I的绝对值不大于下坡坡度阀值Ib的绝对值时，判断车辆处于平坡起步工况，投入平坡起步控制；
当车速V为零时，若坡度I不小于上坡坡度阀值Ia时，判断车辆处于上坡起步工况，投入上坡起步控制；
当车速V为零时，若坡度I的绝对值不小于下坡坡度阀值Ib的绝对值，判断车辆处于下坡起步工况，投入下坡起控制；
所述平坡起步控制按如下步骤进行：
步骤1：由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第二电磁离合器为断开状态；
步骤2：由整车控制器进行判断：若蓄能器液压P不小于蓄能器储存液压阀值P0则进入步骤3；反之由电机提供起步动力；
步骤3：由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第二电磁离合器同步结合，蓄能器释放能量，由第一液压马达/液压泵和第二液压马达/液压泵分别通过变速箱、第一传动/差速机构和第二传动/差速机构提供起步动力，驱动起步行驶；
步骤4：由整车控制器进行判断：若加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%则返回步骤3；反之，由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第二电磁离合器同步断开，由电机提供起步动力，平坡起步完成；
所述上坡起步控制按如下步骤进行：
步骤1：由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第二电磁离合器为断开状态；
步骤2：由整车控制器(进行判断：若蓄能器液压P不小于蓄能器储存液压阀值P0则进入步骤3；反之由电机提供起步动力；
步骤3：由整车控制器判断：若加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%则进入步骤4；反之由电机提供起步动力；
步骤4：由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第一电磁离合器同步结合，蓄能器释放能量，由第一液压马达/液压泵和第二液压马达/液压泵分别通过变速箱、第一传动/差速机构和第二传动/差速机构提供起步动力，驱动起步行驶，同时启动定时器，设置定时器的倒计时时间为T0；
步骤5：由整车控制器判断：定时器倒计时T0结束，则进入步骤6；反之返回步骤4；
步骤6：由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第一电磁离合器同步断开，整车控制器根据由坡度传感器和车速传感器分别测得的当前坡度I1和当前车速V1计算出电机所需的上坡起步最优转矩N，并发送给电机控制器，用于控制电机驱动车辆上坡行驶；
步骤7：由整车控制器判断加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%则返回步骤6，反之为完成起步，由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第二电磁离合器同步断开转而由电机提供行驶动力；
所述下坡起步控制按如下步骤进行：
步骤1：由整车控制器判断：蓄能器液压P不大于蓄能器储存液压阀值P0则进入步骤2；反之，由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第二电磁离合器断开，由电机提供起步动力；
步骤2：由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第一电磁离合器同步结合，蓄能器转入蓄能状态，接受由第二传动/差速机构和由第一传动/差速机构经变速箱所传递的机械能；
步骤3：由整车控制器判断：加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%则返回步骤2；反之，由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第二电磁离合器同步断开，转为由电机提供起步动力，下坡起步控制完成；
所述制动能量回收控制是在车速V不为零时按如下步骤进行：
步骤1：由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第二电磁离合器为断开状态；
