CN112519747A - 一种电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，包括真空源系统、故障模式下制动系统和中央控制器，中央控制器分别与真空源系统和故障模式下制动系统连接；中央控制器连接有制动踏板开关；真空源系统包括真空助力器腔、真空度传感器和电动真空泵，真空度传感器安设于真空助力器腔，电动真空泵与真空助力器腔连接，中央控制器分别与真空度传感器和电动真空泵连接。本发明实时监测制动所需真空源系统是否出现故障，当监测到故障时，基于车速值判定危险等级，能够采用对应的安全控制方案，保证车辆可以在危机时刻，降低车速，保护驾驶员及乘客生命安全。

Description

一种电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统。

背景技术

乘用车制动系统常采用真空助力，当驾驶员进行制动时，踏板力传递到真空助力器，真空助力器腔内气体压强一般小于外界大气压力，内外压差对踏板力进行放大，减少驾驶员制动时所需脚踩踏板力，使制动操作简便、灵敏。真空助力器腔内气体负压(小于外界大气压)一般来源于两种方式：(1)传统汽车发动机运作时，汽油燃烧消耗氧气，使对应气腔气压下降，真空助力器和发动机此气腔相联，真空助力器腔内压力下降；(2)纯电动汽车无发动机，采用电机驱动，此时常配置独立的电动真空泵，通过电动真空泵将真空助力器腔内大气抽出，减低压力。因此，当纯电动车的独立真空泵控制失效，无法抽真空时，制动系统的真空助力器内外无压差，无法对踏板力进行有效放大。驾驶员踩制动时，制动系统的制动力全部靠驾驶员的脚力，车辆无法有效制动，危机时刻，危害驾驶员生命安全。从整车功能安全方面，有必要对此失效模式下，车辆的安全进行控制。

CN107176157A-电动汽车真空制动用漏气检测及紧急制动系统；该发明公开了一种电动汽车真空制动用漏气检测及紧急制动系统，包括整车控制器、电机控制器、驱动电机、车速信号采集传感器、真空压力传感器、真空泵、制动踏板开度传感器和组合仪表，包括以下步骤；步骤A，采集开度信号，计算出开度信号变化率；步骤B，采集真空压力信号，计算出压力信号变化率；步骤C，采集真空泵转速数据，计算出抽真空的速率；步骤D，判断是否存在真空系统漏气，并对漏气进行区分评级；步骤E，如果漏气级别较低，由整车控制器发生降速信号给电机控制器控制驱动电机降速；步骤F，如果漏气级别较高，驱动电机控制器控制驱动电机施加反力矩降低车速至直停车。本发明整体设置合理，使用稳定性好，适用性强且实用性好。需要计算出抽真空的速率，数据处理过程复杂，基于漏气级别来进行制动控制效应速度较慢且无法针对当前车速的真实情况作出有效制动，确保驾乘人员安全。

车辆制动系统工作过程中无有效真空源时，特别是纯电动车的独立真空泵控制失效时，无法抽真空，制动系统的真空助力器内外无压差，无法对踏板力进行有效放大。驾驶员踩制动时，制动系统的制动力全部靠驾驶员的脚力，车辆无法有效制动，危机时刻，危害驾驶员生命安全。从整车功能安全方面，有必要对此失效模式下，车辆的安全进行控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，实时监测制动所需真空源系统是否出现故障，当监测到故障时，基于车速值判定危险等级，能够采用对应的安全控制方案，保证车辆可以在危机时刻，降低车速，保护驾驶员及乘客生命安全。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，包括真空源系统、故障模式下制动系统和中央控制器，中央控制器分别与真空源系统和故障模式下制动系统连接；中央控制器连接有制动踏板开关；

真空源系统包括真空助力器腔、真空度传感器和电动真空泵，真空度传感器安设于真空助力器腔，电动真空泵与真空助力器腔连接，中央控制器分别与真空度传感器和电动真空泵连接。

按照上述技术方案，中央控制器通过继电器与电动真空泵。

按照上述技术方案，故障模式下制动系统包括车身稳定系统、电机控制器和组合仪表单元，中央控制器分别与车身稳定系统、电机控制器和组合仪表单元连接。

按照上述技术方案，车身稳定系统连接有制动后尾灯和液压制动器。

按照上述技术方案，电机控制器连接有驱动电机。

按照上述技术方案，中央控制器包括真空系统故障判定模块、车速计算模块和控制指令输出模块，真空系统故障判定模块的输入端分别与制动踏板开关和真空度传感器连接，用于采集制动踏板开关信号和真空度传感器信号，车速计算模块用于采集车速信号，真空系统故障判定模块的输出端和车速计算模块的输出端与控制指令输出模块的输入端连接，控制指令输出模块的输出端与真空泵、故障模式下制动系统连接。

