CN107215241A - 一种控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制系统，包括离合换挡装置、加速装置、制动装置、驱动电机、控制器以及警报装置；所述离合换挡装置的输出端连接控制器的第一输入端，所述加速装置的输出端连接控制器的第二输入端，所述制动装置的输出端连接控制器的第三输入端，所述控制器的交互端连接驱动电机的交互端，所述控制器的输出端连接警报装置的输入端。本发明通过增加了离合换挡装置，解决了电动教练车与燃油教练车的驾驶感受不一致的问题。
Description
技术领域
本发明属于机动车控制领域，更具体地，涉及一种控制系统。
背景技术
驾驶员培训行业在公路运输业中占据重要地位，是消耗非再生型能源的行业。传统教练车都为手动燃油车受学员整体操作水平影响及长期低速行驶造成了维修频率高、燃料利用率低、排放污染严重、运营成本高等，而传统电动车都为自动挡车型，具有零排放、高效率、运营成本低的优势但不能达到驾驶培训的要求，如何解决两者的技术问题显得非常必要。
而教练车的使用环境、道路情况、行驶距离、行驶成本等都非常符合电动车的特性。随着环境污染日益受重视，零排放的电动教练车也将成为行业发展的趋势。解决电动教练车与燃油教练车的驾驶感受不一致的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种控制系统，其目的在于通过离合换挡装置，由此解决电动教练车的驾驶感受问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电动车的控制系统，包括离合换挡装置、加速装置、制动装置、驱动电机、控制器以及警报装置；
所述离合换挡装置的输出端连接控制器的第一输入端，所述加速装置的输出端连接控制器的第二输入端，所述制动装置的输出端连接控制器的第三输入端，所述控制器的交互端连接驱动电机的交互端，所述控制器的输出端连接警报装置的输入端；
所述离合换挡装置用于获得挡位信号以及离合信号，所述加速装置用于获得加速信号，所述制动装置用于获得制动信号，并同时进行电动车的制动，所述驱动电机用于根据电机驱动信号运行，并将自身的速度信号反馈给控制器，所述控制器用于选取挡位信号、加速信号或制动信号中的一项或多项作为电机驱动信号，同时用于获取警报信号，所述警报装置用于根据警报信号发出警报讯息。
优选地，所述控制系统还包括启动装置以及电源，所述启动装置的输出端连接控制器的第四输入端，所述控制器的第二输出端连接所述电源，所述启动装置用于获得启动信号，所述控制器还用于根据所述启动信号，获得电源接通信号，所述电源用于根据所述电源接通信号而提供电动力。
优选地，所述离合换挡装置包括离合装置以及换挡装置，所述离合装置的第一输出端连接换挡装置的输入端，所述换挡装置的第一输出端作为所述离合换挡装置的第一输出端，所述离合装置的第二输出端作为所述离合换挡装置的第二输出端；
所述离合装置用于获得离合信号，所述离合信号包括离合开度以及离合加速度，所述换挡装置用于根据所述离合开度以及外部的控制信号，获得挡位信号。
优选地，在驱动电机和控制器之间还连接有自动变速器，所述自动变速器控制器用于根据挡位信号，控制驱动电机的传动比。
优选地，在驱动电机和控制器之间还连接有电机控制器，所述电机控制器用于根据加速信号，控制驱动电机的转速。
按照本发明的另一方面，还提供了一种包括一种用于上述控制系统的离合换挡装置，包括离合装置以及换挡装置，所述离合装置的第一输出端连接换挡装置的输入端；
所述离合装置用于获得离合信号，所述离合信号包括离合开度以及离合加速度，所述换挡装置用于根据所述离合开度以及外部的控制信号，获得挡位信号。
