CN107415770A - 一种电动自行车巡航变速控制系统及控制方法 - Google Patents

一种电动自行车巡航变速控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电动自行车巡航变速控制系统及控制方法，是在电动车上增加一巡航开关和变速键；总控制器始终优先判断刹车指令，否则通过巡航开关的档位进一步判断：当巡航开关关闭时，系统进入手动控制模式；当巡航开关开启时，根据速度变化情况判断进入巡航控制模式或待巡航控制模式。本发明增加巡航速度调节功能，能够保证车辆行驶的安全性，减轻驾驶疲劳。

Description

一种电动自行车巡航变速控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电动自行车的控制领域，特别涉及一种电动自行车巡航过程中变速控制系统及方法。
背景技术
电动自行车已经深入到当今社会的每个角落，给百姓生活带来了极大的便利，随着电子信息技术和自动控制技术的发展，智能控制在电动自行车领域也得到了应用和推广，辅助驾驶技术在电动自行车领域也开始出现。由于电动自行车行业本身技术含量不高，企业在科研方面投入较少，辅助驾驶技术也仅停留在模拟车辆辅助控制的阶段，没有针对电动自行车和非机动车实际行驶工况的辅助控制。
目前汽车领域的定速巡航技术已经较为成熟，在高端车上已经标配，中档车上大部分也已经拥有此技术。虽然汽车最高行驶速度大，行驶路况复杂，但其定速巡航使用工况单一，进入巡航功能后，对车速调整要求不高。
近年来电动自行车领域也有装备此功能的，电动自行车的巡航控制技术就是简单的应用汽车定速巡航的概念，但没有考虑到自行车骑行的特点，需进一步完善。相比之下电动自行车恒速行使工况较多，应对不同路况对车速调整需求也较多，正常行驶过程中要求驾驶员始终握住车把并保持角度不变，因此其巡航功能可使用频率更高，但不能如同汽车一样单独设置巡航调速按钮；因结构及执行机构的不同，其调速过程也不同于汽车，因此无法直接应用汽车的控制方法。
发明内容
为此，本发明着力于解决现有电动自行车领域之瓶颈，提供一种安全性高、操作简单的电动自行车巡航变速控制系统及控制方法，在尽可能小的改动下实现电动自行车行驶过程中的变速巡航。
本发明提供一种电动自行车巡航变速控制系统，其特征在于：包括刹车、手油门、总控制器、电动机控制器以及巡航开关和变速键；
所述刹车向总控制器发送刹车命令；
所述手油门向总控制器发送油门命令；
所述巡航开关向总控制器发送是否开启巡航控制的命令；
所述变速键向总控制器发送是否调节巡航速度的命令；
所述总控制器向电动机控制器发送电机转速控制的命令；
进一步讲：
所述巡航开关有开、关两档，开表示开启巡航控制命令，关表示关闭巡航控制命令。
所述变速键有开启巡航速度调节命令和关闭巡航速度调节命令两种。
本发明还提供一种控制方法，其特征在于：
首先由总控制器优先判断是否收到刹车传来的刹车命令，若收到，则直接进入刹车控制模式，否则通过巡航开关的档位进一步判断：
当巡航开关处于关闭状态时，系统处于手动状态，进入手动控制模式，此时电动车完全由驾驶员手动控制，通过手油门开度和刹车调节车速；
当巡航开关处于开启状态时，记录当前时刻前T秒内的实时车速V，若T秒内的车速波动小于阈值a千米/小时，且车速不为零，则进入巡航控制模式，否则进入待巡航控制模式，T与a为自定义；
当行驶结束，总控制器结束控制。
对于上述方法，进一步地：当电动车处于手动控制模式时，总控制器接收手油门发出的油门命令，转化为转速命令后发给电动机控制器；当总控制器接收刹车发出刹车命令，或者巡航开关变为开启状态时，系统退出手动模式，重新判断电动车控制状态。
