CN104908594A

CN104908594A - 一种电动客车碰撞安全控制系统及控制方法

Info

Publication number: CN104908594A
Application number: CN201410097971.2A
Authority: CN
Inventors: 王震坡; 李海涛; 刘佳
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: CN104908594B

Abstract

本发明提供了一种电动客车碰撞安全控制系统及其控制方法，所述电动客车碰撞安全控制系统包括接触式碰撞传感器、加速度传感器、动力电池系统分断控制器、接触器、报警单元、显示单元、单刀双掷开关、动力电池系统和驱动电机，所述动力电池系统由多个动力电池组组成。当某箱动力电池组通过分断控制算法判断发生碰撞，动力电池系统分断控制器控制该箱内部接触器断开，实现该动力电池组降压断路；同时控制其外部接触器闭合，由此可以实现其他动力电池组重新连接，完成分箱分断。本发明在避免电动客车碰撞工况下出现高压、燃烧和爆炸等危险的同时，可以有效保证电动客车在碰撞工况下实现制动和转弯等。

Description

一种电动客车碰撞安全控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车电子领域及电动汽车的被动安全领域，具体地说，涉及一种电动客车碰撞安全控制系统及控制方法。

背景技术

电动汽车作为清洁的交通工具，适应于社会需求和国家绿色GDP增长的发展要求，符合节约资源和保护环境的基本国策。同时降低了对传统燃料的过渡依赖。但是，电动汽车在运行过程中，可能出现碰撞和侧翻等意外事故，造成动力系统的短路、漏电、热冲击、爆炸、燃烧等，由此对乘员产生电伤害、化学伤害、电池爆炸伤害以及燃烧伤害等，并可能引发更大的连发性事故以及二次伤害。国内外也先后出现过几起电动汽车运行过程中自燃和碰撞后起火事件。目前电动汽车被动安全控制研究主要集中在高压电安全控制研究、电动汽车结构布局研究及碰撞仿真研究等，对于电动汽车碰撞事故之后的安全控制研究较少。电动汽车高压动力电池系统碰撞安全控制研究将使电动汽车被动安全控制研究更加完善。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明提供了一种电动客车碰撞安全控制系统，所述电动客车碰撞安全控制系统包括接触式碰撞传感器、加速度传感器、动力电池系统分断控制器、多个单刀双掷开关、多个接触器、多个动力电池组、驱动电机、报警单元、显示单元。其中，所述动力电池系统分断控制器包括CPU、备用电源、信号处理电路、ROM存储器、RAM存储器和驱动电路；所述动力电池系统分断控制器用于根据接触式碰撞传感器、加速度传感器的通信，综合分析判断车辆发生的碰撞形式及碰撞的严重程度，进而做出是否触发分断控制信号的决定，并存储车辆碰撞发生前一段时间的车辆行驶状态信息；接触式碰撞传感器和加速度传感器通过信号处理电路与动力电池系统分断控制器相连接；单刀双掷开关、报警单元和显示单元通过驱动电路与动力电池系统分断控制器相连接；每个动力电池组包括多个电池模块和内部接触器，内部接触器串接于电池模块和电池模块之间，外部接触器与每个动力电池组的外部两端连接；内部接触器和外部接触器分别通过单刀双掷开关与动力电池系统分断控制器连接；驱动电机与由多个动力电池组组成的整体的两端相连接。

优选地，所述接触式碰撞传感器设定并布置成实时检测动力电池组的接触碰撞信号。

优选地，所述加速度传感器实时检测动力电池组两轴四向的碰撞加速度信号。

优选地，CPU从ROM存储器中读取预先设定并可进行重新设置、修改和判断的三级碰撞程度阈值参数；备用电源用于外部电源供电失效情况下短时间内向动力电池系统分断控制器供电，备用电源由多个钽电解电容器组成；信号处理电路用于将所测信号进行滤波和缩放变换；ROM存储器用于预先设定并可进行重新设置和修改的阈值参数；RAM存储器，用于存储程序运行过程中的中间变量和采集的数据；驱动电路用于驱动单刀双掷开关、接触器、报警单元和显示单元。

