CN105278371A - 一种电动汽车集成式双控制模块控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车集成式双控制模块控制系统及其控制方法，主要包括主控制模块、现场总线模块、供电模块、副控制模块、功能控制模块、预处理电路；电动汽车正常运行时，主控制模块完成大部分运行工作，副控制模块协助完成小部分运行工作；当主控制模块出现故障时，副控制模块能够承担电动汽车基本运行工作内容，使汽车能够继续行驶。各控制模块可以通过串行或并行接口直接进行数据交互或者通过现场总线进行数据传输。功能控制模块中的子控制模块具有将数字信号转换为各部件驱动器/执行器所需的模拟信号、数字信号、PWM等形式的信号的功能，同时还具有基本的对各部件的驱动器/执行器进行独立控制功能。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车整车控制领域，尤其涉及一种电动汽车集成式双控制模块控制系统及其控制方法。
背景技术
目前，电动汽车的控制系统研发生产及装配模式中，各部件的研发、生产以及最终的组合装配基本上相互独立。虽然各部件之间可以通过CAN、Lin、FlexRay等现场总线进行信息交互，但这仅仅是为了传递某些传感器数据从而减少传感器数量和简化线数。
该模式的整车性能上主要有以下三个方面的不足：其一，各零部件及其控制器主要由各个供应商研发及生产，最后由主机厂装配到整车中，各部件的性能可能参差不齐，装配到整车中难以获得优越的整体性能；其二，各部件控制器之间实际上只存在传感器数据的共享，而各自的控制策略实际上基于其他部件都不存在或者处于静止状态时而设计的，也就是各部件的控制策略彼此独立，这一定程度上限制了整车性能的提升；其三，硬件冗余，各部件设置独立控制器实际上并未完全利用各自控制器的硬件资源，造成了不必要的成本上升。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种电动汽车集成式双控制模块控制系统及其控制方法，以提高电动汽车各部件之间的协调控制及提升整车的性能。
本发明通过下述技术方案实现：
一种电动汽车集成式双控制模块控制系统，包括主控制模块2、现场总线模块3、供电模块4、副控制模块5、功能扩展总线插座6、输出接口8、功能控制模块、预处理电路12、数据输入接口13；
所述预处理电路12的输入接口连接数据输入接口13；所述预处理电路12的输出接口分别连接功能扩展总线插座6、主控制模块2、副控制模块5，预处理电路12将处理后的数据传送给主控制模块2、副控制模块5以及功能扩展总线插座6，同时，副控制模块5也监视主控制模块2的运行状态和功能控制模块中的各子控制模块的运行状态；所述主控制模块2与副控制模块5之间信号连接；
所述供电模块4分别连接功能扩展总线插座6、副控制模块5、现场总线模块3；现场总线模块3分别连接副控制模块5、主控制模块2；
主控制模块2、副控制模块5还分别连接功能扩展总线插座6；
通过功能扩展总线插座6实现预处理电路12、主控制模块2、副控制模块5、供电模块4与功能控制模块之间通信，功能控制模块的输出接口8连接电动汽车各驱动器/执行器，以驱动其作出相应动作。
所述功能控制模块中的各子控制模块，包括制动控制模块7、自动变速器控制模块9、动力电源控制模块10、电机控制模块11。
所述现场总线模块3连接现场总线接口1。
所述的主控制模块2和副控制模块5的芯片为单片机、FPGA、CPLD、DSP等微型处理器。所述功能扩展总线插座6为805型总线插槽、NDK/TAT型总线插槽或者PCI/PCI-E插槽。主机厂商可以根据电动车上实际的零部及其布局，将对应的控制模块安装在对应功能扩展总线插座6上。各控制模块之间也可以通过SPI、USART、I2C、并行I/O口等串行或并行接口直接进行数据交互或者通过现场总线进行数据传输。
电机控制模块、动力电源控制模块、自动变速器控制模块、制动控制模块具有将数字信号转换为各部件驱动器/执行器所需的模拟信号、数字信号、PWM等形式的信号的功能，同时还具有基本的对各部件的驱动器/执行器进行独立控制功能。
现场总线模块可以将电动汽车运行状态数据以CAN、LIN、FlexRay等现场总线形式，通过现场总线接口1广播到电动汽车的其他部件中，如仪表盘等，以供其他附件使用或显示。整车控制器的供电模块能够将12V的车载电源进行降压和升压以供给控制器中各个控制模块的工作运行使用。
