CN106945661B - 一种用于电动汽车坡道驻车的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电动汽车坡道驻车的控制系统及控制方法，该系统包括制动防抱死系统、手刹、档位开关、油门踏板、制动踏板、整车控制器、电机控制器和驱动电机；所述制动防抱死系统、手刹、档位开关、油门踏板、制动踏板和电机控制器分别用于检测车辆的车速信号、手刹信号、档位信号、油门踏板信号、制动踏板信号，及驱动电机的温度和转速信号，并分别将信号发送给整车控制器，整车控制器控制车辆是否进入坡道驻车状态。本发明可大大提高控制系统的可靠性和安全性。

Description

一种用于电动汽车坡道驻车的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车整车控制系统技术领域，尤其是涉及一种用于电动汽车坡道驻车的控制系统及控制方法。

背景技术

目前，电动汽车坡道驻车的功能主要由其控制系统实现，系统主要包括换档手柄信号采集装置、油门踏板信号采集装置、制动踏板信号采集装置、整车控制器、电机控制器、电机，及电机转速检测装置。换档手柄、油门踏板及制动踏板信号采集装置与整车控制器通过低压线束连接，电机控制器与整车控制器通过CAN总线连接，电机转速检测装置与电机通过机械方式安装固定，电机控制器与电机通过高压线束连接，电机控制器与电机转速检测装置通过低压线束连接。

当坡道驻车时，整车控制器通过给定零速目标指令，使电机控制器控制电机工作在零转速状态，即间接地通过转速模式来实时动态地调节扭矩输出，以平衡车辆在平行于坡面向下的重力分量，保持车辆处于静止状态。当检测到前进档位信号且油门踏板信号有效时，电机控制器控制电机从转速模式切换到转矩模式，并退出坡道驻车状态。即，现有电动汽车坡道驻车的控制系统框图，如图1所示。不难发现，现有电动汽车坡道驻车的控制系统存在以下弊端：

(1)现有技术方案的控制系统中缺少辅助散热的冷却系统，尤其当遇到车辆重载且坡度较大的情况时，受重力和坡度影响，车辆平行于坡面向下的重力分量会增大，若仅采用电机进行坡道驻车并维持车辆的静止状态，所需的电机驱动力和电机输入电流就越大；但此时由于电机处于堵转状态，电机输入的电能不能转换成机械能，而绝大部分都转换成了电机的热能，这会导致电机持续发热，同时由于电机输入电流的增大，也会导致电机控制器内部的功率单元持续发热；由于缺少辅助冷却系统，电机或电机控制器可能由于持续发热甚至过温出现故障或损坏，使得电机驱动力减小或消失而引发车辆失控的危险。

(2)现有技术方案的控制系统中，一旦出现电机、电机转速传感器或电机控制器故障，都将导致电机驱动力减小或消失，从而引起电机坡道驻车功能的失效，甚至由于突然的失效或失控引发危险。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种既简单实用，又安全可靠的用于电动汽车坡道驻车的控制系统及控制方法。

本发明的技术方案如下：

一种用于电动汽车坡道驻车的控制系统，该系统包括制动防抱死系统、手刹、档位开关、油门踏板、制动踏板、整车控制器、电机控制器和驱动电机；所述制动防抱死系统、手刹、档位开关、油门踏板、制动踏板和电机控制器分别用于检测车辆的车速信号、手刹信号、档位信号、油门踏板信号、制动踏板信号，及驱动电机的温度和转速信号，并分别将信号发送给整车控制器，整车控制器控制车辆是否进入坡道驻车状态。

作为进一步的技术方案，该系统还包括冷却系统，所述驱动电机包括温度传感器，整车控制器根据温度传感器的信号控制冷却系统对电机控制器和驱动电机进行散热。

作为进一步的技术方案，该系统还包括主动制动单元，整车控制器控制主动制动单元制动，维持车辆的静止状态。

一种用于电动汽车坡道驻车的控制方法，当整车控制器检测到手刹为无效状态、制动踏板开度为0％、档位开关处于前进档位、油门踏板开度为0％、当前驱动电机转速和车速都为零，则整车控制器进入坡道驻车状态，否则，不进入。

作为进一步的技术方案，当进入坡道驻车状态时，整车控制器向电机控制器发送指令，由电机控制器控制调整驱动电机的驱动电流，使驱动电机的转速为零，维持车辆的静止状态。

作为进一步的技术方案，电机控制器根据实时计算的驱动电机转速动态地调整驱动电流，通过转速闭环控制，使得驱动电机的实际转速为零。

作为进一步的技术方案，整车控制器依据电机控制器与驱动电机的实时温度，动态地打开和关闭冷却系统，控制电机控制器和驱动电机的温度处于安全范围内。

作为进一步的技术方案，当冷却系统开启时电机控制器和驱动电机温度不在安全范围内、电机控制器和驱动电机功能失效，或驱动电机堵转转矩不能平衡重力分量时，则整车控制器控制主动制动单元制动，维持车辆的静止状态。