优选地，内部接触器，串接于动力电池组的内部，用于将动力电池组分断成低压电池模块；外部接触器连接于动力电池组的外部，用于短路掉由于碰撞而被分断成低压电池模块的动力电池组，使其余动力电池组仍可与驱动电机形成闭合回路。

优选地，所述报警单元和显示单元分别与动力电池系统分断控制器连接通讯，其中，所述报警单元用于在车辆发生碰撞时发出声光电报警信号，所述显示单元用于在车辆发生事故时显示事故信息。

此外，根据本发明的另一方面，本发明提供了一种电动客车碰撞安全控制系统的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

步骤A：动力电池系统分断控制器的CPU从ROM存储器中读取预先设定并可进行重新设置和修改的三级碰撞程度阈值参数；

步骤B：动力电池系统分断控制器的CPU判断所述阈值参数的正确性，当阈值参数与ROM预设定参数相等时为正确，转入步骤C，当阈值参数与ROM预设定参数不相等时为错误，显示阈值参数异常；并将阈值参数恢复至默认值；

步骤C：动力电池系统分断控制器实时分析处理碰撞信号，其包括如下步骤：经定时采样，动力电池系统分断控制器的CPU实时获取由加速度传感器和接触式碰撞传感器的加速度和接触碰撞信号，并经信号处理电路进行处理；

步骤D：动力电池系统分断控制器通过分断控制策略分析判断进而做出是否触发分断的决定，分断控制策略如下：当加速度传感器探测到剧烈碰撞时，布置在电池箱周围的接触式传感器被直接撞坏而不能正常工作，此时，在没有接触式碰撞传感器数据的情况下，动力电池系统分断控制器触发分断控制信号；当发生中度碰撞时，接触式碰撞传感器探测到碰撞，同时加速度传感器也检测到碰撞时，动力电池系统分断控制器触发分断控制信号；当发生轻度碰撞时，即使两个传感器都检测到了碰撞信号，由于碰撞的严重程度不足以危害到动力电池组，所以动力电池系统分断控制器不触发分断控制信号；

步骤E：当一个动力电池组受到碰撞后，动力电池系统分断控制器触发分断控制信号，驱动其对应的内部接触器断开，同时驱动其对应的外部接触器闭合，并存储碰撞数据；当其他的动力电池组受碰撞而触发分断控制信号时，则控制其对应的内部接触器断开，外部接触器闭合。

由此可见，本发明用于电动客车碰撞安全控制系统及其控制方法，是基于这样的逻辑判断：当车辆发生剧烈碰撞时，检测到的加速度值会远大于正常行驶的数值，并且波动较大。因此，可以用加速度传感器来检测碰撞事故的加速度值，由控制算法判断其是否发生剧烈碰撞，进而做出是否触发分断信号的决定。在颠簸路况、急加减速或急转弯时，检测到的加速度值会超过正常行驶加速度数值，为避免误触发分断信号，同时需要使用接触式碰撞传感器，由控制算法判断是否发生了中度碰撞，进而做出是否触发分断信号的决定。在轻度碰撞时，即使两个传感器都检测到了碰撞信号，由于碰撞的严重程度不足以危害到动力电池系统，所以不触发分断控制信号。

因此，本发明的电动客车碰撞安全控制系统通过联合使用加速度传感器和接触式碰撞传感器，获取控制逻辑算法的输入信号，再根据控制算法来判断碰撞的形式和碰撞的严重程度。动力电池系统分断控制器可以记录碰撞时的车辆状态数据，用来对事故进行分析；还可在电动汽车发生碰撞时，使高压动力电池系统分断成低压电池模块，避免了在碰撞时动力电池的高压、燃烧、爆炸等危害，更好的保障了驾乘人员的生命安全。