按照本发明的另一方面，还提供了一种包括上述控制系统的电动车。
按照本发明的另一方面，还提供了一种利用上述控制系统的控制方法，包括以下步骤：
S1.判断驱动电机的速度信号是否为0，是则进入步骤S2，否则进入步骤S3；
S2.判断所述挡位信号是否为空挡，是则控制器发出第一警报信号，警报装置发出第一警报讯息，进入步骤S3，否则进入步骤S5；
S3.判断当前是否存在制动信号，是则控制器停止输出电机驱动信号，返回步骤S1；否则进入步骤S4；
S4.判断离合加速度信号是否小于离合加速度阈值，是则控制器发出与挡位信号以及加速信号对应的电机驱动信号，驱动电机以挡位信号对应的传动比以及加速信号对应的转速运行，返回步骤S1；否则进入步骤S5；
S5.控制器发出电机驱动信号以及第二警报信号，驱动电机的转速以所述挡位信号对应的传动比以及初始加速信号，在响应时间内提升至响应转速并回落，警报装置发出第二警报讯息，返回步骤S1。
优选地，所述离合加速度阈值为1米/秒～3米/秒，所述响应时间为0.5秒～1.5秒，所述响应转速为800r/min～1200r/min。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点：
1、通过离合换挡装置、加速装置以及制动装置对控制器发出不同信号，使得驱动电机根据外部的控制指令运转，制动装置进行电动车的制动，从而能模拟整车实现熄火前冲、熄火后冲、顿挫前行等动作，以此实现电动车与传统手动车的驾驶感受相一致；
2、警报装置能发出不同的警报讯息，从而模拟车辆怠速运行的声音，使得电动车的运行更接近传统手动的教练车；
3、离合换挡装置联动，换挡装置根据离合开度获得换挡信号，在离合开度不满足装置要求的条件下无法换挡，而更接近传统手动车的控制模式。
附图说明
图1为本发明控制系统结构示意图；
图2为本发明实施例1变挡控制系统的整车结构关联示意图；
图3为本发明实施例1变挡控制系统的整车控制逻辑示意图；
图4为本发明实施例1变挡控制系统的启动控制逻辑示意图；
图5为本发明实施例1变挡控制系统的起步换挡控制逻辑示意图；
图6为本发明实施例1变挡控制系统的行驶换挡控制逻辑示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种电动车的控制系统，包括离合换挡装置、加速装置、制动装置、驱动电机、控制器、启动装置、电源以及警报装置；
所述离合换挡装置的输出端连接控制器的第一输入端，所述加速装置的输出端连接控制器的第二输入端，所述制动装置的输出端连接控制器的第三输入端，所述控制器的交互端连接驱动电机的交互端，所述控制器的输出端连接警报装置的输入端,所述启动装置的输出端连接控制器的第四输入端，所述控制器的第二输出端连接所述电源，如图1所示；
所述离合换挡装置用于获得挡位信号以及离合信号，所述加速装置用于获得加速信号，所述制动装置用于获得制动信号，并同时进行电动车的制动，所述驱动电机用于根据电机驱动信号运行，并将自身的速度信号反馈给控制器，所述控制器用于根据挡位信号、加速信号、速度信号以及制动信号，选取挡位信号、加速信号或制动信号中的一项或多项作为电机驱动信号，同时用于获取第一警报信号以及第二警报信号，所述警报装置用于分别根据第一警报信号以及第二警报信号，发出第一警报讯息以及第二警报讯息，所述启动装置用于获得启动信号，所述控制器还用于根据所述启动信号，获得电源接通信号，所述电源用于根据所述电源接通信号而提供电动力，使整车通电。
所述离合换挡装置通常包括离合装置以及换挡装置，所述离合装置的第一输出端连接换挡装置的输入端，所述换挡装置的第一输出端作为所述离合换挡装置的第一输出端，所述离合装置的第二输出端作为所述离合换挡装置的第二输出端；