上述电动汽车集成式双控制模块控制系统的控制方法如下：
电动汽车在行驶过程中各项行驶状态参数通过传感器转化为电信号，并通过数据输入接口13输入到电动汽车的整车集成控制器之中，整车集成控制器中的预处理电路12够将电信号进行(滤波等)预处理；经过预处理后的电信号传送给主控制模块2、副控制模块5以及功能扩展总线插座6；
正常行驶状态下，主控制模块2中对采集到的车辆运行行驶参数进行(运算)处理，得到当前的行驶状态；并对多输入的耦合矩阵进行解耦，根据设定的控制律得出优化的控制参数以数字量的形式输出到功能控制模块中的各子控制模块中；
各部件(电机、动力电源、变速器、制动器等)的控制模块，如电机控制模块11、动力电源控制模块10、自动变速器控制模块9、制动控制模块7，将主控制模块2传输过来的(数字量)电信号转化为各部件的驱动器/执行器所需要的格式的信号，并通过输出接口8输出到各部件的驱动器/执行器；
副控制模块主要负责故障判断以及应急处理。预处理后的传感器数据除了传输到主控制模块以外也传输到副控制模块。同时，副控制模块也监视着主控制模块的运行状态和各部件控制模块的运行状态。当电动汽车某一环节出现故障时，副控制模块5即对主控制模块2或者各部件的子控制模块作出相应的应急处理。当主控制模块2出现故障时，副控制模块5激活电机控制模块11、动力电源控制模块10、自动变速器控制模块9、制动控制模块7的独立控制功能，并切换到应急控制模式；此时，经过预处理后的(传感器数据)电信号通过功能扩展总线插座6和副控制模块5传递到电机控制模块11、动力电源控制模块10、自动变速器控制模块9、制动控制模块7；接着，电机控制模块11、动力电源控制模块10、自动变速器控制模块9、制动控制模块7中分别预置的微处理器采集到(传感器数据)电信号之后，(根据预置的控制律)完成对电机控制模块11、动力电源控制模块10、自动变速器控制模块9、制动控制模块7的(最基本)控制，使电动汽车继续行驶。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明电动汽车集成式双控制模块控制系统及其控制方法，从源头上改变了因为现有电动车各部件性能独立而造成汽车整车性能没有发挥到极致的缺陷。主控制模块完成大部分工作，副控制模块协助完成小部分工作；在控制策略上采用耦合的协调控制策略，以使整车的性能能够最大化。通过集成化的手段，大幅消减芯片等元器件的使用量，避免了硬件上的冗余，从而降低成本。
附图说明
图1为本发明电动汽车集成式双控制模块控制系统示意图。
图2为本发明实施实例1控制流程图。
图3为本发明实施实例2控制流程图。
图4为本发明实施实例3控制流程图。
图5为本发明实施实例4控制流程图。
图6为本发明实施实例5结构示意图；本实施例主控制模块2出现故障，应急控制模式。
图7为本发明实施实例5控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例1：
本实施例适用于安装有电机、动力电源、自动变速器以及制动系统的电动汽车集成式双控制模块控制系统。
图1、图2所示。现场总线接口1、主控制模块2、现场总线模块3、供电模块4、副控模块5、功能扩展总线插座6、制动控制模块7、输出接口8、自动变速器控制模块9、动力电源控制模块10、电机控制模块11、预处理电路12、(传感器等)数据输入接口13。
电动汽车在行驶过程中的各项运行状态参数通过传感器转化为电信号，并通过数据输入接口13输入到整车集成控制器之中，整车集成控制器中，相适应的预处理电路12能够将各种形式的传感器输入信号进行滤波等预处理。经过预处理后的信号传送给主控制模块2、副控制模块5以及功能扩展总线插座6。
主控制模块2对采集到的车辆运行状态信息进行运算处理，得到当前的行驶状态。并对多输入的耦合矩阵进行解耦，根据(图2所示的)控制运算处理得出出优化的控制参数以数字量的形式输出到各部件的控制模块中。此时该副控制模块5主要负责故障判断以及应急处理。
电机控制模块11、动力电源控制模块10、自动变速器控制模块9、制动控制模块7，能够将主控制模块2传输过来的数字量转化为电机控制信号、自动变速器控制信号、电流充放电信号、制动控制信号，并通过输出接口8输出到各部件(电机、动力电源、变速器、制动器等)的驱动器/执行器，以驱动各个部件。
实施例2：
本实施例适用于安装有电机、动力电源、自动变速器以及制动系统的电动汽车集成式双控制模块控制系统。