步骤2：由整车控制器判断制动踏板开度P2不小于5%则进入步骤3，反之保持第一电磁离合器和第二电磁离合器为断开状态；
步骤3：由整车控制器判断加速度a不大于阀值a0则进入步骤4，反之保持第一电磁离合器和第二电磁离合器为断开状态；
步骤4：由整车控制器判断：蓄能器的液压P不大于液压储存压力的阀值P0则进入步骤5；反之保持第一电磁离合器和第二电磁离合器为断开状态；
步骤5：由电磁离合控制单元控制第一电磁离合器和第一电磁离合器同步结合，蓄能器转入蓄能状态，接受由第二传动/差速机构和由第一传动/差速机构经变速箱所传递的机械能；
步骤6：返回步骤3。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明系统结构设计简单，解决了电动汽车起步时，噪声大和冲击大的问题，同时解决了电动汽车上坡起步时溜车问题和下坡起步时的滑车问题；
2、本发明系统改善了电动汽车起步时，动力电池放电过大问题，有利于增加电动汽车的行驶动力性，延长了动力电池的使用寿命；
3、本发明系统控制方法改善了电动汽车上坡起步时，由于电机的堵转特性造成对电机损害的问题，采用液压驱动配合电机驱动起步，实现电动汽车的上坡智能起步，改善了驾驶员的舒适性和安全性；
4、本发明系统控制方法在下坡起步和一定的制动工况下，采用能量回收控制，使整个起步系统有足够的能量实现起步控制，保证了本发明系统使用的可靠性。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实施例中电动汽车起步系统是设置：
设置第一电磁离合器2的一端是与变速箱21的转轴1相连接，另一端是与第一液压马达/液压泵3的泵轴相连接；变速箱21设置在电机24和第一传动/差速机构22之间，动力电池25为电机提供力能，电源管理系统27可用于对动力电池进行监测；设置第二电磁离合器7的一端是与第二传动/差速机构23的转轴相连接，另一端是与第二液压马达/液压泵5的泵轴相连接；通过电磁离合控制单元9控制第一电磁离合器2和第二电磁离合器7来实现液压系统与电动汽车机械传动系统的结合和断开，从而完成液压能与机械能之间的相互转换。
设置蓄能器4，第一液压马达/液压泵3和第二液压马达/液压泵5是以蓄能器4为蓄能装置；蓄能器4、油箱6、第一液压马达/液压泵3和第二液压马达/液压泵5通过高压油管相连接，第一液压马达/液压泵3和第二液压马达/液压泵5在不同的工作模式下，实现了液压系统的储能和能量释放的过程。
设置向整车控制器14输出检测信号的传感单元包括：加速踏板位置传感器10、制动踏板位置传感器11、坡度传感器12、车速传感器13、整车控制器14、加速度传感器15和油压传感器16。
设置电磁离合控制单元9，其输出控制信号是通过CAN总线与第一电磁离合器2以及第二电磁离合器7的信号控制端相连接；通过CAN总线连接，能实时地与各控制器进行信息交换。
本实施例中电动汽车起步系统的控制方法包括起步工况控制和制动能量回收控制。
起步工况控制按如下方法进行：
整车控制器14通过加速踏板位置传感器10采集获得加速踏板开度P1，通过制动踏板位置传感器11采集获得制动踏板开度P2，通过坡度传感器12采集获得坡度I，坡度I在上坡时为正值，下坡时为负值，通过车速传感器13采集获得车速V，通过加速度传感器15采集获得车辆加速度a，通过油压传感器16采集获得蓄能器液压P。
当车速V为零时，若坡度I不大于上坡坡度阀值Ia、并坡度I的绝对值不大于下坡坡度阀值Ib的绝对值时，判断车辆处于平坡起步工况，投入平坡起步控制。
当车速V为零时，若坡度I不小于上坡坡度阀值Ia时，判断车辆处于上坡起步工况，投入上坡起步控制。
当车速V为零时，若坡度I的绝对值不小于下坡坡度阀值Ib的绝对值，判断车辆处于下坡起步工况，投入下坡起控制。
平坡起步控制按如下步骤进行：
步骤1：由电磁离合控制单元9控制第一电磁离合器2和第二电磁离合器7为断开状态。
步骤2：由整车控制器14进行判断：若蓄能器液压P不小于蓄能器储存液压阀值P0则进入步骤3；反之由电机24提供起步动力；当蓄能器4液压P不小于蓄能器4储存液压阀值P0时，表明液压系统能够提供足够的起步动力。
步骤3：由电磁离合控制单元9控制第一电磁离合器2和第二电磁离合器7同步结合，蓄能器4释放能量，由第一液压马达/液压泵3和第二液压马达/液压泵5分别通过变速箱21、第一传动/差速机构22和第二传动/差速机构23提供起步动力，驱动起步行驶。