所述离合装置用于获得离合信号，所述离合信号包括离合开度以及离合加速度，所述换挡装置用于根据所述离合开度以及外部的控制信号，获得挡位信号，例如，当离合开度大于80％～95％之间的某一阈值，换挡装置可以在挡位信号(D/N/R/1/2/3/4/5挡)间进行切换。例如换挡装置可采用多挡手动式，1/2/3/4/5/R挡带有卡簧/卡珠/电磁机构，换挡力可调节设定；N挡带有锁止机构，锁止机构受离合踏板开度影响，离合踏板开度大于某一阈值时，N挡解除锁止可换挡操作；各挡位带有挡位信号传感器将信号传递给控制器，而离合装置为机械式电信号踏板，可将离合器开度信号，不间断传递给控制器，控制器可计算出离合踏板松开时的加速度。以离合加速度来判断离合装置是否处于半联动状态，使得换挡操作更接近于手动车。
同时，在驱动电机和控制器之间还连接有自动变速器和电机控制器，所述自动变速器控制器用于根据挡位信号，控制驱动电机的传动比，所述电机控制器用于根据加速信号，控制驱动电机的转速。
按照本发明的另一方面，还提供了一种利用上述控制系统的控制方法，包括以下步骤：
S1.根据外部的控制，启动装置通电，然后发出启动信号，控制器判断驱动电机的速度信号是否为0(即车辆是否静止待发动)，是则进入步骤S2，否则进入步骤S3；
S2.判断所述挡位信号是否为空挡，是则控制器发出第一警报信号，警报装置发出第一警报讯息(通常设置为发动机怠速模仿声)，说明启动成功，进入步骤S3，否则挡位信号应处于速度挡或倒挡，进入步骤S5；
S3.判断当前是否存在制动信号，是则控制器停止输出电机驱动信号(即同时有加速信号时，加速信号无效)，制动装置同时进行电动车的制动，返回步骤S1；否则进入步骤S4；
S4.判断离合加速度信号是否小于离合加速度阈值(即松开离合踏板的加速度，通常设置为1～3米/秒)，是则控制器发出与挡位信号以及加速信号对应的电机驱动信号，驱动电机以挡位信号对应的传动比以及加速信号对应的转速运行，传统电动车并不分挡位运行，此时，本发明通过自动变速器和电机控制器分别控制电机的传动比和转速，使得驱动电机在自身速度不符合挡位信号时，车辆能出现顿挫前行的现象，从而更接近手动挡车，返回步骤S1；否则进入步骤S5；
S5.控制器发出电机驱动信号以及第二警报信号，驱动电机的转速以所述挡位信号对应的传动比以及初始加速信号，在2秒～5秒内提升至800r/min～1200r/min并回落，警报装置发出第二警报讯息，返回步骤S1。
实施例1
如图2所示，实施例1提供了一种手动多挡电动教练车，该教练车包括启动装置、多挡手动电子式换挡装置、电控机械式离合踏板装置、制动踏板装置、驻车制动装置、电机控制器、自动变速器控制器、整车控制器、蜂鸣器、驱动电机、电控机械自动变速器。由于通过上述各装置将信号传输给整车控制器，整车控制器将按照整车控制策略对各装置发出指令执行可控制整车实现车辆怠速运行、模拟熄火前冲动作、模拟熄火后冲动作、模拟顿挫前行等，以此实现电动教练车与传动手动燃油教练车的驾驶感受相一致；
其中，所述启动装置的输出端连接整车控制器的第一输入端，所述电控机械式离合踏板装置的输出端连接整车控制器的第二输入端，所述加速踏板装置的输出端连接整车控制器的第三输入端，所述制动踏板装置的输出端连接整车控制器的第四输入端，所述驻车制动装置的输出端连接整车控制器的第五输入端；
所述多挡手动电子式换挡装置的交互端连接整车控制器的第一交互端，所述电机控制器的第一交互端连接整车控制器的第二交互端，第二交互端连接驱动电机的第一交互端，所述自动变速器控制器的第一交互端连接整车控制器的第三交互端，第二交互端连接电控机械自动变速器的第一交互端，所述电源的交互端连接整车控制器的第四交互端
