CN108749643A - 一种电动汽车启动扭矩方向检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车启动扭矩方向检测装置，设置传动轴夹紧机构和压力传感器；传动轴夹紧机构通过夹紧控制机构锁紧或松开传动轴；压力传感器为两个，并沿着传动轴的切向分布，并固定在检测装置外壳上；在两个压力传感器之间设置压力传感触头，压力传感触头固定在传动轴夹紧机构上。本发明还公开了该检测装置的检测方法。采用上述技术方案，能够准确检测到电动汽车车轮的扭矩方向，直接判断车轮的扭矩方向结果，从而使电动汽车的坡道启动和蠕行控制变得原理简明，控制容易；不需要繁复的计算，没有时间延后，且不会产生误差；无需车轮发生实际转动就能判断车辆移动方向，对于防止溜车效果显著；结构简单可靠。

Description

一种电动汽车启动扭矩方向检测装置及其检测方法

技术领域

本发明属于新能源汽车的技术领域，涉及纯电动汽车的控制技术。更具体地，本发明涉及一种电动汽车启动扭矩方向检测装置。另外，本发明还涉及应用于该检测装置的检测方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着全球气候变暖、石油资源枯竭的危机越趋严重，节能低碳环保的交通逐渐成为人们的共识，与之相应的是新能源汽车受到高度重视，其技术研发和产业化取得重大突破。

新能源汽车多数采用电机直驱的技术方案，整个动力系统的阻力相对于传统汽车要小；但是，由于增加动力电池系统，新能源汽车的自重相比于传统汽车有较大提高。由于自重大且阻力小，从而导致电动汽车在无电流输入时，车辆的溜坡现象较传统汽车明显。而汽车在特定的场合，比如停车场、山路，可能需要频繁地在坡道上起停。

为了防止车辆出现不受控制的溜坡，就需要一种坡道辅助(启停)系统。普通手动挡燃油车，从踩下离合器、松开刹车到松开离合器、踩下油门，中间有一段时间完全丧失动力，可能导致溜车，某些中高档燃油车配备的坡道辅助系统，在该系统按下启用按键时，松开刹车，车辆仍然会制动1-2秒，从而防止动力空缺时间的出现，防止溜坡；然而电动汽车要配置坡道辅助(启停)系统，需要大大增加机械的复杂性，提高成本。某些配备自动变速箱的车辆还具有蠕行功能，在车辆挂入前进或者倒车挡，手刹松开的条件下，既不踩油门也不踩刹车，车辆会缓慢蠕行。自动变速箱控制器通过离合器滑摩控制或者液力变扭器耦合程度控制，调整扭矩和差速，来实现蠕行功能。

而电动汽车由于没有离合器，因此需要新的控制方法。

在现有技术中，车辆蠕行控制只是简单地通过车速查表得到蠕行扭矩，在平路上蠕行性能良好，但未能将坡道坡度考虑在内，在坡道启动时会出现溜坡或者起步加速度过大，舒适性变差。

在有些改进的蠕行控制技术中，一类方法是对坡度扭矩进行补偿，通过坡度、预定基本蠕行扭矩、设定速度等信息，通过复杂的算法，从滤波器中输出扭矩需求控制电机，此类方法算法复杂，原理也不直观；另一类方法是采用速度环控制，通过标定不同电机转速下的P、I转速，使得电动汽车松开手刹后0.3秒内达到驱动所需要的扭矩，并以理想的蠕行速度行驶；这类方法需要标定PI参数，很困难麻烦，不易实现。

综上所述，现有技术很难准确设定电动汽车驱动电机的坡道启动扭矩。

发明内容

本发明提供一种电动汽车启动扭矩方向检测装置，其目的是准确检测电动汽车启动时车轮的扭矩方向，从而使电动汽车的坡道启动和蠕行控制变得更加容易。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明的电动汽车启动扭矩方向检测装置，所述的电动汽车包括电机控制器和整车控制器；所述的扭矩方向检测装置设置传动轴夹紧机构和压力传感器；所述的传动轴夹紧机构通过夹紧控制机构锁紧或松开传动轴；所述的压力传感器为两个，并沿着所述的传动轴的切向分布，并固定在检测装置外壳上；在两个压力传感器之间设置压力传感触头，所述的压力传感触头固定在传动轴夹紧机构上。