附图说明

图1为本发明的电动客车碰撞安全控制系统的系统框架图；

图2为本发明的电动客车碰撞安全控制系统的控制方法的流程图；

图3为本发明的电动客车碰撞安全控制系统的分断控制策略。

附图标记说明如下：

接触式碰撞传感器1、加速度传感器2、动力电池系统分断控制器3、CPU3a、备用电源3b、信号处理电路3c、ROM存储器3d、RAM存储器3e、驱动电路3f、单刀双掷开关4、内部接触器5a、外部接触器5b、动力电池组6L-1，6L-2，……6L-n、驱动电机7、报警单元8、显示单元9。

具体实施方式

为了使审查员能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

首先，请参考图1，图1为本发明的电动客车碰撞安全控制系统的系统框架图。如图1所示，本发明的电动客车碰撞安全控制系统包括接接触式碰撞传感器1、加速度传感器2、动力电池系统分断控制器3、单刀双掷开关4、接触器5a，5b、动力电池组6L-1，6L-2，……6L-n、驱动电机7、报警单元8、显示单元9。

在本发明的电动客车碰撞安全控制系统中，动力电池系统分断控制器3包括CPU3a、备用电源3b、信号处理电路3c、ROM存储器3d、RAM存储器3e和驱动电路3f。动力电池系统分断控制器3用于根据接触式碰撞传感器1、加速度传感器2的通信，综合分析判断车辆发生的碰撞形式及碰撞的严重程度，进而做出是否触发分断控制信号的决定，并存储车辆碰撞发生前一段时间的车辆行驶状态信息。

接触式碰撞传感器1和加速度传感器2通过信号处理电路3c与动力电池系统分断控制器3相连接。单刀双掷开关4、报警单元8和显示单元9通过驱动电路3f与动力电池系统分断控制器3相连接。每个动力电池组包括多个电池模块和内部接触器5a，内部接触器5a串接于电池模块1和电池模块2之间，外部接触器5b与每个动力电池组的外部两端连接；内部接触器5a和外部接触器5b分别通过单刀双掷开关4与动力电池系统分断控制器3连接；驱动电机7与多个动力电池组6L-1，6L-2，……6L-n的两端相连接。

在一优选的实施例中，本发明的电动客车碰撞安全控制系统的接触式碰撞传感器1设定并布置成检测并输出动力电池组6L-1，6L-2，……6L-n的接触碰撞的标志信息。

此外，加速度传感器2实时检测动力电池组6L-1，6L-2，……6L-n的两轴四向的碰撞加速度信号。

进一步的，对于本发明的动力电池系统分断控制器3而言，CPU3a从ROM存储器3d中读取预先设定并可进行重新设置、修改和判断的三级碰撞程度阈值参数。备用电源3b用于外部电源供电失效情况下短时间内向动力电池系统分断控制器3供电，备用电源由多个具备容量大、稳定性好、温度特性好特点钽电解电容器组成。信号处理电路3c主要用于将所测信号进行滤波和缩放变换。ROM存储器3d用于预先设定并可进行重新设置和修改的阈值参数。RAM存储器3e，用于存储程序运行过程中的中间变量和采集的数据。驱动电路3f用于驱动单刀双掷开关4、接触器5、报警单元8和显示单元9。

另外，如图1所示，本发明的电动客车碰撞安全控制系统的内部接触器5a，串接于动力电池组6L-1，6L-2，……6L-n的内部，用于将动力电池组6L-1，6L-2，……6L-n分断成多个低压电池模块；外部接触器5b连接在动力电池组6L-1，6L-2，……6L-n的外部，用于短接由于碰撞而被分断成低压模块的动力电池组6L-1，6L-2，……6L-n，使其余动力电池组仍可与驱动电机7形成闭合回路；

在另一优选的实施例中，本发明的电动客车碰撞安全控制系统中，报警单元8和显示单元9分别与动力电池系统分断控制器3连接通讯，其中，所述报警单元8用于在车辆发生碰撞时发出声光电报警信号，所述显示单元9用于在车辆发生事故时显示事故信息。