所述电控机械自动变速器与驱动电机机械连接，所述整车控制器的输出端连接蜂鸣器的输入端。
所述启动装置用于根据外部的命令，获得启动信号并输出，使整车通电，
所述多挡手动电子式换挡装置用于根据外部的命令，获得换挡信号并输出；
所述电控机械式离合踏板装置用于根据外部的命令，获得离合踏板开度信号并输出；
所述加速踏板装置用于根据外部的命令，获得行车加速信号并输出；
所述制动踏板装置用于根据外部的命令，获得行车制动信号并输出；
所述驻车制动装置用于根据外部的命令，获得驻车制动信号并输出；
所述电机控制器用于根据整车控制器发出的指令来控制电机的起停/转速/扭矩，并将驱动电机的实时状况反馈给整车控制器；
所述驱动电机用于根据电机控制器所发出的驱动命令运转。
所述自动变速器控制器用于根据整车控制器发出的挡位指令控制自动变速器与电机的接合及挡位转换，并将换挡执行的实时状况反馈给整车控制器；
所述电控机械自动变速器用于根据自动变速器控制器发出的挡位命令来执行换挡；
所述整车控制器用于根据实时状况获得实时车速，并根据启动信号的状态(断开OFF挡/接通ON挡/启动START挡)，根据换挡信号的状态(1/2/3/4/5/空/倒挡)，根据离合踏板开度信号(0～100)，根据行车制动信号(制动/非制动)，按照整车控制策略的判定导向，获得驱动指令、挡位指令以及警报指令。
所述蜂鸣器用于根据所述警报指令，发出报警声或发动机怠速声。
另外，整车控制器包括电源(图2中未列出)所述电源用于根据整车控制器发出的通电指令提供电量输出及输入，并将电源温度、电量等信息反馈给整车控制器。
该电动教练车的整车控制策略如图5所示：
情况1：整车通电
启动装置分ON、START和OFF挡，ON挡时发出接通信号，START挡时发出启动信号，OFF挡时发出关闭信号；当驾驶员将钥匙插入启动装置时，钥匙在启动装置ON(接通)挡时整车控制器发出通电指令，整车控制器接到指令后控制电源高压电上电，整车通电自检，如图3所示；
情况2：启动成功，怠速运行
钥匙在启动装置START(启动)挡3秒且整车控制器检测到多挡手动电子式换挡装置的挡位信号为N(空)挡时车辆启动成功，整车控制器发出怠速指令，蜂鸣器发出发动机怠速模仿声。
情况3：启动失败，熄火前冲
钥匙在启动装置START挡1秒且整车控制器检测到挡位信号为1/2/3/4/5挡时车辆启动失败，整车控制器发出前冲熄火指令给电机控制器及自动变速器控制器，自动变速器控制器控制电控机械自动变速器执行操作结合离合器，电机控制器控制驱动电机执行正向运转，转速提升至800～1200转/min，1秒后转速回落至0转每分钟，以实现后冲动作，熄火蜂鸣器报警长鸣，提示车辆启动失败，如图4所示；
情况4：启动失败，熄火后冲
钥匙在启动装置START挡1秒且整车控制器检测到多挡手动电子式换挡装置的挡位信号为R(倒)挡时车辆启动失败，整车控制器发出前冲熄火指令给电机控制器及自动变速器控制器，自动变速器控制器控制电控机械自动变速器执行操作结合离合器，电机控制器控制驱动电机执行反向运转，转速提升至800～1200转/min，1秒后转速回落至0转每分钟，以实现后冲动作，熄火蜂鸣器报警长鸣，提示车辆启动失败；
情况5：车辆起步
车辆启动后，电控机械式离合踏板装置不间断输出离合器开度信号给整车控制器，多挡手动电子式换挡装置带有N(空)挡锁止机构，整车控制器检测到离合器开度信号小于a时，整车控制器控制换挡装置的锁止机构锁止，不可以换挡；整车控制器检测到离合器开度信号大于a时，整车控制器控制换挡装置的锁止机构解锁，可以任意换挡；换挡结束后，松开离合踏板，整车控制器接收到离合踏板装置发出的离合开度减小的信号正常(离合器缓慢释放，松开加速度不大于b米/秒)且挡位信号正常(起步时为1挡或R(倒)挡起步)且不存在制动信号时则车辆正常行驶；否则整车控制器发出指令给电机控制器及自动变速器控制器，整车控制器控制离合器结合，转速提升至800～1200转/min，1秒后转速回落至0转每分钟，以实现前冲(1/2/3/4/5挡时)或后冲(倒挡时)动作，熄火蜂鸣器报警长鸣，提示车辆启动失败；