步骤4：由整车控制器14进行判断：考虑到驾驶员的驾驶习惯，将加速踏板开度和制定踏板开度的阀值均定为5%，用于判断驾驶员的驾驶意图，若加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%，表明驾驶员无行驶加速和制动意图，则返回步骤3；反之，由电磁离合控制单元9控制第一电磁离合器2和第二电磁离合器7同步断开，液压系统不提供动力，转为由电机单独提供起步动力，平坡起步完成。
上述步骤完成了电动汽车平坡起步时的控制，由于液压结合和传递动力平稳柔和，本实施例采用纯液压起步可解决由于电机起动转矩变化率大和传动系的间隙造成的起步噪声和振动问题，提高了驾驶的舒适性，同时也减少了动力电池25大电流放电的时间，有利于提高车辆的行驶动力性。
上坡起步控制按如下步骤进行：
步骤1：由电磁离合控制单元9控制第一电磁离合器2和第二电磁离合器7为断开状态。
步骤2：由整车控制器14进行判断：若蓄能器液压P不小于蓄能器储存液压阀值P0则进入步骤3；反之由电机提供起步动力；当蓄能器4液压P不小于蓄能器4储存液压阀值P0时，表明液压系统能够提供足够的起步动力。
步骤3：由整车控制器14判断：若加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%，表面驾驶员无行驶加速和制动的意图，则进入步骤4；反之由电机提供起步动力。
步骤4：由电磁离合控制单元9控制第一电磁离合器2和第一电磁离合器7同步结合，蓄能器4释放能量，由第一液压马达/液压泵3和第二液压马达/液压泵5分别通过变速箱21、第一传动/差速机构22和第二传动/差速机构23提供起步动力，驱动起步行驶，同时启动定时器，设置定时器的倒计时时间为T0；在此设置定时器是为了控制上坡起步时，液压系统提供起步动力的时间。
步骤5：由整车控制器14判断：定时器倒计时T0结束，则进入步骤6；反之返回步骤4。
步骤6：由电磁离合控制单元9 控制第一电磁离合器2和第一电磁离合器7同步断开，整车控制器14根据由坡度传感器12和车速传感器13分别测得的当前坡度I1和当前车速V1计算出电机所需的上坡起步最优转矩N，并发送给电机控制器26，用于控制电机驱动车辆上坡行驶；通过计算得出的最优转矩N，使车辆能够实现上坡智能起步。
步骤7：由整车控制器14判断加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%则返回步骤6，反之，表面驾驶员有加速或制动的意图，为完成起步，由电磁离合控制单元9控制第一电磁离合器2和第二电磁离合器7同步断开，使液压系统与机械传动系统分离，转而由电机24提供行驶动力，；通过判断驾驶员对加速踏板和制动踏板的控制，来决定整个上坡智能起步是否结束。
上述步骤完成了本实施例中电动汽车在上坡起步时的控制，把电动汽车上坡起步分为预起步阶段（即车辆有静止到起动）和智能控制起步阶段（即电机自动驱动起步行驶）。首先有液压驱动四轮行驶，电动汽车实现上坡的预起步，然后由电机驱动实现电动汽车的智能起步，最后由驾驶员判断智能起步是否结束。与传统的电动汽车起步相比，本发明的采用的上坡起步方法，可以提高电机和电池的使用寿命，防止溜车，改善了电动汽车行驶动力性，增加驾驶的安全性和舒适性。
下坡起步控制按如下步骤进行：
步骤1：由整车控制器14判断：蓄能器液压P不大于蓄能器储存液压阀值P0，表明蓄能器4能够储存液压能，则进入步骤2；反之，由电磁离合控制单元9控制第一电磁离合器2和第二电磁离合器7断开，由电机提供起步动力。
步骤2：由电磁离合控制单元9控制第一电磁离合器2和第一电磁离合器7同步结合，液压系统与机械传动系统相结合，蓄能器4转入蓄能状态，接受由第二传动/差速机构23和由第一传动/差速机构22经变速箱21所传递的机械能。
步骤3：由整车控制器14判断：加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%则返回步骤2；反之，由电磁离合控制单元9控制第一电磁离合器2和第二电磁离合器7同步断开，转为由电机提供起步动力，下坡起步控制完成。