图1、图3所示。现场总线接口1、主控制模块2、现场总线模块3、供电模块4、副控模块5、功能扩展总线插座6、制动控制模块7、输出接口8、自动变速器控制模块9、动力电源控制模块10、电机控制模块11、预处理电路12、(传感器等)数据输入接口13。
电动汽车在行驶过程中的各项运行状态参数通过传感器转化为电信号，并通过数据输入接口13输入到整车集成控制器之中，整车集成控制器中，相适应的预处理电路12能够将各种形式的传感器输入信号进行滤波等预处理。经过预处理后的信号传送给主控制模块2、副控制模块5以及功能扩展总线插座6。
主控制模块2对采集到的车辆运行状态信息进行运算处理，得到当前的行驶状态，并以数字量的形式输出到各部件的控制模块中。副控制模块主要负责故障判断以及应急处理。
安装在功能扩展总线插座6上的电机控制模块11、动力电源控制模块10、自动变速器控制模块9、制动控制模块7，能够将预处理电路12和主控制模块2传来的模拟量和数字量数据按设定的控制律解算出较为合理的各部件驱动器/执行器控制量，并将这些控制量传输回主控制模块2。通过主控制模块2的协调处理能够将各控制模块传输过来的控制量进行补偿协调处理，得出优化后的控制量，并将优化后的控制量传输回各控制模块。各个控制模块将这些控制量转化为电机控制信号、自动变速器控制信号、电流充放电信号、制动系统控制信号，并通过输出接口8输出到各部件的驱动器/执行器，以驱动各个部件。
实施例3：
本实施例适用于安装有电机、动力电源、自动变速器以及制动系统的电动汽车集成式双控制模块控制系统。
图1、图4所示。现场总线接口1、主控制模块2、现场总线模块3、供电模块4、副控模块5、功能扩展总线插座6、制动控制模块7、输出接口8、自动变速器控制模块9、动力电源控制模块10、电机控制模块11、预处理电路12、(传感器等)数据输入接口13。
电动汽车在行驶过程中的各项运行状态参数通过传感器转化为电信号，并通过数据输入接口13输入到整车集成控制器之中，整车集成控制器中，相适应的预处理电路12能够将各种形式的传感器输入信号进行滤波等预处理。经过预处理后的信号传送给主控制模块2、副控制模块5以及功能扩展总线插座6。
主控制模块2对采集到的车辆运行状态信息进行运算处理，得到当前的行驶状态。对于采集到的各个行驶状态参数，主控制模块2根据设定的控制律进行统一的、协调的优化，得到修正后的具有协调性行驶状态参数，并以数字量的形式输出到各部件的控制模块中。副控制模块5主要负责故障判断以及应急处理。
安装在功能扩展总线插座6上的电机控制模块11、动力电源控制模块10、自动变速器控制模块9、制动控制模块7，接收到主控制模块2传来的优化后的行驶状态数据后，按设定的控制律解算出具有协调性的各部件驱动器/执行器控制量，并转化为电机控制信号、自动变速器控制信号、电流充放电信号、制动系统控制信号，并通过输出接口8输出到各部件的驱动器/执行器，以驱动各个部件。
实施例4：
本实施例适用于安装有电机、动力电池、燃料电池、自动变速器以及制动系统的电动汽车集成式双控制模块控制系统。
图1、图5所示。现场总线接口1、主控制模块2、现场总线模块3、供电模块4、副控模块5、功能扩展总线插座6、制动控制模块7、输出接口8、自动变速器控制模块9、动力电源控制模块10、电机控制模块11、预处理电路12、(传感器等)数据输入接口13。
本实施例工作过程与实施例2相同。不同之处在于动力电源控制模块中输出的信号包含有控制动力电池的充、放电信号以及控制燃料电池放电的信号。
实施例5：
本实施例适用于安装有电机、动力电源、自动变速器以及制动系统的电动汽车，且主控制模块2(假设)因故障而失效的情形。
图5、图6所示。的现场总线接口1、现场总线模块3、供电模块4、副控模块5、功能扩展总线插座6、制动控制模块7、输出接口8、自动变速器控制模块9、动力电源控制模块10、电机控制模块11、预处理电路12、(传感器等)数据输入接口13，主控制模块2未参与工作。
