CN113815428A - 一种用于电动车驱动的集成中控系统及其电动车 - Google Patents

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李升�
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Abstract

本发明公开了一种用于电动车驱动的集成中控系统及其电动车，包括设有主控芯片的中控电路板，中控电路板上分别设有接入主控芯片的DCDC模块、防盗模块、震动模块和通信模块；其中，在主控芯片输出的控制指令下，DCDC模块基于电动车电机的状态控制给出1个或多个可控式电源输出信号；防盗模块以轮动信号作为输入信号，且通过震动模块检测识别震动信号，主控芯片基于轮动信号、震动信号、电门锁信号以及外部输入的防盗指令来判定是否需要向电机控制器发出锁车指令；本发明通过特定控制设计，在中控的结构基础上实现了对DCDC电源控制模块、防盗控制模块以及震动模块的集成，节约单片机电路板的数量，还显著简化了线束结构，且不会影响电动车的驱动性能。

Description

一种用于电动车驱动的集成中控系统及其电动车
技术领域
本发明属于电动车驱动控制领域，具体涉及了一种用于电动车驱动的集成中控系统，本发明还涉及了该集成中控系统应用的电动车。
背景技术
在电动车的驱动控制领域，为了满足电动车各种功能的控制需要，通常包括需要设置独立的电机控制模块、DCDC电源控制模块、防盗控制模块等，这些控制模块均需要设置主要由不同的单片机电路板形成的控制器模块，而且还需要引出线束与其他控制器模块进行电连接，显然，这不仅需耗费较多的单片机电路板，同时线束成本高，且也给后续的使用维护造成不便。
然而，本申请人发现当中控需要集成DCDC电源控制模块、防盗控制模块时，会面临较多技术问题，主要包括：第一、目前市场上的DCDC模块普遍采用异步的BUCK电路，通过肖特基二极管续流，这种电路难点是上管驱动和电流采样，都必须通过光隔离手段或是变压器的磁隔离手段，二极管续流的效率低，二极管上的压降比较大，尽管采用了肖特基的二极管，导通损耗依然很大；第二、现有的防盗模块市场上普遍利用接收的433信号，通过专用的芯片解码，将防盗信号分离，与控制器传来的电门锁、轮动信号比较，得出状态，然后决定是否锁车防盗，因而难以集成到中控模块中。
基于本申请发明人在本电动车领域的多年专注研究经验，同时分别具有电机以及控制器的研发团队，因此希望寻求技术方案来实现对电动车领域的驱动控制进行改革创新。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于电动车驱动的集成中控系统及其电动车，通过特定控制设计，在中控的结构基础上实现了对DCDC电源控制模块、防盗控制模块以及震动模块的集成，节约单片机电路板的数量，还显著简化了线束结构，且不会影响电动车的驱动性能。
本发明的技术方案如下：
一种用于电动车驱动的集成中控系统，包括设有主控芯片的中控电路板，所述中控电路板上分别设有接入所述主控芯片的DCDC模块、防盗模块、震动模块和通信模块；其中，在所述主控芯片输出的控制指令下，所述DCDC模块基于电动车电机的状态控制给出1个或多个可控式电源输出信号；所述防盗模块以轮动信号作为输入信号，且通过所述震动模块检测识别震动信号，所述主控芯片基于所述轮动信号、震动信号、电门锁信号以及外部输入的防盗指令来判定是否需要向电机控制器发出锁车指令。
优选地，所述DCDC模块包括由所述主控芯片控制的上下MOS管，根据重载、轻载和空载的情况，实现可控的续流占空比。
优选地，在重载时，所述上下MOS管通过设置固定死区时间来实现互补输出，用于获得均衡稳定的控制续流效果；在轻载空载时，所述主控芯片比较采样电压和/或采样电流与其对应设定值之间的差值，并基于该差值对所述上下MOS管实现对小占空比信号的精确控制，用于获得稳定且功耗小的续流输出效果。
优选地，所述主控芯片采用防盗信号解码判定控制，所述防盗信号解码判定控制的过程包括以下步骤：
S10)、外部遥控器向所述主控芯片发送防盗指令，所述主控芯片对该防盗指令进行解码得到防盗信号；
