CN111022631A - 电动汽车及其换挡控制方法和行车控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车的换挡控制方法、相应的行车控制装置和电动汽车。电动汽车通过蓄电池和电机提供驱动力，并通过踏板接收驾驶者对于驱动力大小的控制。所述方法包括顺序执行的步骤S1、S2和S3：步骤S1、当检测到用户在非停车状态进行换挡操作时，持续检测当前车速是否小于预置车速V；步骤S2、当检测到当前车速小于预置车速V时，持续检测在接下来的预定时间区间内的车速是否维持在小于预置车速V；步骤S3、当检测到在预定时间内的车速维持在小于预置车速V时，执行换挡操作。此外，本发明在检测到所述踏板的开度大于0时，限制电机的扭矩不超过预置扭矩。本发明解决了在特殊滥用工况下纯电动汽车的安全性、提高了换挡的平顺性及乘坐舒适性、同时对变速器、电机起到保护作用，延长变速器和电机的寿命。

Description

电动汽车及其换挡控制方法和行车控制装置

技术领域

本发明涉及汽车控制技术领域，特别是涉及一种电动汽车的换挡控制方法，以及相应的行车控制装置、电动汽车。本发明主要应用于纯电动汽车，特别是采用离合器式变速器的纯电动汽车，但本发明也可以扩展应用到采用离合器式变速器的其他种类汽车，例如混和动力汽车、燃料电池汽车等。

背景技术

纯电动汽车主要搭载单挡减速器或AMT形式的两挡变速器。这类车辆在滥用工况中，如在向前行驶过程中挂N挡或R挡，爬坡过程中挂N或R挡、行车发电工况挂N挡等工况，主要由电机控制实现特殊处理或保护工作。

目前，纯电动汽车挂挡操作不规范或滥用导致在行车的过程中存在一定的安全风险，甚至在高速超车过程中能使整车失去动力、严重的冲击会导致传动轴或悬置等机械件损坏、坡道溜车、驾驶员误操作导致的意外事故、电池亏损等。另外，滥用操作中档位切换时会产生冲击、顿挫感较强，同时造成动能损失、能量的浪费。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在提出一种用于电动汽车的换挡方法，以解决电动汽车在挂挡时因操作不规范或滥用导致在行车的过程中存在的安全风险。

本更进一步来说，本发明旨在对采用离合器式变速器的电动汽车进行变速器控制系统的保护以及对电机控制系统进行保护。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明主要提出一种用于电动汽车的换挡控制方法，所述电动汽车通过蓄电池和电机提供驱动力，并通过踏板接收驾驶者对于驱动力大小的控制，其特征在于：所述方法包括顺序执行的步骤S1、S2和S3：步骤S1、当检测到用户在非停车状态进行换挡操作时，持续检测所述电动汽车的当前车速是否小于预置车速；步骤S2、当检测到所述电动汽车的当前车速小于预置车速时，持续检测在接下来的预定时间区间内的车速是否维持在小于所述预置车速；步骤S3、当检测到在所述预定时间内的车速维持在小于所述预置车速V时，执行所述换挡操作。