当主控制模块2出现故障失效时，副控制模块5立即激活电机控制模块11、动力电源控制模块10、自动变速器控制模块9、制动控制模块7的独立控制功能，并将控制策略切换到应急控制模式。经过预处理后的传感器数据通过功能扩展总线插座6和副控制模块5传递到电机控制模块11、动力电源控制模块10、自动变速器控制模块9、制动控制模块7。该电机控制模块11、动力电源控制模块10、自动变速器控制模块9、制动控制模块7中分别预置的微处理器采集到传感器数据之后，根据预置的控制律完成对各部件的最基本的控制量，并转化为电机控制信号、自动变速器控制信号、电流充放电信号、制动系统控制信号，并通过输出接口8输出到各部件的驱动器/执行器，以完成车辆继续行驶最基本的要求驱动各个部件。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电动汽车集成式双控制模块控制系统，其特征在于，包括主控制模块(2)、现场总线模块(3)、供电模块(4)、副控制模块(5)、功能扩展总线插座(6)、输出接口(8)、功能控制模块、预处理电路(12)、数据输入接口(13)；
所述预处理电路(12)的输入接口连接数据输入接口(13)；所述预处理电路(12)的输出接口分别连接功能扩展总线插座(6)、主控制模块(2)、副控制模块(5)，预处理电路(12)将处理后的数据传送给主控制模块(2)、副控制模块(5)以及功能扩展总线插座(6)，同时，副控制模块(5)也监视主控制模块(2)的运行状态和功能控制模块中的各子控制模块的运行状态；所述主控制模块(2)与副控制模块(5)之间信号连接；
所述供电模块(4)分别连接功能扩展总线插座(6)、副控制模块(5)、现场总线模块(3)；现场总线模块(3)分别连接副控制模块(5)、主控制模块(2)；
主控制模块(2)、副控制模块(5)还分别连接功能扩展总线插座(6)；
通过功能扩展总线插座(6)实现预处理电路(12)、主控制模块(2)、副控制模块(5)、供电模块(4)与功能控制模块之间通信，功能控制模块的输出接口(8)连接电动汽车各驱动器/执行器，以驱动其作出相应动作。
2.根据权利要求1所述电动汽车集成式双控制模块控制系统，其特征在于，所述功能控制模块中的各子控制模块，包括制动控制模块(7)、自动变速器控制模块(9)、动力电源控制模块(10)、电机控制模块(11)。
3.根据权利要求1或2所述电动汽车集成式双控制模块控制系统，其特征在于，所述现场总线模块(3)连接现场总线接口(1)。
4.根据权利要求3所述电动汽车集成式双控制模块控制系统，其特征在于，所述的主控制模块(2)和副控制模块(5)的芯片为单片机、FPGA、CPLD、DSP。
5.根据权利要求3所述电动汽车集成式双控制模块控制系统，其特征在于，所述功能扩展总线插座(6)为805型总线插槽、NDK/TAT型总线插槽或者PCI/PCI-E插槽。
6.权利要求1至5中任一项所述电动汽车集成式双控制模块控制系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
电动汽车在行驶过程中各项行驶状态参数通过传感器转化为电信号，并通过数据输入接口(13)输入到电动汽车的整车集成控制器之中，整车集成控制器中的预处理电路(12)够将电信号进行预处理；经过预处理后的电信号传送给主控制模块(2)、副控制模块(5)以及功能扩展总线插座(6)；
正常行驶状态下，主控制模块(2)中对采集到的车辆运行行驶参数进行处理，得到当前的行驶状态；并对多输入的耦合矩阵进行解耦，根据设定的控制律得出优化的控制参数以数字量的形式输出到功能控制模块中的各子控制模块中；
电机控制模块(11)、动力电源控制模块(10)、自动变速器控制模块(9)、制动控制模块(7)，将主控制模块(2)传输过来的电信号转化为各部件的驱动器/执行器所需要的格式的信号，并通过输出接口(8)输出到各部件的驱动器/执行器；
当主控制模块(2)出现故障时，副控制模块(5)激活电机控制模块(11)、动力电源控制模块(10)、自动变速器控制模块(9)、制动控制模块(7)的独立控制功能，并切换到应急控制模式；此时，经过预处理后的电信号通过功能扩展总线插座(6)和副控制模块(5)传递到电机控制模块(11)、动力电源控制模块(10)、自动变速器控制模块(9)、制动控制模块(7)；接着，电机控制模块(11)、动力电源控制模块(10)、自动变速器控制模块(9)、制动控制模块(7)中分别预置的微处理器采集到电信号之后，完成对电机控制模块(11)、动力电源控制模块(10)、自动变速器控制模块(9)、制动控制模块(7)的控制，使电动汽车继续行驶。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180413 Termination date: 20211010 |