按照上述技术方案，每次车辆上电，踩制动踏板时，真空泵继电器自动闭合一段时间t，同时检测真空度传感器输出信号变化情况，

当真空度传感器输出值在正常范围内变化，且在后续数次检测循环中均如此，则判定真空泵有效工作，真空度传感器工作正常，为非故障模式；

当真空度传感器输出值为正常范围内的特定值，且在后续数次检测循环中无数值变化，则判定真空泵进入失效，为故障模式；

当真空度传感器输出值在非正常范围，且在后续数次检测循环中无数值变化，则判定真空度传感器故障，为故障模式。

按照上述技术方案，真空度传感器输出值在正常范围为0.5～4.5V。

按照上述技术方案，进入故障模式后，根据此时车速执行不同的操作，具体如下：

当车速大于30kph时，中央控制器触发车身稳定系统实行主动制动功能，车身稳定系统主动增加制动管路的液压，制动器产生制动力，使车速迅速降低至30kph以下，同时点亮后制动尾灯，警示后方车辆，本车正在进行紧急制动，注意避让；

当车速小于等于30kph时，中央控制器不触发车身稳定系统的主动制动功能，限制驱动电机输出扭矩，通过车辆的电机回馈制动系统减速，车辆进入跛行模式。

按照上述技术方案，时间t＝0.8s～1.2。

按照上述技术方案，最佳方案中t＝1s。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明实时监测制动所需真空源系统是否出现故障，当监测到故障时，基于车速值判定危险等级，采用对应的安全控制方案，保证车辆可以在危机时刻，降低车速，保护驾驶员及乘客生命安全。

2、纯电动车高速行驶过程中，真空助力系统失效时，可以通过主动制动和降低发动机扭矩，有效降低车速，最大程度保证车辆及驾驶员生命安全，提高整车功能安全；车速计算模块参考车身稳定系统(ESC)计算输出车速和仪表显示车速，二者对比判断，采用的车速精确度更高，更可靠，提高整车功能安全。

3、真空系统故障判定模块，采用特定的判定逻辑，可以识别真空度传感器信号失效、真空泵失效不工作两种故障模式，识别故障模式更广泛，故障模式判断更精确，提高车辆故障维修效率；此系统开发控制器的控制逻辑，主要是其3个组成模块的判断逻辑：真空系统故障模式判定、车速计算、控制信号输出；控制器输出的控制信号执行机构包括电动真空泵、车速稳定控制器、电机控制器、组合仪表的显示。

附图说明

图1是本发明实施例中电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统的结构原理图；

图2是本发明实施例中中央控制器的内部模块结构图；

图3是本发明实施例中电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统的工作流程图；

图4是本发明实施例中车速计算模块的工作流程图；

图5是本发明实施例中真空系统故障判定模块的工作流程图；

图中，1-真空度传感器，2-真空助力器腔，3-电动真空泵，4-继电器，5-车身稳定控制器，6-电机控制器，7-组合仪表单元，8-制动踏板开关，9-中央控制器，10-制动后尾灯，11-液压制动器，12-驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图5所示，本发明提供的一个实施例中的电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，包括真空源系统、故障模式下制动系统和中央控制器，中央控制器分别与真空源系统和故障模式下制动系统连接；中央控制器连接有制动踏板开关；故障模式下制动系统包括车身稳定系统(ESC)，车身稳定系统(ESC)与中央控制器连接；

真空源系统包括真空助力器腔、真空度传感器和电动真空泵，真空度传感器密封安设于真空助力器腔，电动真空泵与真空助力器腔连接，中央控制器分别与真空度传感器和电动真空泵连接。

进一步地，真空源系统包括：一般密封安装在真空助力器腔的真空度传感器1，真空度传感器1通过硬线连接到中央控制器9，提供真空助力器腔2的真空度信号，真空助力器腔2来源于车辆制动系统的真空助力器电动真空泵3，常采用真空取气管与真空助力器腔连接，抽取气体继电器4，接收中央控制器9发出的电信号，控制电动真空泵工作的起、停。

进一步地，中央控制器通过继电器与电动真空泵。

进一步地，故障模式下制动系统还包括电机控制器(MCU)和组合仪表单元(CIU)，中央控制器分别与车身稳定系统(ESC)、电机控制器(MCU)和组合仪表单元(CIU)连接。