根据本发明的优选实施方式，所述换挡操作是指切换到空挡或倒车挡的操作。

根据本发明的优选实施方式，在所述步骤S1之后还包括顺序执行的步骤S4和S5：

步骤S4：当检测到所述电动汽车的当前车速大于或等于所述预置车速V时，检测所述踏板的开度是否大于0；

步骤S5：当检测到所述踏板的开度大于0时，限制所述电动汽车的电机的扭矩不超过预置扭矩。

根据本发明的优选实施方式，当所述换挡操作是切换到倒车档时，所述步骤S4之后还包括：

步骤S6：当检测到所述踏板的开度为0时，不执行所述换挡操作。

根据本发明的优选实施方式，当所述换挡操作是切换到空档时，所述步骤S4之后还包括顺序执行的步骤S7和步骤S8：

步骤S7：当检测到所述踏板的开度为0时，检测所述电动汽车是否在坡道上；

步骤S8：当检测到所述电动汽车在坡道上时，不执行所述换挡操作。

根据本发明的优选实施方式，所述步骤S7之后还包括顺序执行的步骤S9和步骤S10：

步骤S9：当检测到所述电动汽车不在坡道上时，检测所述蓄电池的SOC是否大于第一预定值SOC1；

步骤S10：当检测到所述SOC大于所述第一预定值时，执行所述换挡操作。

根据本发明的优选实施方式，所述步骤S9之后还包括：

步骤S11：当检测到所述SOC小于或等于所述第一预定值SOC1时，不执行所述换挡操作。

根据本发明的优选实施方式，当所述换挡操作是切换到倒车档时，所述步骤S2之后还包括顺序执行的步骤S12和步骤S13：

步骤S12：当检测到未在所述预定时间内的车速维持在小于所述预置车速V时，检测所述电动汽车是否在坡道上；

步骤S13：当检测到所述电动汽车在坡道上时，不执行所述换挡操作；当检测到所述电动汽车未在坡道上时，执行所述换挡操作。

根据本发明的优选实施方式，所述电动汽车通过蓄电池和电机提供驱动力，并通过踏板接收驾驶者对于驱动力大小的控制，所述行车控制装置包括处理器和存储器，所述存储器用于存储可执行程序，其特征在于：所述处理器用于执行所述可执行程序以执行前述的换挡控制方法。

本发明的另一方面还提出一种电动汽车，包括车体、行车控制装置、蓄电池、电机和踏板，所述蓄电池和电机用于提供驱动力，所述踏板用于接收驾驶者对于驱动力大小的控制，所述行车控制装置包括处理器和存储器，所述存储器用于存储可执行程序，其特征在于：所述处理器用于执行所述可执行程序以执行前述的换挡控制方法。

(三)有益效果

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明解决了在特殊滥用工况下纯电动汽车的安全性、提高了换挡的平顺性及乘坐舒适性、同时对变速器、电机起到保护作用，延长变速器和电机的寿命。

(2)本发明采用离合器到离合器控制技术的纯电动汽车用自动变速器，离合器式变速器可提升纯电动汽车的动力性和经济性，同时保持优良的平顺性。

附图说明

图1是本发明的换挡控制方法所应用的电动汽车的部分结构示意图。

图2是本发明用于电动汽车的换挡控制方法的流程图。

图3是本发明的一实施例的回N挡控制方法的执行流程图。

图4是本发明的另一实施例的回R挡控制方法的执行流程图。

图5是本发明的另一实施例的行车控制装置的结构示意图。

具体实施方式

总的来说，本发明提出的是一种用于电动汽车的换挡控制方法，针对搭载离合器式变速器的纯电动汽车提供滥用模式下的安全保护。

尽管本发明优选地应用于纯电动汽车中，但是，这并不意味着本发明不能应用于非纯电动的汽车，例如油电混合动力汽车或传统的燃油动力汽车，本发明并不排除使用，这是因为本发明并不限制由何种发动机来提供旋转的动力。此外，本发明并不仅限于四轮以上的汽车，实际上，本发明在应用于三轮、两轮或独轮车中并没有任何的技术障碍。也就是说，本发明的换挡控制方法实际上可以应用于任何采用离合器式变速器的自动挡交通工具。

下面参照附图来描述根据本发明。

图1是本发明的换挡控制方法所应用的电动汽车的部分结构示意图。如图1所示，当所述电动汽车进行换挡操作，行车控制装置1根据判断当前电动汽车状态进一步控制。行车控制装置会根据电动汽车当前状态执行控制操作，通过判断控制电机2的状态、判断传动系4的状态以及判断踏板5的开度，对换挡操作装置6进一步控制。行车控制装置根据当前电动汽车的电机2状态以及传动系4状态进行检测，通过判断当前电机转速以及传动装置运作可以判断当前电动汽车车速，进而反馈是否可以进行换挡操作、通过检测踏板5的开度进行判断，反馈当前电动汽车行车状态、通过检测蓄电池3剩余容量判断电动汽车发电状态，通过行车控制装置6对所述各部件的进一步控制，达到电动汽车预置换挡要求，换挡操作装置6可执行换挡操作。