上述步骤完成了电动汽车下坡起步时的控制，即在驾驶员没有表现驾驶意图的情况下，将电动汽车的机械传动部分与液压系统连接，将下坡时产生的势能转换成机械能最终转换成液压能储存在蓄能器中。本发明采用的下坡起步的控制方法，能够改善电动汽车下坡时的滑车现象，提高了驾驶的安全性，同时回收部分能量储存在蓄能器中，间接的提高了行驶动力性。
制动能量回收控制是在车速V不为零时按如下步骤进行：
步骤1：由电磁离合控制单元9控制第一电磁离合器2和第二电磁离合器7为断开状态。
步骤2：由整车控制器14判断制动踏板开度P2不小于5%则进入步骤3，反之保持第一电磁离合器2和第二电磁离合器7为断开状态。
步骤3：由整车控制器14判断加速度a不大于阀值a0，则进入步骤4，表面驾驶员需要以一个小的加速度进行制动，若加速度过大，则液压系统产生的阻力不能满足要求，反之保持第一电磁离合器2和第二电磁离合器7为断开状态。
步骤4：由整车控制器14判断：蓄能器的液压P不大于液压储存压力的阀值P0，表明蓄能器4能够储存液压能，则进入步骤5；反之保持第一电磁离合器2和第二电磁离合器7为断开状态。
步骤5：由电磁离合控制单元9 控制第一电磁离合器2和第一电磁离合器7同步结合，蓄能器4转入蓄能状态，接受由第二传动/差速机构23和由第一传动/差速机构22经变速箱21所传递的机械能。
步骤6：返回步骤3。
上述步骤完成了电动汽车制动能量回收时的控制，即在液压系统中蓄能器4的液压不足的情况下，当电动汽车以一个小加速度制动时，液压系统与机械传动系统结合，将动能转化最终回收到蓄能器4中，这样保证了本发明的起步系统处于一个稳定的可供能状态，从而有效地发挥起步控制的作用。
Claims (2)
1.一种电动汽车起步系统，其特征是：
设置第一电磁离合器(2)的一端是与变速箱(21)的转轴(1)相连接，另一端是与第一液压马达/液压泵(3)的泵轴相连接；变速箱(21)设置在电机(24)和第一传动/差速机构(22)之间；
设置第二电磁离合器(7)的一端是与第二传动/差速机构(23)的转轴相连接，另一端是与第二液压马达/液压泵(5)的泵轴相连接；
设置蓄能器(4)，所述第一液压马达/液压泵(3)和第二液压马达/液压泵(5)是以蓄能器(4)为蓄能装置；
设置向整车控制器(14)输出检测信号的传感单元包括：加速踏板位置传感器(10)、制动踏板位置传感器(11)、坡度传感器(12)、车速传感器(13)、整车控制器(14)、加速度传感器(15)和油压传感器(16)；
设置电磁离合控制单元(9)，其输出控制信号是通过CAN总线与第一电磁离合器(2)以及第二电磁离合器(7)的信号控制端相连接。
2.一种权利要求1所述的电动汽车起步系统的控制方法，其特征是包括起步工况控制和制动能量回收控制；
所述起步工况控制按如下方法进行：
整车控制器(14)通过加速踏板位置传感器(10)采集获得加速踏板开度P1，通过制动踏板位置传感器(11)采集获得制动踏板开度P2，通过坡度传感器(12)采集获得坡度I，通过车速传感器(13)采集获得车速V，通过加速度传感器(15)采集获得车辆加速度a，通过油压传感器(16)采集获得蓄能器液压P；
当车速V为零时，若坡度I不大于上坡坡度阀值Ia、并坡度I的绝对值不大于下坡坡度阀值Ib的绝对值时，判断车辆处于平坡起步工况，投入平坡起步控制；
当车速V为零时，若坡度I不小于上坡坡度阀值Ia时，判断车辆处于上坡起步工况，投入上坡起步控制；
当车速V为零时，若坡度I的绝对值不小于下坡坡度阀值Ib的绝对值，判断车辆处于下坡起步工况，投入下坡起控制；
所述平坡起步控制按如下步骤进行：
步骤1：由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第二电磁离合器(7)为断开状态；
步骤2：由整车控制器(14)进行判断：若蓄能器液压P不小于蓄能器储存液压阀值P0则进入步骤3；反之由电机(24)提供起步动力；
步骤3：由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第二电磁离合器(7)同步结合，蓄能器(4)释放能量，由第一液压马达/液压泵(3)和第二液压马达/液压泵(5)分别通过变速箱(21)、第一传动/差速机构(22)和第二传动/差速机构(23)提供起步动力，驱动起步行驶；