进一步地，本发明的内部接触器5a和外部接触器5b通过单刀双掷开关4与动力电池系统分断控制器3相连接，避免了内部接触器5a和外部接触器5b同时闭合的问题。

此外，本发明还提供了一种电动客车碰撞安全控制系统的控制方法，请同时参阅图2和图3，图2为本发明的电动客车碰撞安全控制系统的控制方法的流程图，图3为本发明的电动客车碰撞安全控制系统的控制策略。

如图2所示，本发明的电动客车碰撞安全控制系统的控制方法的步骤如下：步骤A：动力电池系统分断控制器3的CPU3a从ROM存储器3d中读取预先设定并可进行重新设置和修改的三级碰撞程度阈值参数(如图2的框1002所示)，所述阈值参数包括用于判断区别车辆碰撞严重碰撞与中度碰撞的阈值参数W₁，区别车辆碰撞中度碰撞与轻度碰撞的阈值参数W₂。

步骤B：动力电池系统分断控制器3的CPU3a判断所述三级碰撞程度阈值参数的正确性(如图2的框1003所示)，正确时，转入步骤C；错误时，显示阈值参数异常(如图2的框1004所示)，并将阈值参数恢复至默认值。

步骤C：动力电池系统分断控制器3分析处理加速度信号，其包括如下步骤：动力电池系统分断控制器3的CPU3a获取由加速度传感器2和接触式碰撞传感器1经信号处理电路3c传输的定时采样加速度信号(如图2的框1005所示)，并经信号处理电路3c进行处理；然后，执行控制算法(如图2的框1006所示)，以判断是否发生碰撞(如图2的框1007所示)，如果判断发生碰撞，则转入步骤D，如果判断没有发生碰撞，则重新进行图2的框1005所示的定时采样。

步骤D：动力电池系统分断控制器3执行控制算法(如图2的框1006所示)，进而做出是否触发分断的决定。此处，结合图3进行详细说明。如图3所示，本发明的分断控制策略如下：当加速度传感器2探测到剧烈碰撞(如图3的框2001所示)时，布置在电池箱周围的接触式传感器1有可能被直接撞坏而不能正常工作，此时，可以在没有接触式碰撞传感器1数据的情况下，动力电池系统分断控制器3触发分断控制信号(如图3的框2006所示)；当发生中度碰撞(如图3的框2004所示)时，接触式碰撞传感器1探测到碰撞(如图3的框2002所示)，必须同时加速度传感器2也检测到碰撞(如图3的框2003所示)，动力电池系统分断控制器3可触发分断控制信号(如图3的框2006所示)；当发生轻度碰撞时，即使两个传感器都检测到了碰撞信号，由于碰撞的严重程度不足以危害到动力电池系统，所以动力电池系统分断控制器3不触发分断控制信号(如图3的框2005所示)。

步骤E：当其中的一个动力电池组6L-1受到碰撞后，动力电池系统分断控制器3触发分断控制信号(如图2的框1008)，驱动动力电池组6L-1中的内部接触器5a断开，同时驱动动力电池组6L-1的外部接触器5b闭合，并存储碰撞数据(如图2的框1009)。

最后，本发明的电动客车碰撞安全控制系统的控制方法结束(如图2的框1010所示)。

进一步地，当碰撞导致动力电池系统分断控制器3的外部电源供电失效时，启动备用电源3b，以确保当碰撞导致动力电池系统分断控制器3外接电源失效后，也可以维持动力电池系统分断控制器3发出分断信号并进行数据存储。在本发明中，动力电池系统分断控制器3的备用电源3b由多个钽电解电容组成。

由此可见，本发明的电动客车碰撞安全控制系统通过联合使用加速度传感器和接触式碰撞传感器，获取控制逻辑算法的输入信号，再根据控制算法来判断碰撞的形式和碰撞的严重程度。动力电池系统分断控制器可以记录碰撞时的车辆状态数据，用来对事故进行分析；还可在电动汽车发生碰撞时，使高压动力电池系统分断成低压电池模块，避免了在碰撞时动力电池的高压、燃烧、爆炸等危害，更好的保障了驾乘人员的生命安全。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims

1.一种电动客车碰撞安全控制系统，其特征在于，所述电动客车碰撞安全控制系统包括接触式碰撞传感器(1)、加速度传感器(2)、动力电池系统分断控制器(3)、多个单刀双掷开关(4)、多个接触器(5a，5b)、多个动力电池组(6L-1，6L-2，……6L-n)、驱动电机(7)、报警单元(8)、显示单元(9)；

其中，所述动力电池系统分断控制器(3)包括CPU(3a)、备用电源(3b)、信号处理电路(3c)、ROM存储器(3d)、RAM存储器(3e)和驱动电路(3f)；所述动力电池系统分断控制器(3)用于根据接触式碰撞传感器(1)、加速度传感器(2)的通信，综合分析判断车辆发生的碰撞形式及碰撞的严重程度，进而做出是否触发分断控制信号的决定，并存储车辆碰撞发生前一段时间的车辆行驶状态信息；

接触式碰撞传感器(1)和加速度传感器(2)通过信号处理电路(3c)与动力电池系统分断控制器(3)相连接；

单刀双掷开关(4)、报警单元(8)和显示单元(9)通过驱动电路(3f)与动力电池系统分断控制器(3)相连接；

每个动力电池组包括多个电池模块和内部接触器(5a)，内部接触器(5a)串接于电池模块(1a)和电池模块(2a)之间，外部接触器(5b)与每个动力电池组的外部两端连接；

内部接触器(5a)和外部接触器(5b)分别通过单刀双掷开关(4)与动力电池系统分断控制器(3)连接；

驱动电机(7)与由多个动力电池组(6L-1，6L-2，……6L-n)组成的整体的两端相连接。

2.如权利要求1所述的电动客车碰撞安全控制系统，其特征在于，所述接触式碰撞传感器(1)设定并布置成实时检测动力电池组(6L-1，6L-2，……6L-n)的接触碰撞信号。

3.如权利要求1所述的电动客车碰撞安全控制系统，其特征在于，所述加速度传感器(2)实时检测动力电池组(6L-1，6L-2，……6L-n)的两轴四向的碰撞加速度信号。

4.如权利要求1所述的电动客车碰撞安全控制系统，其特征在于，CPU(3a)从ROM存储器(3d)中读取预先设定并可进行重新设置、修改和判断的三级碰撞程度阈值参数；备用电源(3b)用于外部电源供电失效情况下短时间内向动力电池系统分断控制器(3)供电，备用电源由多个钽电解电容器组成；信号处理电路(3c)用于将所测信号进行滤波和缩放变换；ROM存储器(3d)用于预先设定并可进行重新设置和修改的阈值参数；RAM存储器(3e)，用于存储程序运行过程中的中间变量和采集的数据；驱动电路(3f)用于驱动单刀双掷开关(4)、接触器(5)、报警单元(8)和显示单元(9)。

5.如权利要求1所述的电动客车碰撞安全控制系统，其特征在于，内部接触器(5a)，串接于动力电池组(6L-1，6L-2，……6L-n)的内部，用于将动力电池组分断成低压电池模块；外部接触器(5b)连接于动力电池组(6L-1，6L-2，……6L-n)的外部，用于短路掉由于碰撞而被分断成低压电池模块的动力电池组，使其余动力电池组仍可与驱动电机(7)形成闭合回路。

6.如权利要求1所述的电动客车碰撞安全控制系统，其特征在于，所述报警单元(8)和显示单元(9)分别与动力电池系统分断控制器(3)连接通讯，其中，所述报警单元(8)用于在车辆发生碰撞时发出声光电报警信号，所述显示单元(9)用于在车辆发生事故时显示事故信息。

7.一种如权利要求1～6任一所述的电动客车碰撞安全控制系统的控制方法，其特征在于，所述电动客车碰撞安全控制系统包括接触式碰撞传感器(1)、加速度传感器(2)、动力电池系统分断控制器(3)、多个单刀双掷开关(4)、多个接触器(5a，5b)、多个动力电池组(6L-1，6L-2，……6L-n)、驱动电机(7)、报警单元(8)、显示单元(9)；所述控制方法包括如下步骤：