本发明的行车控制装置可以是ECU或MCU，或者是任何具有数据处理能力的处理器。

图2是本发明用于电动汽车的换挡控制方法的流程图，当用户执行换挡操作时，所述电动汽车通过行车控制装置的控制，根据如图2所示的流程进行处理。下面针对所述换挡操作进行说明：

步骤S1：当检测到用户在非停车状态进行换挡操作时，持续检测所述电动汽车的当前车速是否小于预置车速V。

本发明的换挡控制主要用于用户在非停车状态进行换挡操作时进行控制，以防止误操作或不适当的操作对电动汽车的部分造成损害。因此，本发明的方案在检测到用户在非停车状态进行换挡操作进行触发启动。如果检测到目前车辆是处于停车状态，则直接进行换挡操作即可，不需要进行控制。例如，当车辆目前状态为停车状态时，检测到用户进行挂N挡或R挡时，可直接执行换N/R挡操作。所述停车状态可以认定当前车速为0m/s。若车辆目前状态处于非停车状态且用户执行了换挡操作，则需进行本发明步骤S1的判定。

在步骤S1中，当用户执行换挡操作时，车辆会持续检测当前车辆车速，并判定当前车速是否小于预置车速V，如果判定小于预置车速V，则前进到步骤S2，即需要继续判定当前车速保持时间。如果判定当前车速大于或等于所述预置车速V时，则执行其他操作，例如步骤S4和S5以限制扭矩。步骤S4和S5将在后面提到。

步骤S2：当检测到所述电动汽车的当前车速小于预置车速V时，持续检测在接下来的预定时间区间内的车速是否维持在小于所述预置车速V。

也就是说，当判定了车辆车速较低时，还需判断其是否在该低车速时维持了一定的时间，以排除车辆在异常状况时出现瞬时速度过快的情况，以增加换挡操作的安全性。此时，车辆会通过行车处理装置持续检测在接下来的预定时间区间T内的车速是否维持在小于所述预置车速V。如果在该时间区间T内，车辆的车速保持在小于预置车速V，则判定为符合换当条件，可进行下一步骤的换挡操作。如果在该时间区间T内，车辆的车速没有保持在小于预置车速V，则判定为不符合换挡条件，此时，不进行换挡，并且，可以返回到步骤S1继续判断当前车速，步骤S1如果判定当前车速大于或等于所述预置车速V时，则执行其他操作。

步骤S3、当检测到在所述预定时间内的车速维持在小于所述预置车速V时，执行所述换挡操作。

如前所述，该步骤是在满换挡条件下控制电动汽车的挡位控制器进行换挡。即当车辆判定当前车速小于预置速度V，且维持时间大于预定时间区间T时，此时认为换挡对变速箱和汽车安全没有任何影响，车辆可以执行换挡执行。

根据本发明的优选实施方式，上述的所述换挡操作是指切换到空挡(N挡)或倒车挡(R挡)的操作。预置车速V和预定时间区间可以根据挡位的不同、车型的不同、车况控制等实际情况进行确定，通常预置车速可以设置的比较小，例如对于换N挡来说，预置车速V可以小于或等于10km/h的一个值，对于换R挡操作，预置车速V可设业小于或等于5km/h的一个值。预定时间区间T也可以根据实际情况进行设定，通常，对于换N挡操作，预定时间区间T在3～5秒之间，对于换R挡，预定时间区间T在5～8秒之间。

根据本发明的优选实施方式，在所述步骤S1之后还包括顺序执行的步骤S4和S5：

步骤S4：当检测到所述电动汽车的当前车速大于或等于所述预置车速V时，检测所述踏板的开度是否大于0。

当检测到当前车辆车速大于或等于所述预置车速V时，需要检车目前车辆踏板的开度是否为0，当检测到当前电板开度大于0，此时若进入换挡，电机的扭矩较大，不仅会造成能量的浪费，同时会造成变速箱的油温升高，故不宜换挡，需要进行下一步判定。其中所述踏板开度可以理解为：踏板开度为0时，为未踩踏板，踏板开度为100时，为踏板踩到底。