其中，a为80％～95％，b为1～3。
情况6：车辆中途换挡
车辆行驶中，离合器不间断输出离合器开度信号给整车控制器，整车控制器检测到离合器就开度信号大于a时即可换挡；换挡结束后，松开离合踏板，VCU检测实时车速及挡位，以本实施例为例，当挡位D满足
D＝2挡时，车速低于ξ1则车辆顿挫前行，车速高于ξ2则减速到ξ2；
D＝3挡时，车速低于ξ2则车辆顿挫前行，车速高于ξ3则减速到ξ3；
D＝4挡时，车速低于ξ3则车辆顿挫前行，车速高于ξ4则减速到ξ4；
D＝5挡时，车速低于ξ4则车辆顿挫前行，车速高于ξ5则减速到ξ5。
顿挫前行是由整车控制器发出转速变化指令给电机控制器及TCU(自动变速器控制器)共同执行，使得电机控制器执行电机转速变化(以D＝2挡时为例，电机转速1秒内下降至原车速，再1秒内回升ξ1，直至车速满足上述范围时或踩下加速踏板后车速满足上述范围时，此指令解除)的操作，自动变速器控制器执行挡位延迟变换(延迟到车速满足上述范围时，此指令解除)的操作，以模仿燃油车拖挡时的特征。
其中，a为80％～95％，ξ1为10km/h～30km/h；ξ2为20～40km/h；ξ3为30km/h～50km/h；ξ4为40km/h～60km/h；ξ5为50km/h～70km/h；且ξ1＜ξ2＜ξ3＜ξ4＜ξ5。
情况7：非常规操作
车辆启动后，同时有制动信号(手刹脚刹信号)和加速信号时(油门)，加速信号失效，如图6所示。
本实施例所用的换挡装置为多挡手动式，1,/2/3/4/5/R挡带有卡簧/卡珠/电磁机构，换挡力可调节设定；N挡带有锁止机构，锁止机构受离合踏板开度影响，离合踏板开度大于a％时，N挡解除锁止可换挡操作；各挡位带有挡位信号传感器将信号传递给VCU。
本实施例所用的离合装置为机械式电信号踏板，可每10～20秒输出一次离合器开度信号，不间断传递给VCU，VCU可计算出离合踏板松开时的加速度。
本实施例的的手动多挡电动教练车相当于在现电动车的基础上增加了电控机械式离合踏板装置并用本发明涉及的多挡手动电子式换挡装置替换传统的电子排挡杆(D/N/R/P挡)，目的在于解决教练车需要手动挡进行教学。该教练车依旧采用电控机械自动变速器，多挡手动电子式换挡装置与变速器之间无变速拉索，变速器与电机之间的实际换挡原理依旧采用电控机械自动变速器原有选换挡逻辑，只是在整车控制器中添加整车控制逻辑以实现电动教练车与燃油挡教练车相一致的怠速抖动，熄火动作，前冲动作，后冲动作，顿挫前行动作等特征，进一步达到两种车型相一致的操作感受。结构方面，该电动教练车只是增加电子离合踏板装置及手动电子式选换挡装置，并将整车控制器执行策略进行了重新设计。应用方面，该电动教练车可实现驾校驾驶员培训的需求。成本方面，该电动教练车日常行驶成本低于燃油车成本。环保方面，该电动教练车达到零排放，是燃油车所无法实现的。
本领域的技术人员容易理解，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，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 (9)
1.一种电动车的控制系统，其特征在于，包括离合换挡装置、加速装置、制动装置、驱动电机、控制器以及警报装置；
所述离合换挡装置的输出端连接控制器的第一输入端，所述加速装置的输出端连接控制器的第二输入端，所述制动装置的输出端连接控制器的第三输入端，所述控制器的交互端连接驱动电机的交互端，所述控制器的输出端连接警报装置的输入端；