进一步地，故障模式下制动系统包括：车身稳定系统5(ESC)，接受中央控制器9的制动信号，进行制动器控制，产生需求制动力，同时将计算的车速值发送给中央控制器9，制动操作时，点亮制动后尾灯，提醒后面车辆前车在紧急制动电机控制器6(MCU)，接受中央控制器9的制动信号，降低电机扭矩，控制车速在规定范围内组合仪表单元7(CIU)，接受中央控制器9的报警信号，按控制要求进行蜂鸣报警和报警灯点亮，并将仪表的车速值发送给中央控制器9作参考制动踏板开关8(BLS)硬线连接到中央控制器9，中央控制器9依据(BLS)开关信号判断驾驶员是否进行主动制动操作。

进一步地，车身稳定系统连接有制动后尾灯和液压制动器。

进一步地，电机控制器连接有驱动电机。

进一步地，中央控制器包括真空系统故障判定模块、车速计算模块和控制指令输出模块，真空系统故障判定模块的输入端分别与制动踏板开关和真空度传感器连接，用于采集制动踏板开关信号和真空度传感器信号，车速计算模块用于采集车速信号，真空系统故障判定模块的输出端和车速计算模块的输出端与控制指令输出模块的输入端连接，控制指令输出模块的输出端与真空泵的继电器、故障模式下制动系统中的车身稳定控制器、电机控制器和组合仪表单元连接。

进一步地，每次车辆上电，踩制动踏板开关BLS＝1时，真空泵继电器自动闭合1s，同时检测真空度传感器输出信号变化情况，

当真空度传感器输出值在正常范围内变化，且在后续数次检测循环中均如此，则判定真空泵有效工作，真空度传感器工作正常，为非故障模式；

当真空度传感器输出值为正常范围内的特定值，且在后续数次检测循环中无数值变化，则判定真空泵进入失效，为故障模式，提示检修真空泵或继电器；

当真空度传感器输出值在非正常范围，且在后续数次检测循环中无数值变化，则判定真空度传感器故障，为故障模式。

进一步地，真空度传感器输出值在正常范围为0.5～4.5V。

进一步地，进入故障模式后，根据此时车速执行不同的操作，具体如下：

当车速大于30kph时，中央控制器触发车身稳定系统实行主动制动功能，车身稳定系统主动增加制动管路的液压，制动器产生制动力，使车速迅速降低至30kph以下，同时点亮后制动尾灯，警示后方车辆，本车正在进行紧急制动，注意避让；

当车速小于等于30kph时，中央控制器不触发车身稳定系统的主动制动功能，电机控制器接收降扭矩请求，限制驱动电机输出扭矩，通过车辆的电机回馈制动系统减速，车辆进入跛行模式。

进一步地，当车速在30kph时，控制汽车制动电机加载到最大制动扭矩对应车速为控制的临界点。

本发明的工作原理：真空系统故障判定模块：采集真空度传感器1输出的电压信号(0.5～4.5V)和制动踏板开关8(BLS)的通断信号，根据流程图(图3)判定真空源系统是否故障：真空度信号有效，输出数值V＝00及真空度值，控制指令输出模块根据真空度值控制真空泵继电器通断，实现真空泵起、停，保证真空负压需求。真空度信号无效时，真空度传感器失效时，输出数值V＝01，真空泵不工作时，输出数值V＝10。中央控制器接受信号为非0时，认为真空源系统故障，控制指令输出模块进入故障模式，依据车速值，控制车辆制动、电机扭矩及仪表显示，保证驾驶员安全。

车速计算模块：接收车身稳定控制器5和组合仪表单元7反馈的车速值，如图4所示，计算车速，发送车速值给控制指令输出模块。

控制指令输出模块：接收真空系统故障判定模块、车速计算模块的输出各个信号值，如图5所示，判断，输出控制信号，同时控制车辆电动真空泵工作、主动制动、电机降扭矩及仪表报警显示。

中央控制器策略如下：如图5所示，

车辆每次上电后，踩制动踏板BLS＝1时，真空泵继电器自动闭合1s，同时检测真空度传感器输出信号变化情况，传感器信号若在正常值范围内变化，则表明真空泵有效工作，传感器正常输出，为提高系统故障判定可靠性，每次车辆上电，以上循环自动检测3次，非故障模式，此模块输出信号V＝00；

每个检测循环中，真空度传感器输出值在正常范围(0.5～4.5V)某个特定值，无数值变化，可判定真空泵不工作，进入失效模式，对应输出信号V＝10。车辆检修，读取此故障码，可直接判定真空泵线路断路，需检修真空泵或继电器故障。