步骤S5：当检测到所述踏板的开度大于0时，限制所述电动汽车的电机的扭矩不超过预置扭矩。

检测到所述踏板的开度大于0时，此时车辆需要通过行车控制装置对电机发出限扭指令，限制电机扭矩输出，限制所述电动汽车的电机的扭矩不超过预置扭矩。当车辆对电机进行限扭工作后，再次执行S2步骤，若当前车速大于V，且电板开度为0，则进行下一步判断。

根据本发明的优选实施方式，当所述换挡操作是切换到倒车档时，所述步骤S4之后还包括步骤S6：当检测到所述踏板的开度为0时，不执行所述换挡操作。也就是说，当切换到倒车档时，只要车速过快，都需保持当前档位。

根据本发明的优选实施方式，当所述换挡操作是切换到空档(N挡)时，所述步骤S4之后还包括顺序执行的步骤S7和步骤S8步骤S7和S8：

步骤S7：当检测到所述踏板的开度为0时，检测所述电动汽车是否在坡道上。

当检测到所述踏板开度为0时，检测所述电动汽车是否在坡道上，

步骤S8：当检测到所述电动汽车在坡道上时，不执行所述换挡操作。

当判断当前车辆在坡道上，则认为此时如果回N挡，会产生安全问题，为保证安全，不执行所述换挡操作,车辆需要保持当前挡位，不能进入N挡。若判断当前车位为非坡道，则进入下一步判断。

根据本发明的优选实施方式，步骤S7之后还包括顺序执行的步骤S9和步骤S10：

步骤S9：当检测到所述电动汽车不在坡道上时，检测所述蓄电池的SOC是否大于第一预定值SOC1。

SOC是指蓄电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。如果当前电动汽车SOC大于SOC1则可以执行回N挡执行，如果SOC小于SOC1则不能回N挡执行，需要保持充电，避免车辆在电量不足时误挂N挡，通过保持带挡滑行，保持电机为发电状态，为电池补充电量。

步骤S10：当检测到所述SOC大于所述第一预定值时，执行所述换挡操作。

根据本发明的优选实施方式，步骤S9之后还包括步骤S11：当检测到所述SOC小于或等于所述第一预定值SOC1时，不执行所述换挡操作。

车辆需要保持当前挡位。通过对回N挡操作的检测、限制，在纯电动汽车行进中提供了误回N挡的安全保护，同时增加了时间判断，提高了控制的稳定性；

根据本发明的优选实施方式，当所述换挡操作是切换到倒车档(R挡)时，所述步骤S2之后还包括顺序执行的步骤S12和步骤S13：

步骤S12：当检测到未在所述预定时间内的车速维持在小于所述预置车速V时，检测所述电动汽车是否在坡道上。

当检测当前车速小于预置速度V，但维持时间小于等于预置维持时间T，车辆则判定无法进行换挡操作，则需车辆保持当前档位。如当检测当前车速小于预置速度V，但维持时间大于预置维持时间T，则进行下一步判断。

步骤S13：当检测到所述电动汽车在坡道上时，不执行所述换挡操作；当检测到所述电动汽车未在坡道上时，执行所述换挡操作。

当检测到所述电动汽车在坡道上时，当判断当前车辆在坡道上，则认为此时如果回R挡，会产生安全问题，为保证安全，车辆需要保持当前挡位，不能进入R挡。若判断当前车位为非坡道，此时回R挡对变速箱和汽车安全没有任何影响，车辆可以执行回R挡执行。

通过对回R挡操作的检测、限制，在纯电动汽车行进中提供了误回R挡的安全保护，同时增加了时间判断，提高了控制的稳定性；

图3是本发明的一实施例的回N挡控制方法的执行流程图。

用户对车辆执行回N档操作，车辆首先会检测此时是否为停车状态，当电动汽车判断当前电动汽车为停车状态，可以进行回N执行，值得一提的是，所述停车状态可以是电动汽车当前车速为0m/s。若电动汽车为非停车状态，则进行下一步判断。