进一步地：当电动车处于待巡航控制模式时，当总控制器接收手油门发出的油门命令时，转化为转速命令发给电动机控制器；当总控制器接收刹车发出刹车命令时，或者巡航开关变为关闭状态时，或者T秒内车速波动小于阈值a千米/小时且不为零时，系统退出待巡航模式，重新判断电动车控制状态。
进一步地：当电动车处于巡航控制模式时，首先检测实时车速，并设定当前车速V0为巡航状态下的巡航速度，此时转速信号的大小仅取决于V0，与油门命令d无关；
然后判断总控制器是否接收到变速键发来的变速信号，若无，则保持定速巡航状态，若接收到变速信号，则检测此时油门命令对应的车速V1，驾驶员需调节手油门，直到车速V1与V0的差的绝对值小于阈值b千米/小时为止，b的值自定义；
此后总控制器发送的转速命令仅取决于油门命令，当变速信号停止时，电动车回到定速巡航状态，并设定此时的新车速Vi为新巡航车速；
当刹车发出刹车命令，或者巡航开关变为关闭状态时，系统退出巡航模式，并重新判断电动车控制状态。
进一步地：当电动车处于刹车控制模式时，当驾驶员松开刹车时，如当前油门开度信号不为0，总控制器向电机控制器发出的转速控制命令仍为0，直至检测到油门开度信号为0后，总控制器才能再次接收油门命令，并向电机控制器发出油门开度所对应的转速命令，系统退出刹车模式，并重新判断电动车控制状态。
与现有技术相比，本发明的显著优点在于：
1.设置一巡航开关，可根据驾驶员意图控制是否进入巡航状态。
2.设置一巡航变速键，在巡航状态开启情况下，可发送变速请求，键位布局合理，操作简便。
3.系统会始终优先判断刹车指令，保证驾驶员驾驶过程中的安全性。
4.系统增加巡航变速调节功能，满足驾驶员在巡航期间的变速需求，加强电动车巡航功能的实用性，可大幅减轻驾驶员的驾驶疲劳。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明的系统结构简图；
图2为本发明的控制策略总流程图；
图3为本发明的手动状态流程图；
图4为本发明的待巡航状态流程图；
图5为本发明的巡航状态流程图；
图6为本发明的刹车状态流程图。
其中，1—刹车；2—手油门；3—巡航开关；4—总控制器；5—电动机控制器；6—变速键；a—刹车命令；b—变速信号；c—巡航开关ON/OFF信号；d—油门命令；e—转速命令；A-手动控制模式，B-巡航控制模式，C-待巡航控制模式，D-刹车控制模式。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，其中，附图和实施例一起用于阐释本发明，但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。
本发明基于硬件改动方案，合理分配键位设置，制定变速巡航控制策略。
在硬件改动和键位分配上，基于现有电动车调速控制系统，增设巡航的变速键和巡航开关。通过总控制器可采集键位信号、刹车命令和油门命令，驾驶员可通过巡航开关的ON/OFF档来决定是否开启巡航状态，通过变速键调节巡航是否变速。
在变速巡航控制策略上，设置手动状态、待巡航状态、巡航状态和刹车状态，优先判断驾驶员刹车命令，保证驾驶过程的安全性；其次判断巡航开关档位，确定系统进入手动状态或者巡航/待巡航状态；最后判断每一时刻前T秒内车速波动和车速是否为零，确定系统进入巡航状态还是待巡航状态，并根据变速键位置决定是否变速。
参见图1，在硬件改动上，在驾驶员左手拇指活动范围处增设一变速键6，是一活动按钮，有按下和弹起两个位置，按下时向总控制器4持续发送变速信号b，再次按动弹起时停止发送；在驾驶员右手拇指活动范围增设一巡航开关3，有开、关(ON、OFF)两档，拨动时向总控制器4发送ON/OFF信号c，实现档位切换；总控制器4同时可接收刹车1传来的刹车命令a和手油门2传来的油门命令d，并向电动机控制器5发送转速命令e。