作为进一步的技术方案，整车控制器依据零速目标值与实际车速值动态地控制主动制动单元制动，通过车速闭环控制，维持车辆的静止状态。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过增加冷却系统，避免了驱动电机或电机控制器可能由于持续发热甚至过温出现故障或损坏，使得电机驱动力减小或消失而引发车辆失控的危险。

2、通过增加手刹信号和制动防抱死系统的车速信号检测，完善了控制系统的控制逻辑，提高了控制系统的可靠性和安全性。

3、通过改善的基于驱动电机和制动系统的转速模式双闭环控制方法，为坡道驻车控制功能提供了双重保护，进一步提高了控制系统的可靠性和安全性。

4、通过增加主动制动单元，避免了可能由于电机、电机转速传感器或电机控制器故障，导致电机驱动力减小或消失，从而引起电机坡道驻车功能的失效，甚至由于突然的失效或失控引发的危险。

5、提出了一种无坡度和无倾角传感器的电动汽车坡停起步控制系统及控制方法，简单实用，提高了控制系统的经济性和实用性。

附图说明

图1为现有电动汽车坡道驻车的控制系统框图；

图2为本发明的电动汽车坡道驻车的控制系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明重新定义了有关电动汽车坡道驻车的系统结构，即，电动汽车坡道驻车的控制系统框图，如图2所示。该系统主要包括制动防抱死系统、手刹、档位开关、油门踏板、制动踏板、动力电池、整车控制器、电机控制器、驱动电机、冷却系统和主动制动单元。电机控制器主要由主控制板、电源板、驱动板、相电流传感器及功率单元构成。驱动电机主要由电机、电机位置传感器及电机温度传感器构成。冷却系统主要由水泵、管路、散热器，及冷却风扇构成。主动制动单元主要由制动推杆辅助电机、制动推杆、制动主缸及制动器依次串联构成。

制动防抱死系统、手刹、档位开关、油门踏板及制动踏板分别用于检测车辆的车速信号、手刹信号、档位信号、油门踏板信号、制动踏板信号，整车控制器通过连接的低压线束实时采集对应的传感信号。

动力电池通过高压线束与电机控制器相连，为电机控制器的功率单元提供直流电源。

驱动电机的电机位置传感器、温度传感器分别用于检测驱动电机的位置信号和温度信号，电机控制器通过低压线束与传感器相连，并实时采集对应的传感信号；电机控制器可以依据检测的电机位置信号，通过实时计算得到驱动电机的转速信号；电机控制器还通过三根高压线束与驱动电机相连，为驱动电机提供三相电流。

冷却系统的水泵、散热器通过管路与电机控制器和驱动电机串联组成，并通过管路中的冷却液辅助电机控制器和驱动电机散热，冷却系统的冷却风扇通过机械方式与散热器安装固定，强制并加快散热器散热。

整车控制器通过CAN总线与电机控制器连接，会向电机控制器发送控制模式、速度和转矩目标指令，同样，电机控制器也会向整车控制发送驱动电机的实际控制速度、转矩，及温度等信号。

整车控制器通过线束与冷却系统的水泵和冷却风扇连接，以控制水泵和冷却风扇工作。

整车控制器通过线束与制动推杆辅助电机连接，以控制主动制动单元工作，并辅助驱动电机坡道驻车的控制。

本发明坡道驻车的控制过程具体如下：

坡道驻车的状态是由整车控制器结合当前车辆的车速信号、手刹信号、档位信号、油门踏板信号、电机转速信号及制动踏板信号共同确定的。当整车控制器检测到手刹信号有效或其它不满足坡道驻车条件时，会退出转速模式并停止向电机控制器发送零转速目标指定。

当电动汽车正常爬坡时，手刹应为无效状态，制动踏板开度为0％，且档位开关应处于前进档位，油门踏板开度大于0％，同时，当前电机转速大于0转/分钟、车速大于0千米/时；即，判断满足前进档位驾驶状态，整车控制器处于转矩驱动模式，且通过电机控制器控制驱动电机输出正向转矩。

当需要坡道驻车时，司机会在保持当前档位的前提下，松掉油门踏板，接着踩下制动踩板，直至车辆减速并停止，然后松掉制动踏板；此时，整车控制器检测到手刹为无效状态，制动踏板开度为0％，且档位开关处于前进档位，油门踏板开度为0％，同时，当前电机转速和车速都为零；即，判断满足坡道驻车条件，整车控制器进入坡道驻车状态，否则，不进入。

当进入坡道驻车状态时，整车控制器从转矩模式切换到转速模式，并通过CAN总线向电机控制器发送转速模式和零转速目标指令。当电机控制器接收到此指令时，会控制功率单元向电机输入相应的驱动电流，使电机可以平衡平行于坡面向下的重力分量，并根据实时计算的电机转速动态地调整电流，通过转速闭环控制，保证电机的实际转速与给定的目标零转速相同，即维持车辆的静止状态，从而达到坡道驻车的功能。

当遇到坡度较大和车辆重载的情况且持续时间较长时，电机控制器或驱动电机由于一直处于堵转状态，会持续发热；整个运行过程中，为防止由于过温导致故障的发生，整车控制器会依据电机控制器通过CAN总线向其发送的控制器与电机实时温度，动态地打开和关闭冷却系统，控制并确保电机控制器和驱动电机的温度处于安全的范围内。