判断当前车速是否小于预置的车速V1，通常预置车速可以设置的比较小，例如预置车速V1可以小于或等于10km/h的一个值，当检测出目前车速小于V1时，则需要继续检测目前车速小于V1的维持时间是否大于T1。当检测到目前车速小于V1且维持时间大于T1，此时回N挡对变速箱和汽车安全没有任何影响，电动汽车可以执行回N挡执行，若检测到当前车速小于V1，但维持时间未达到T1,这时电动汽车需保持当前挡位，不能回N执行。

当检测出目前车速大于V1时，则需要继续检测目前电板开度是否为0，当检测到当前电板开度大于0，此时进入N挡，电机的扭矩较大，不仅会造成能量的浪费，同时会造成变速箱的油温升高，不宜回N挡，此时电动汽车需要对电机发出限扭指令，限制电机扭矩输出，当电动汽车对电机进行限扭工作后，再次执行上述步骤，若当前车速大于V1，且电板开度为0.则进行下一步判断。

当检测到电板开度为0，则判断目前电动汽车所在车道的坡度，当检测电动汽车所在坡道的坡度，当判断当前电动汽车在坡道上，则认为此时如果回N挡，会产生安全问题，为保证安全，电动汽车需要保持当前挡位。若判断当前车位为非坡道，当电动汽车处于非坡道道路时，判断电动汽车电量大小是否大于SOC1。如果SOC小于SOC1则不能回N挡执行，需要保持充电，避免电动汽车在电量不足时误挂N挡，通过保持带挡滑行，保持电机为发电状态，为电池补充电量。

图4是本发明的另一实施例的回R挡控制方法的执行流程图。

用户对电动汽车执行回R档操作，电动汽车首先会检测此时是否为停车状态，当电动汽车判断当前电动汽车为停车状态，可以换到R挡，若电动汽车为非停车状态，则进需要判断当前车速是否小于预置的车速V2，通常预置车速可以设置的比较小，例如预置车速V可设业小于或等于5km/h的一个值，当检测出目前车速大于V2时，则需要继续检测目前电板开度是否为0，当检测到当前电板开度大于0，此时进入R挡，电机的扭矩较大，不仅会造成能量的浪费，同时会造成变速箱的油温升高，不宜回R挡，此时电动汽车需要对电机发出限扭请求，限制电机扭矩输出，若当前车速大于V2，且电板开度为0.则保持当前挡位。

当检测出目前车速小于V2时，则需要继续检测目前车速小于V2的维持时间是否大于T2。当检测到目前车速小于V2且维持时间小于T2，此时电动汽车需保持当前挡位。当检测时间大于T2则判断当前电动汽车所在车道的坡度，当检测电动汽车所在坡道的坡度，当判断当前电动汽车在坡道上，则认为此时如果回R挡，会产生安全问题，为保证安全，电动汽车需要保持当前挡位，不能进入R挡。若判断当前车位为非坡道，此时回R挡对变速箱和汽车安全没有任何影响，电动汽车可以执行回R挡执行。

图5是本发明的另一实施例的行车控制装置的结构示意图。

如图5所示，该示例性实施例的行车控制装置例如是汽车专用的电子控制单元(ECU)或者微处理器(MCU)。行车控制装置的包括但不限于：至少一个处理器、至少一个存储器。

其中，所述存储器存储有可执行程序，也存储有预置的参数，例如预置速度V，预置扭矩、预定时间区间T等。所述程序可以被处理器执行，使得所述处理器执行本发明各种实施方式的步骤。

所述的处理器用于接收各个装置的信号并进行处理，生成各种控制指令。由于所述行车控制装置与踏板、换挡操作装置连接，可以接收踏板生成的表示踏板开度的信号，以及用户进行换挡操作的信号。此外，所述行车控制装置与电机、传动系中的换挡控制装置连接，以将控制指令传送到电机和换挡控制装置，以控制电机的工作参数，以控制扭矩，或者控制换挡控制装置进行换档操作。