参见图2，在控制策略上，驾驶员拧动钥匙打火后，控制系统上电：
总控制器4优先判断是否收到刹车1传来的刹车命令a，若收到，则直接进入刹车控制模式D，否则通过ON/OFF信号c判断巡航开关3的档位：
当巡航开关3处于OFF档时，证明系统处于手动状态，进入手动控制模式A，此时电动车完全由驾驶员手动控制，通过手油门2开度和刹车1等调节车速；
当巡航开关3处于ON档时，记录当前时刻前T秒内的实时车速Vi(用于判断车速是否稳定)，T的值可在系统中预先自设定，若T秒内的车速波动小于阈值a千米/小时，且车速不为零，则进入巡航控制模式B，否则进入待巡航控制模式C；
当行驶结束，驾驶员关闭电动车时，系统下电结束控制。
参见图3，当电动车处于手动控制模式A时，总控制器4接收手油门2发出的油门命令d，转化为转速命令e后发给电动机控制器5，当驾驶员操作刹车1发出刹车命令a或者巡航开关3变为ON档时，系统退出手动模式，并重新判断分配电动车状态。
参见图4，当电动车处于待巡航控制模式C时，与手动状态相同，总控制器4接收手油门2发出的油门命令d，转化为转速命令e后发给电动机控制器5，当驾驶员操作刹车1发出刹车命令a，或者巡航开关3变为OFF档，或者T秒内车速V波动小于阈值a千米/小时且不为零时，系统退出待巡航模式，并重新判断分配电动车状态。
参见图5，当电动车处于巡航控制模式B时，首先检测实时车速，并设定当前的速度V0为巡航速度，此时转速信号e的大小仅取决于当前车速V0，与油门命令d无关。然后判断总控制器4是否接收到按下变速键6时发送的变速信号b，若无，则保持该定速巡航状态，若接收到变速信号b，则检测此时油门命令d对应的车速V1，驾驶员需调节手油门2，直到提示灯亮起(车上可安装，与总控制器连接)，即车速V1与巡航速度V0的差的绝对值小于阈值b千米/小时(避免车速突然变化)为止，b可自定义，根据不同车型，以切换过程中车辆冲击度不大于1米/秒3为准。
此后总控制器4发送的转速命令e仅取决于油门命令d，当变速信号b停止时，电动车回到定速巡航状态，并设定此时的新车速Vi为新巡航车速。当驾驶员操作刹车1发出刹车命令a，或者巡航开关3变为OFF档时，系统退出巡航模式，并重新判断分配电动车状态。
参见图6，当电动车处于刹车控制模式D时，此状态下无论油门命令d或巡航的转速命令e为多少，总控制器4向电动机控制器5发送转速命令e的值均为0，电动车不断减速制动；当驾驶员松开刹车时，如当前油门开度信号不为0，总控制器向电机控制器发出的转速控制命令仍为0，直至检测到油门开度信号为0后，总控制器才能再次接收油门命令，并向电机控制器发出油门开度所对应的转速命令，系统退出刹车模式，并重新判断电动车控制状态。
驾驶员操作的整体流程为：驾驶员拧动钥匙后，若将巡航开关3置于OFF档，则系统处于手动状态，驾驶员可通过手油门2和刹车1调整车速；当行驶到宽敞路况想使用巡航功能时，驾驶员需将巡航开关3拨动到ON档，波动后系统首先处于待巡航状态，此时驾驶员直接通过手油门2和刹车1调整车速，调节好后保持车速稳定，在当前时刻前T秒内速度波动小于阈值aKm/h时，电动车自动进入巡航状态，以当前车速巡航；在处于巡航状态时，驾驶员操作手油门2不会对车速有任何影响，若想调整巡航速度，可左手按下变速键6，右手调动手油门2，当手油门2开度对应的车速V1在当前巡航车速V0±bKm/h的范围内时，电动车面板上的指示灯会亮起，此后总控制器4发送的转速命令e取决于手油门命令d的大小，驾驶员再调动手油门2时，即可进行速度的增减，调整后再次按动变速键6使其弹起复位(即关闭变速请求)，巡航状态下速度调整完成；当需要减速或刹车时，驾驶员捏下刹车1，系统进入刹车状态，电动车制动，松开后再重新判断分配系统状态；当行驶结束，驾驶员关闭电动车时，系统下电结束控制。