步骤A：动力电池系统分断控制器(3)的CPU(3a)从ROM存储器(3d)中读取预先设定并可进行重新设置和修改的三级碰撞程度阈值参数；

步骤B：动力电池系统分断控制器(3)的CPU(3a)判断所述阈值参数的正确性，当阈值参数与ROM预设定参数相等时为正确，转入步骤C，当阈值参数与ROM预设定参数不相等时为错误，显示阈值参数异常；并将阈值参数恢复至默认值；

步骤C：动力电池系统分断控制器(3)实时分析处理碰撞信号，其包括如下步骤：经定时采样，动力电池系统分断控制器(3)的CPU(3a)实时获取由加速度传感器(2)和接触式碰撞传感器(1)的加速度和接触碰撞信号，并经信号处理电路(3c)进行处理；

步骤D：动力电池系统分断控制器(3)通过分断控制策略分析判断进而做出是否触发分断的决定，分断控制策略如下：当加速度传感器(2)探测到剧烈碰撞时，布置在电池箱周围的接触式传感器(1)被直接撞坏而不能正常工作，此时，在没有接触式碰撞传感器(1)数据的情况下，动力电池系统分断控制器(3)触发分断控制信号；当发生中度碰撞时，接触式碰撞传感器(1)探测到碰撞，同时加速度传感器(2)也检测到碰撞时，动力电池系统分断控制器(3)触发分断控制信号；当发生轻度碰撞时，即使两个传感器都检测到了碰撞信号，由于碰撞的严重程度不足以危害到动力电池组，所以动力电池系统分断控制器(3)不触发分断控制信号；

步骤E：当一个动力电池组受到碰撞后，动力电池系统分断控制器(3)触发分断控制信号，驱动其对应的内部接触器(5a)断开，同时驱动其对应的外部接触器(5b)闭合，并存储碰撞数据；当其他的动力电池组受碰撞而触发分断控制信号时，则控制其对应的内部接触器断开，外部接触器闭合。

8.如权利要求7所述的电动客车碰撞安全控制系统，其特征在于，所述动力电池系统分断控制器(3)包括CPU(3a)、备用电源(3b)、信号处理电路(3c)、ROM存储器(3d)、RAM存储器(3e)和驱动电路(3f)；所述动力电池系统分断控制器(3)用于根据接触式碰撞传感器(1)、加速度传感器(2)的通信，综合分析判断车辆发生的碰撞形式及碰撞的严重程度，进而做出是否触发分断控制信号的决定，并存储车辆碰撞发生前一段时间的车辆行驶状态信息；

9.如权利要求7所述的电动客车碰撞安全控制系统，其特征在于，CPU(3a)从ROM存储器(3d)中读取预先设定并可进行重新设置、修改和判断的三级碰撞程度阈值参数；备用电源(3b)用于外部电源供电失效情况下短时间内向动力电池系统分断控制器(3)供电，备用电源由多个钽电解电容器组成；信号处理电路(3c)用于将所测信号进行滤波和缩放变换；ROM存储器(3d)用于预先设定并可进行重新设置和修改的阈值参数；RAM存储器(3e)，用于存储程序运行过程中的中间变量和采集的数据；驱动电路(3f)用于驱动单刀双掷开关(4)、接触器(5)、报警单元(8)和显示单元(9)。

10.如权利要求7所述的电动客车碰撞安全控制系统，其特征在于，所述接触式碰撞传感器(1)设定并布置成实时检测动力电池组(6L-1，6L-2，……6L-n)的接触碰撞信号；所述加速度传感器(2)实时检测动力电池组(6L-1，6L-2，……6L-n)的两轴四向的碰撞加速度信号；所述报警单元(8)和显示单元(9)分别与动力电池系统分断控制器(3)连接通讯，其中，所述报警单元(8)用于在车辆发生碰撞时发出声光电报警信号，所述显示单元(9)用于在车辆发生事故时显示事故信息。