通过以上对于具体实施例的描述可知，通过本发明提出的是一种用于电动汽车的换挡控制方法，为搭载离合器式变速器的纯电动汽车换挡保护，通过使用本方法可以增加对车辆行驶过程中对车辆的安全保护，提高了档位控制的稳定性，减少车辆在行驶过程中因挂挡操作不佳导致车辆产生的顿挫感给乘客带来的不佳乘坐感受，提高乘坐舒适性，在高速行驶挂入N挡时，减少了电动车的能量损失，保护车辆零部件的同时提高驾驶感受。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车的换挡控制方法，所述电动汽车通过蓄电池和电机提供驱动力，并通过踏板接收驾驶者对于驱动力大小的控制，其特征在于：所述方法包括顺序执行的步骤S1、S2和S3：

步骤S1、当检测到用户在非停车状态进行换挡操作时，持续检测所述电动汽车的当前车速是否小于预置车速；

步骤S2、当检测到所述电动汽车的当前车速小于预置车速时，持续检测在接下来的预定时间区间内的车速是否维持在小于所述预置车速；

步骤S3、当检测到在所述预定时间内的车速维持在小于所述预置车速V时，执行所述换挡操作。

2.如权利要求1所述的用于电动汽车的换挡控制方法，其特征在于：所述换挡操作是指切换到空挡或倒车挡的操作。

3.如权利要求2所述的用于电动汽车的换挡控制方法，其特征在于：在所述步骤S1之后还包括顺序执行的步骤S4和S5：

步骤S4：当检测到所述电动汽车的当前车速大于或等于所述预置车速V时，检测所述踏板的开度是否大于0；

步骤S5：当检测到所述踏板的开度大于0时，限制所述电动汽车的电机的扭矩不超过预置扭矩。

4.如权利要求3所述的用于电动汽车的换挡控制方法，其特征在于：当所述换挡操作是切换到倒车档时，所述步骤S4之后还包括：

步骤S6：当检测到所述踏板的开度为0时，不执行所述换挡操作。

5.如权利要求3所述的用于电动汽车的换挡控制方法，其特征在于：当所述换挡操作是切换到空档时，所述步骤S4之后还包括顺序执行的步骤S7和步骤S8：

步骤S7：当检测到所述踏板的开度为0时，检测所述电动汽车是否在坡道上；

步骤S8：当检测到所述电动汽车在坡道上时，不执行所述换挡操作。

6.如权利要求5所述的用于电动汽车的换挡控制方法，其特征在于：所述步骤S7之后还包括顺序执行的步骤S9和步骤S10：

步骤S9：当检测到所述电动汽车不在坡道上时，检测所述蓄电池的SOC是否大于第一预定值SOC1；

步骤S10：当检测到所述SOC大于所述第一预定值时，执行所述换挡操作。

7.如权利要求6所述的用于电动汽车的换挡控制方法，其特征在于：所述步骤S9之后还包括：

步骤S11：当检测到所述SOC小于或等于所述第一预定值SOC1时，不执行所述换挡操作。

8.如权利要求2所述的用于电动汽车的换挡控制方法，其特征在于：当所述换挡操作是切换到倒车档时，所述步骤S2之后还包括顺序执行的步骤S12和步骤S13：

步骤S12：当检测到未在所述预定时间内的车速维持在小于所述预置车速V时，检测所述电动汽车是否在坡道上；

步骤S13：当检测到所述电动汽车在坡道上时，不执行所述换挡操作；当检测到所述电动汽车未在坡道上时，执行所述换挡操作。

9.一种用于电动汽车的行车控制装置，所述电动汽车通过蓄电池和电机提供驱动力，并通过踏板接收驾驶者对于驱动力大小的控制，所述行车控制装置包括处理器和存储器，所述存储器用于存储可执行程序，其特征在于：所述处理器用于执行所述可执行程序以执行权利要求1至8中任一项所述的换挡控制方法。

10.一种电动汽车，包括车体、行车控制装置、蓄电池、电机和踏板，所述蓄电池和电机用于提供驱动力，所述踏板用于接收驾驶者对于驱动力大小的控制，所述行车控制装置包括处理器和存储器，所述存储器用于存储可执行程序，其特征在于：所述处理器用于执行所述可执行程序以执行权利要求1至8中任一项所述的换挡控制方法。

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