所述的压力传感器朝向压力传感触头的一面，设置压力感应部件；所述的压力传感器将压力感应部件获得的压力信号转换成的输出端的电信号。

所述的扭矩方向检测装置通过外壳固定装置固定在电机或者车架上。

所述的传动轴夹紧机构采用碟刹装置，所述的碟刹装置由一个与车轮传动轴相连的刹车圆盘和刹车圆盘边缘的刹车钳组成。

所述的电机控制器设有逆变器和逆变触发器；所述的电机控制器通过逆变器分别与电池及电机连接，并将电池的直流电转变为交流电传输给电机。

所述的整车控制器通过信号线路分别与手刹、汽车启动钥匙、扭矩方向检测装置连接，以及电机控制器与整车控制器之间用CAN协议连接，所述的整车控制器获取手刹信号、电机控制器数据、电池数据、驾驶员期望信号，将接收到的上述数据进行糅合，然后将驾驶员所需的电机转矩输出数据发送给电机控制器。

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的电动汽车启动扭矩方向检测装置采用的检测方法，其技术方案是：

所述的两个压力传感器，其中一个检测车轮前进方向传动轴扭矩，另一个检测车轮倒车方向的传动轴扭矩；所述的检测方法的步骤为：

步骤1、整车控制器检测到拉手刹的动作信号时，发送给电机控制器，电机控制器控制扭矩方向检测装置抱紧传动轴；

步骤2、车辆钥匙打到启动挡，挡位信号由驻车挡变动到前进或者倒车挡，手刹松开，电机控制器控制扭矩方向检测装置仍然抱紧传动轴；

步骤3、电机控制器按整车控制器的指令信号输出扭矩，同时整车控制器探测扭矩方向检测装置传来的两个压力电信号；此时检测到的压力传感器代表电机输出扭矩、行车阻力扭矩和坡度扭矩三者合力的方向；

如果车辆处于前进挡，前进方向压力传感器的信号代表压力为0，倒车方向压力传感器的信号代表压力不为0，表示电机输出扭矩小于使车辆启动所需的扭矩；

其他挡位情况以此类推。

当车轮存在扭矩时，两个所述的压力传感器产生的电压信号，由全部为0，转变为一个为0，一个为0～2V之间的电压信号。

本发明采用上述技术方案，能够准确检测到电动汽车车轮的扭矩方向，直接判断车轮的扭矩方向结果，从而使电动汽车的坡道启动和蠕行控制变得原理简明，控制容易；不需要繁复的计算，没有时间延后，且不会产生误差；无需车轮发生实际转动就能判断车辆移动方向，对于防止溜车效果显著；结构简单可靠。

附图说明

附图所示内容及图中的标记简要说明如下：

图1为本发明的检测装置的结构示意图；

图2为本发明中的压力传感器结构示意图；图中，红色线表示电源正；黑色线表示电源地；绿色线表示信号输出；

图3为本发明中的碟刹盘结构示意图；

图4为本发明中的中整车控制器的模块构成框图；

图5为本发明中电机控制器、整车控制器、检测装置直接的信号流转图；

图6为本发明中电动车启动时电动汽车车轮的扭矩方向的检测方法流程框图。

图中标记为：

1、扭矩方向检测装置，2、传动轴夹紧机构，3、夹紧控制器，4、压力传感器，5、检测装置外壳，6、外壳固定装置，7、压力传感触头，8、压力感应部件，9、整车控制器，10、电机控制器，11、电机。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示本发明的结构，为一种电动汽车启动扭矩方向检测装置。所述的电动汽车包括电机11、电机控制器10和整车控制器9。

具体技术方案分析如下：

一、扭矩方向检测装置：

为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现准确检测电动汽车启动时车轮的扭矩方向的发明目的，本发明采取的技术方案为：

如图1、图2所示，本发明的电动汽车启动扭矩方向检测装置1设置传动轴夹紧机构2和压力传感器4；所述的传动轴夹紧机构2通过夹紧控制机构3锁紧或松开传动轴；所述的压力传感器4为两个，并沿着所述的传动轴的切向分布，并固定在检测装置外壳5上；在两个压力传感器4之间设置压力传感触头7，所述的压力传感触头7固定在传动轴夹紧机构2上。

所述扭矩方向检测装置1包括检测传动轴扭矩方向和锁紧或者松开传动轴的功能。该扭矩方向检测装置1在整车控制器9接收到手刹释放信号时，传动轴夹紧机构2锁紧汽车传动轴，车辆钥匙打到启动挡，挡位信号由驻车挡变动到前进或者倒车挡，手刹松开，整车控制检测装置仍然抱紧传动轴。电机控制器10按整车控制器9的指令信号输出扭矩，同时整车控制器探测扭矩方向检测装置1传来的两个压力电信号，即可检测出汽车启动时传动轴的扭矩方向。

本发明采用两个压力传感器，检测车轮受到的驱动扭矩方向，结构简单可靠。

二、压力传感器：

如图2所示，所述的压力传感器4朝向压力传感触头7的一面，设置压力感应部件8；所述的压力传感器4将压力感应部件8获得的压力信号转换成的输出端的电信号。

所述压力传感器4能产生一个跟压力有确定关系的电压信号。压力传感器(Pressure Transducer)感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的电信号并输出的的器件或装置。