当遇到冷却系统开启时电机控制器和驱动电机温度不在安全范围内、电机控制器和驱动电机功能失效，或整车控制器检测到零转速控制时电机控制器反馈的电机堵转转矩(一般地，电机堵转转矩小于电机的最大输出转矩)仍不能平衡重力分量(即坡道驻车时仍有微小的、持续的电机反向转速，及制动防抱死系统检测的持续负向车速信号)时，则整车控制器会依据零速目标值与实际车速值，在当前基础上动态地控制主动制动单元制动，以平衡扭矩差值导致的转速偏差，通过车速闭环控制，维持车辆的坡道驻车功能，从而进一步提高控制系统的可靠性和安全性。

另外，基于坡道驻车控制的基础上还可以增加坡停起步控制，具体如下：

在上坡驻车(即堵转时，驱动转矩为正且档位开关为前进档)状态下，当整车控制器检测到当前油门踏板开度大于0％，且此开度在转矩模式下对应输出的目标转矩与驻车时驱动电机的堵转转矩，及主动制动单元的制动扭矩之和相同时，整车控制器从转速模式切换到转矩模式，并关闭主动制动单元制动输出，且通过CAN总线向电机控制器发送转矩模式和转矩目标指令，从而由电机控制器控制驱动电机线性地、平顺地完成车辆的坡停起步功能。

在下坡驻车(即堵转时，驱动转矩为负且档位开关为倒退档)状态下，当整车控制器检测到当前油门踏板开度大于0％时，整车控制器从转速模式切换到转矩模式，并以与上坡驻车相同的方法，由电机控制器控制驱动电机线性地、平顺地完成车辆的坡停起步功能。

采用这样的坡停起步方法，可以避免在切换过程中出现由于驱动力输出的非线性、动力不足和不匹配，而出现车辆坡停起步时的不平顺、溜坡和抖动等问题，提高控制系统的可靠性和安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于电动汽车坡道驻车的控制系统，其特征在于，该系统包括制动防抱死系统、手刹、档位开关、油门踏板、制动踏板、整车控制器、电机控制器和驱动电机；所述制动防抱死系统、手刹、档位开关、油门踏板、制动踏板和电机控制器分别用于检测车辆的车速信号、手刹信号、档位信号、油门踏板信号、制动踏板信号，及驱动电机的温度和转速信号，并分别将信号发送给整车控制器，整车控制器控制车辆是否进入坡道驻车状态；

所述整车控制器通过CAN总线与电机控制器连接，会向电机控制器发送控制模式、速度和转矩目标指令，同样，电机控制器也会向整车控制发送驱动电机的实际控制速度、转矩，以及温度信号；

该系统还包括主动制动单元，所述主动制动单元包括制动推杆辅助电机、制动推杆、制动主缸及制动器，所述制动推杆辅助电机、制动推杆、制动主缸及制动器依次串联连接；

整车控制器通过线束与制动推杆辅助电机连接，以控制主动制动单元工作，并辅助驱动电机坡停起步的控制；

该系统还包括冷却系统，所述驱动电机包括温度传感器，整车控制器根据温度传感器的信号控制冷却系统对电机控制器和驱动电机进行散热。

2.一种如权利要求1所述的用于电动汽车坡道驻车的控制系统的控制方法，其特征在于，当整车控制器检测到手刹为无效状态、制动踏板开度为0％、档位开关处于前进档位、油门踏板开度为0％、当前驱动电机转速和车速都为零，则整车控制器进入坡道驻车状态，否则，不进入。

3.根据权利要求2所述的一种用于电动汽车坡道驻车的控制系统的控制方法，其特征在于，当进入坡道驻车状态时，整车控制器向电机控制器发送指令，由电机控制器控制调整驱动电机的驱动电流，使驱动电机的转速为零，维持车辆的静止状态。

4.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车坡道驻车的控制系统的控制方法，其特征在于，电机控制器根据实时计算的驱动电机转速动态地调整驱动电流，通过转速闭环控制，使得驱动电机的实际转速为零。

5.根据权利要求2所述的一种用于电动汽车坡道驻车的控制系统的控制方法，其特征在于，整车控制器依据电机控制器与驱动电机的实时温度，动态地打开和关闭冷却系统，控制电机控制器和驱动电机的温度处于安全范围内。

6.根据权利要求5所述的一种用于电动汽车坡道驻车的控制系统的控制方法，其特征在于，当冷却系统开启时电机控制器和驱动电机温度不在安全范围内、电机控制器和驱动电机功能失效，或驱动电机堵转转矩不能平衡重力分量时，则整车控制器控制主动制动单元制动，维持车辆的静止状态。

7.根据权利要求6所述的一种用于电动汽车坡道驻车的控制系统的控制方法，其特征在于，整车控制器依据零速目标值与实际车速值动态地控制主动制动单元制动，通过车速闭环控制，维持车辆的静止状态。