真空度传感器输出值在非正常值范围(<0.5V或>4.5V)且检测循环中，无数值变化，可判定真空度传感器故障，对应输出信号V＝01。车辆检修，读取此故障信号，可以直接判定更换真空度传感器。

图5流程图是控制指令输出模块，依据真空系统故障判定模块输出，确定系统进入故障模式，依据此时车速值，控制不同执行器。

纯电动车的经济性需求，一般均搭载有电机回馈制动系统，当车速在30kph时，能量回收系统的电机回馈制动扭矩可加载到最大，可产生减速度0.1～0.2g。为保障驾驶员安全性，兼顾制动时的舒适性和经济性，本控制系统选择回馈制动电机加载到最大制动扭矩对应车速为控制的临界点：

车速较低，≤30kph时，不触发车身稳定系统的主动制动功能，电机控制器接收降扭矩请求，限制驱动电机输出扭矩，通过电机回馈制动系统减速，车辆进入跛行模式，即车辆以较低车速(10kph左右)移动。此时驾驶员踩刹车，仅靠踏板力作用，也可满足制动减速度需求，保证车辆及驾驶员安全。

车速较高，>30kph时，触发车身稳定系统实行主动制动功能，此时车身稳定系统主动增加制动管路的液压，制动器产生制动力，车速迅速降低至30kph以下，同时点亮后制动尾灯，警示后方车辆，本车正在进行紧急制动，注意避让。本车以上动作并不需要驾驶员踩制动踏板。同时电机控制器也接收降扭矩信号，逐渐降低电机扭矩至跛行模式，保障车辆及驾驶员安全。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，其特征在于，包括真空源系统、故障模式下制动系统和中央控制器，中央控制器分别与真空源系统和故障模式下制动系统连接；中央控制器连接有制动踏板开关；故障模式下制动系统包括车身稳定系统，车身稳定系统与中央控制器连接；

真空源系统包括真空助力器腔、真空度传感器和电动真空泵，真空度传感器安设于真空助力器腔，电动真空泵与真空助力器腔连接，中央控制器分别与真空度传感器和电动真空泵连接。

2.根据权利要求1所述的电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，其特征在于，中央控制器通过继电器与电动真空泵。

3.根据权利要求1所述的电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，其特征在于，故障模式下制动系统还包括电机控制器和组合仪表单元，中央控制器分别与车身稳定系统、电机控制器和组合仪表单元连接。

4.根据权利要求1所述的电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，其特征在于，车身稳定系统连接有制动后尾灯和液压制动器。

5.根据权利要求3所述的电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，其特征在于，电机控制器连接有驱动电机。

6.根据权利要求1所述的电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，其特征在于，中央控制器包括真空系统故障判定模块、车速计算模块和控制指令输出模块，真空系统故障判定模块的输入端分别与制动踏板开关和真空度传感器连接，用于采集制动踏板开关信号和真空度传感器信号，车速计算模块用于采集车速信号，真空系统故障判定模块的输出端和车速计算模块的输出端与控制指令输出模块的输入端连接，控制指令输出模块的输出端与真空泵、故障模式下制动系统连接。

7.根据权利要求1所述的电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，其特征在于，每次车辆上电，踩制动踏板开关时，真空泵继电器自动闭合一段时间t，同时检测真空度传感器输出信号变化情况，

当真空度传感器输出值在正常范围内变化，且在后续数次检测循环中均如此，则判定真空泵有效工作，真空度传感器工作正常，为非故障模式；

当真空度传感器输出值为正常范围内的特定值，且在后续数次检测循环中无数值变化，则判定真空泵失效，为故障模式；

当真空度传感器输出值在非正常范围，且在后续数次检测循环中无数值变化，则判定真空度传感器故障，为故障模式。

8.根据权利要求7所述的电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，其特征在于，真空度传感器输出值在正常范围为0.5～4.5V。

9.根据权利要求7所述的电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，其特征在于，进入故障模式后，根据此时车速执行不同的操作，具体如下：

当车速大于30kph时，中央控制器触发车身稳定系统实行主动制动功能，车身稳定系统主动增加制动管路的液压，制动器产生制动力，使车速迅速降低至30kph以下，同时点亮后制动尾灯，警示后方车辆，本车正在进行紧急制动，注意避让；

当车速小于等于30kph时，中央控制器不触发车身稳定系统的主动制动功能，限制驱动电机输出扭矩，通过车辆的电机回馈制动系统减速，车辆进入跛行模式。

10.根据权利要求7所述的电动车真空源故障模式下基于车速的安全控制系统，其特征在于，时间t＝0.8s～1.2。

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