压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。按不同的测试压力类型，压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器。

本发明所用的压力传感器传输出的电信号为电压，压力传感器结构如图2所示。

三、扭矩方向检测装置的固定结构：

如图1所示，所述的扭矩方向检测装置1通过外壳固定装置6固定在电机或者车架上。

所述外壳固定装置6将整个扭矩方向检测装1置固定到电机或者车架上。稳固扭矩方向检测装置1，使电机控制器10接收到正确稳定的扭矩信号。

四、传动轴夹紧机构：

所述的传动轴夹紧机构2采用碟刹装置，所述的碟刹装置由一个与车轮传动轴相连的刹车圆盘和刹车圆盘边缘的刹车钳组成。

所述传动轴夹紧机构2的工作方式类似刹车，在夹紧控制装置的作用下，能抱紧转动轴，产生一个比较大的摩擦力。

如图3所示本发明的碟刹盘的结构。碟式刹车是由一个与车轮传动轴相连的刹车圆盘和圆盘边缘的刹车钳组成。刹车时，高压刹车油推动制动块使之夹紧刹车盘，从而产生制动效果。

碟式刹车有时也叫盘式刹车，它分普通盘式刹车和通风盘式刹车两种。通风盘式刹车是在盘面上钻出许多圆形通风孔，或是在盘的端面上割出通风槽或预制出矩形的通风孔。通风盘式刹车利用风流作用，其冷热效果要比普通盘式刹车更好。

碟式刹车的主要优点是在高速刹车时能迅速制动，散热效果优于鼓式刹车，制动效能的恒定性好，便于安装如ABS一类的高级电子设备。

使用金属块(碟)而不用鼓轮，在刹车碟的两边都有一平坦的刹车蹄，当刹车总泵来的油压压送到分缸，使刹车蹄将刹车碟夹住，以达到刹车的效果，如今已普遍用于前轮，有的高级车装置四轮碟式刹车，其优点是作用灵敏，散热良好，不必调整刹车间隙，保养容易。

五、电机控制器：

所述的电机控制器10设有逆变器和逆变触发器；所述的电机控制器10通过逆变器分别与电池及电机11连接，并将电池的直流电转变为交流电传输给电机11。

如图5所示，所述电机控制器10，整车控制器9检测压力传感器4的电压信号，进而判读传动轴扭矩的方向和大小。电机控制器10是通过主动工作来控制电机11按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的集成电路。

在电动车辆中，电机控制器的功能是根据整车控制器接受的信号经过处理后得出转矩发给电机控制器(挡位、油门、刹车等指令)，将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中。它是电动车辆的关键零部件之一。

六、电机：

如图5所示，所述电机11为电动汽车驱动永磁同步电机。电机11通过传动轴，将动力传到驱动车轮。

永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流。电机11采用30KW永磁同步电机。

七、整车控制器：

整车控制器9是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就像是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。

整车控制器框图如图4、图5所示，所述的整车控制器9通过信号线路分别与手刹、汽车启动钥匙、扭矩方向检测装置1莲蓬乳，以及整车控制器9与电机控制器10通过CAN协议连接，获取手刹信号、电机控制器10数据、电池数据、驾驶员期望信号，将接收到的上述数据进行糅合，然后将驾驶员所需的电机转矩输出数据发送给电机控制器10。

整车控制器9检测手刹动作信号传递给电机控制器10，同时对汽车所需扭矩进行判断将扭矩要求输出给电机控制器10。

七、如图6所示，本发明的检测方法：

为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的电动汽车启动扭矩方向检测装置采用的检测方法，其技术方案是：

所述的两个压力传感器，其中一个检测车轮前进方向传动轴扭矩，另一个检测车轮倒车方向的传动轴扭矩；所述的检测方法的步骤为：

步骤1、整车控制器9检测到拉手刹的动作信号时，发送给电机控制器10，电机控制器10控制扭矩方向检测装置1抱紧传动轴；

步骤2、车辆钥匙打到启动挡，挡位信号由驻车挡变动到前进或者倒车挡，手刹松开，电机控制器10控制扭矩方向检测装置1仍然抱紧传动轴；

步骤3、电机控制器10按整车控制器9的指令信号输出扭矩，同时整车控制器9探测扭矩方向检测装置1传来的两个压力电信号；此时检测到的压力传感器代表电机输出扭矩、行车阻力扭矩和坡度扭矩三者合力的方向；