步骤4：由整车控制器(14)进行判断：若加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%则返回步骤3；反之，由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第二电磁离合器(7)同步断开，由电机(24)提供起步动力，平坡起步完成；
所述上坡起步控制按如下步骤进行：
步骤1：由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第二电磁离合器(7)为断开状态；
步骤2：由整车控制器(14)进行判断：若蓄能器液压P不小于蓄能器储存液压阀值P0则进入步骤3；反之由电机(24)提供起步动力；
步骤3：由整车控制器(14)判断：若加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%则进入步骤4；反之由电机(24)提供起步动力；
步骤4：由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第一电磁离合器(7)同步结合，蓄能器(4)释放能量，由第一液压马达/液压泵(3)和第二液压马达/液压泵(5)分别通过变速箱(21)、第一传动/差速机构(22)和第二传动/差速机构(23)提供起步动力，驱动起步行驶，同时启动定时器，设置定时器的倒计时时间为T0；
步骤5：由整车控制器(14)判断：定时器倒计时T0结束，则进入步骤6；反之返回步骤4；
步骤6：由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第一电磁离合器(7)同步断开，整车控制器(14)根据由坡度传感器(12)和车速传感器(13)分别测得的当前坡度I1和当前车速V1计算出电机所需的上坡起步最优转矩N，并发送给电机控制器(26)，用于控制电机驱动车辆上坡行驶；
步骤7：由整车控制器(14)判断加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%则返回步骤6，反之为完成起步，由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第二电磁离合器(7)同步断开转而由电机(24)提供行驶动力；
所述下坡起步控制按如下步骤进行：
步骤1：由整车控制器(14)判断：蓄能器液压P不大于蓄能器储存液压阀值P0则进入步骤2；反之，由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第二电磁离合器(7)断开，由电机(24)提供起步动力；
步骤2：由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第一电磁离合器(7)同步结合，蓄能器(4)转入蓄能状态，接受由第二传动/差速机构(23)和由第一传动/差速机构(22)经变速箱(21)所传递的机械能；
步骤3：由整车控制器(14)判断：加速踏板开度P1和制动踏板开度P2均不大于5%则返回步骤2；反之，由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第二电磁离合器(7)同步断开，转为由电机(24)提供起步动力，下坡起步控制完成；
所述制动能量回收控制是在车速V不为零时按如下步骤进行：
步骤1：由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第二电磁离合器(7)为断开状态；
步骤2：由整车控制器(14)判断制动踏板开度P2不小于5%则进入步骤3，反之保持第一电磁离合器(2)和第二电磁离合器(7)为断开状态；
步骤3：由整车控制器(14)判断加速度a不大于阀值a0则进入步骤4，反之保持第一电磁离合器(2)和第二电磁离合器(7)为断开状态；
步骤4：由整车控制器(14)判断：蓄能器的液压P不大于液压储存压力的阀值P0则进入步骤5；反之保持第一电磁离合器(2)和第二电磁离合器(7)为断开状态；
步骤5：由电磁离合控制单元(9)控制第一电磁离合器(2)和第一电磁离合器(7)同步结合，蓄能器(4)转入蓄能状态，接受由第二传动/差速机构(23)和由第一传动/差速机构(22)经变速箱(21)所传递的机械能；
步骤6：返回步骤3。
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