Claims (8)

1.一种电动自行车巡航变速控制系统，其特征在于：包括刹车(1)、手油门(2)、总控制器(4)、电动机控制器(5)以及巡航开关(3)和变速键(6)；
所述刹车(1)向总控制器(4)发送刹车命令；
所述手油门(2)向总控制器(4)发送油门命令；
所述巡航开关(3)向总控制器(4)发送是否开启巡航控制的命令；
所述变速键(6)向总控制器(4)发送是否调节巡航速度的命令；
所述总控制器(4)向电动机控制器(5)发送电机转速控制的命令。
2.根据权利要求1所述的电动自行车巡航变速控制系统，其特征在于：所述巡航开关(3)有开、关两档，开表示开启巡航控制命令，关表示关闭巡航控制命令。
3.根据权利要求1所述的电动自行车巡航变速控制系统，其特征在于：所述变速键(6)有开启巡航速度调节命令和关闭巡航速度调节命令两种。
4.一种根据权利要求1-3之一所述系统执行的控制方法，其特征在于：
由总控制器优先判断是否收到刹车传来的刹车命令，若收到，则直接进入刹车控制模式，否则通过巡航开关的档位进一步判断：
当巡航开关处于关闭状态时，系统处于手动状态，进入手动控制模式，此时电动车完全由驾驶员手动控制，通过手油门开度和刹车调节车速；
当巡航开关处于开启状态时，记录当前时刻前T秒内的实时车速，若T秒内的车速波动小于阈值a千米/小时，且车速不为零，则进入巡航控制模式，否则进入待巡航控制模式，T与a为自定义；
当行驶结束，总控制器结束控制。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：当电动车处于手动控制模式时，总控制器接收手油门发出的油门命令，转化为转速命令后发给电动机控制器；
当总控制器接收刹车发出刹车命令，或者巡航开关变为开启状态时，系统退出手动模式，重新判断电动车控制状态。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：当电动车处于待巡航控制模式时，当总控制器接收手油门发出的油门命令时，转化为转速命令发给电动机控制器；
当总控制器接收刹车发出刹车命令时，或者巡航开关变为关闭状态时，或者T秒内车速波动小于阈值a千米/小时且不为零时，系统退出待巡航模式，重新判断电动车控制状态。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：当电动车处于巡航控制模式时，首先检测实时车速，并设定当前车速V0为巡航状态下的巡航速度，此时转速信号的大小仅取决于V0，与油门命令d无关；
然后判断总控制器是否接收到变速键发来的变速信号，若无，则保持定速巡航状态，若接收到变速信号，则检测此时油门命令对应的车速V1，驾驶员需调节手油门，直到车速V1与V0的差的绝对值小于阈值b千米/小时为止，b的值自定义；
此后总控制器发送的转速命令仅取决于油门命令，当变速信号停止时，电动车回到定速巡航状态，并设定此时的新车速Vi为新巡航车速；
当刹车发出刹车命令，或者巡航开关变为关闭状态时，系统退出巡航模式，并重新判断电动车控制状态。
8.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：当电动车处于刹车控制模式时，当驾驶员松开刹车时，如当前油门开度信号不为0，总控制器向电机控制器发出的转速控制命令仍为0，直至检测到油门开度信号为0后，总控制器才能再次接收油门命令，并向电机控制器发出油门开度所对应的转速命令，系统退出刹车模式，并重新判断电动车控制状态。
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Effective date of registration: 20201030

Address after: 221106 Tongshan sub district office, Tongshan District, Xuzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: XUZHOU MEISHITONG ELECTRIC VEHICLE Co.,Ltd.

Address before: Room 502, unit 4, No. 1, Xingping, Xingping, North sports street, North sports street, Siping City, Jilin

Patentee before: Han Shenrui

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Effective date of registration: 20221009

Address after: 710000 2-2-3101, Phase 1, No. 1, Gongyuan, No. 27, Weiyang Road, Lianhu District, Xi'an, Shaanxi

Patentee after: Shaanxi Freeman Technology Co.,Ltd.

Address before: 221106 Tongshan sub district office, Tongshan District, Xuzhou City, Jiangsu Province

Patentee before: XUZHOU MEISHITONG ELECTRIC VEHICLE CO.,LTD.

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Granted publication date: 20190510