如果车辆处于前进挡，前进方向压力传感器的信号代表压力为0，倒车方向压力传感器的信号代表压力不为0，表示电机输出扭矩小于使车辆启动所需的扭矩；

其他挡位情况以此类推。

九、碟刹车轮扭矩方向检测：

当车轮存在扭矩时，两个所述的压力传感器4产生的电压信号，由全部为0，转变为一个为0，一个为0～2V之间的电压信号。

夹紧装置和夹紧控制装置采用碟刹机构，压力传感器及其支架固定在刹车盘外，加紧装置能够随着刹车碟转动，在垂直刹车碟方向有机构置于两个压力传感器之间，当车轮存在扭矩时，夹紧装置置于两个压力传感器之间的机构跟压力传感器之间会产生一个压力，两个压力传感器的两个电压信号，由全部为0，转变为一个为0，一个为0～2伏之间的电压信号。各个部件之间的信号传递，如附图5所示：

启动时电动汽车车轮的扭矩方向的检测方法流程，如图6所示。

采用上述检测方法，能够直接判断车轮的扭矩方向结果，不需要繁复的计算，没有时间延后，且不会产生误差；无需车轮发生实际转动，就能判断车辆移动方向，对于防止溜车效果显著。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车启动扭矩方向检测装置，所述的电动汽车包括电机控制器(10)和整车控制器(9)，其特征在于：所述的扭矩方向检测装置(1)设置传动轴夹紧机构(2)和压力传感器(4)；所述的传动轴夹紧机构(2)通过夹紧控制机构(3)锁紧或松开传动轴；所述的压力传感器(4)为两个，并沿着所述的传动轴的切向分布，并固定在检测装置外壳(5)上；在两个压力传感器(4)之间设置压力传感触头(7)，所述的压力传感触头(7)固定在传动轴夹紧机构(2)上。

2.按照权利要求1所述的电动汽车启动扭矩方向检测装置，其特征在于：所述的压力传感器(4)朝向压力传感触头(7)的一面，设置压力感应部件(8)；所述的压力传感器(4)将压力感应部件(8)获得的压力信号转换成的输出端的电信号。

3.按照权利要求1所述的电动汽车启动扭矩方向检测装置，其特征在于：所述的扭矩方向检测装置(1)通过外壳固定装置(6)固定在电机或者车架上。

4.按照权利要求1所述的电动汽车启动扭矩方向检测装置，其特征在于：所述的传动轴夹紧机构(2)采用碟刹装置，所述的碟刹装置由一个与车轮传动轴相连的刹车圆盘和刹车圆盘边缘的刹车钳组成。

5.按照权利要求1所述的电动汽车启动扭矩方向检测装置，其特征在于：所述的电机控制器(10)设有逆变器和逆变触发器；所述的电机控制器(10)通过逆变器分别与电池及电机(11)连接，并将电池的直流电转变为交流电传输给电机(11)。

6.按照权利要求1所述的电动汽车启动扭矩方向检测装置，其特征在于：所述的整车控制器(9)通过信号线路分别与手刹、汽车启动钥匙、扭矩方向检测装置(1)连接；所述的整车控制器(9)与电机控制器(10)通过CAN协议连接；分别获取手刹信号、电机控制器(10)数据、电池数据、驾驶员期望信号，所述的整车控制器(9)将接收到的上述数据进行糅合，然后将驾驶员所需的电机转矩输出数据发送给电机控制器(10)。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的电动汽车启动扭矩方向检测装置的检测方法，所述的两个压力传感器，其中一个检测车轮前进方向传动轴扭矩，另一个检测车轮倒车方向的传动轴扭矩；

其特征在于所述的检测方法的步骤为：

步骤1、整车控制器(9)检测到拉手刹的动作信号时，发送给电机控制器(10)，电机控制器(10)控制扭矩方向检测装置(1)抱紧传动轴；

步骤2、车辆钥匙打到启动挡，挡位信号由驻车挡变动到前进或者倒车挡，手刹松开，电机控制器(10)控制扭矩方向检测装置(1)仍然抱紧传动轴；

步骤3、电机控制器(10)按整车控制器(9)的指令信号输出扭矩，同时整车控制器(9)探测扭矩方向检测装置(1)传来的两个压力电信号；此时检测到的压力传感器代表电机输出扭矩、行车阻力扭矩和坡度扭矩三者合力的方向；

如果车辆处于前进挡，前进方向压力传感器的信号代表压力为0，倒车方向压力传感器的信号代表压力不为0，表示电机输出扭矩小于使车辆启动所需的扭矩；

其他挡位情况以此类推。

8.按照权利要求7所述的电动汽车启动扭矩方向检测装置的检测方法，其特征在于：当车轮存在扭矩时，两个所述的压力传感器(4)产生的电压信号，由全部为0，转变为一个为0，一个为0～2V之间的电压信号。