所述离合换挡装置用于获得挡位信号以及离合信号，所述加速装置用于获得加速信号，所述制动装置用于获得制动信号，并同时进行电动车的制动，所述驱动电机用于根据电机驱动信号运行，并将自身的速度信号反馈给控制器，所述控制器用于选取挡位信号、加速信号或制动信号中的一项或多项作为电机驱动信号，同时用于获取警报信号，所述警报装置用于根据警报信号发出警报讯息。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括启动装置以及电源，所述启动装置的输出端连接控制器的第四输入端，所述控制器的第二输出端连接所述电源，所述启动装置用于获得启动信号，所述控制器还用于根据所述启动信号，获得电源接通信号，所述电源用于根据所述电源接通信号而提供电动力。
3.如权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述离合换挡装置包括离合装置以及换挡装置，所述离合装置的第一输出端连接换挡装置的输入端，所述换挡装置的第一输出端作为所述离合换挡装置的第一输出端，所述离合装置的第二输出端作为所述离合换挡装置的第二输出端；
所述离合装置用于获得离合信号，所述离合信号包括离合开度以及离合加速度，所述换挡装置用于根据所述离合开度以及外部的控制信号，获得挡位信号。
4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，在驱动电机和控制器之间还连接有自动变速器，所述自动变速器控制器用于根据挡位信号，控制驱动电机的传动比。
5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，在驱动电机和控制器之间还连接有电机控制器，所述电机控制器用于根据加速信号，控制驱动电机的转速。
6.一种用于如权利要求1-5中任意一项所述控制系统的离合换挡装置，其特征在于，包括离合装置以及换挡装置，所述离合装置的第一输出端连接换挡装置的输入端；
所述离合装置用于获得离合信号，所述离合信号包括离合开度以及离合加速度，所述换挡装置用于根据所述离合开度以及外部的控制信号，获得挡位信号。
7.一种包括如权利要求1-5中任意一项所述控制系统的电动车。
8.一种利用权利要求1-5中任意一项所述控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.判断驱动电机的速度信号是否为0，是则进入步骤S2，否则进入步骤S3；
S2.判断所述挡位信号是否为空挡，是则控制器发出第一警报信号，警报装置发出第一警报讯息，进入步骤S3，否则进入步骤S5；
S3.判断当前是否存在制动信号，是则控制器停止输出电机驱动信号，返回步骤S1；否则进入步骤S4；
S4.判断离合加速度信号是否小于离合加速度阈值，是则控制器发出与挡位信号以及加速信号对应的电机驱动信号，驱动电机以挡位信号对应的传动比以及加速信号对应的转速运行，返回步骤S1；否则进入步骤S5；
S5.控制器发出电机驱动信号以及第二警报信号，驱动电机的转速以所述挡位信号对应的传动比以及初始加速信号，在响应时间内提升至响应转速并回落，警报装置发出第二警报讯息，返回步骤S1。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述离合加速度阈值为1米/秒～3米/秒，所述响应时间为0.5秒～1.5秒，所述响应转速为800r/min～1200r/min。
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