S20)、基于防盗信号、轮动信号、震动信号、电门锁信号以及结合所述主控芯片中的寄存器参数，判定需要向所述电机控制器发出锁车指令，如果需要锁车，进入步骤S30)；
S30)、通过所述通信模块向所述电机控制器发出锁车指令。
优选地，所述寄存器参数包括电机的运行速度、运行加速度，使得锁车指令的判定更加智能化。
优选地，外部电源同时接入所述中控电路板以及电机控制器的电路板，且所述中控电路板与电机控制器之间的通讯总线上连接有所述外部电源。
优选地，所述可控式电源输出信号包括向所述控制器输出的至少1个控制器DC电源信号，以及向电动车仪表结构输出的仪表DC电源信号。
优选地，所述主控芯片分别连接云平台和仪表显示器。
优选地，所述电机控制器位于电机壳体内部且与定子组件安装为一体，同时所述电机控制器与定子组件的绕组相线电连接，向所述定子组件发送PWM驱动信号；所述电机控制器与位于电机壳体外部的所述集成中控系统双向通信连接，其中，所述集成中控系统将中控指令发送给所述电机控制器，所述电机控制器将电动车的轮动信号发送给所述防盗模块，作为防盗输入信号。
优选地，一种电动车，采用如上所述的集成中控系统。
本申请创造性地将DCDC模块、防盗模块、震动模块全部集成在中控电路板上，在单一主控芯片输出的控制指令下，位于中控电路板上的DCDC模块基于电动车电机的状态控制给出1个或多个可控式电源输出信号；同时位于中控电路板上的防盗模块以轮动信号作为输入信号，震动模块用于检测识别震动信号，主控芯片基于轮动信号、震动信号、电门锁信号以及外部输入的防盗指令来判定是否需要向电机控制器发出锁车指令；进而在中控的结构基础上创造性地实现对DCDC电源控制模块、防盗控制模块以及震动模块的集成，本发明极大地节约了单片机电路板的数量，还显著简化了线束结构，且不会影响电动车的驱动性能。
附图说明
图1是本申请具体实施方式下集成中控系统的结构示意图；
图2是本申请具体实施方式下集成中控系统中的布板电路结构示意图；
图3是本申请具体实施方式下DCDC模块的电源输出控制过程示意图；
图4是本申请具体实施方式下环路电压恒压控制过程示意图；
图5是本申请具体实施方式下防盗信号解码判定控制的步骤框图；
图6是本申请具体实施方式下集成中控系统与外部结构的通信连接结构示意图；
图7是本申请具体实施方式下电机控制器集成组件的结构示意图；
图8是本申请具体实施方式下电机控制器的输出端信号示意图；
图9是本申请具体实施方式下电机控制器安装在定子组件端面的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种用于电动车驱动的集成中控系统，包括设有主控芯片的中控电路板，中控电路板上分别设有接入主控芯片的DCDC模块、防盗模块、震动模块和通信模块；其中，在主控芯片输出的控制指令下，DCDC模块基于电动车电机的状态控制给出1个或多个可控式电源输出信号；防盗模块以轮动信号作为输入信号，且通过震动模块检测识别震动信号，主控芯片基于轮动信号、震动信号、电门锁信号以及外部输入的防盗指令来判定是否需要向电机控制器发出锁车指令。
本发明实施例还提出了一种电动车，采用如上所述的集成中控系统。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
请参见图1和图2所示的一种用于电动车驱动的集成中控系统2，包括设有主控芯片21的中控电路板22，中控电路板22上分别设有接入主控芯片21的DCDC模块23、防盗模块24、震动模块25和通信模块26；其中，结合图3、图7和图8所示，在主控芯片21输出的控制指令下，DCDC模块23基于电动车电机的状态控制给出1个或多个可控式电源输出信号；防盗模块24以轮动信号(具体由安装在电机控制器10上的轮动传感器输出)作为输入信号，且通过震动模块25检测识别震动信号，主控芯片21基于轮动信号、震动信号、电门锁信号以及外部输入的防盗指令来判定是否需要通过通信模块26向电机控制器10发出锁车指令；
优选地，在本实施方式中，DCDC模块23包括由主控芯片21控制的上下MOS管(具体包括上MOS管23a和下MOS管23b，还包括切换管23c)；其中，重载上下MOS管通过设置固定死区时间(具体地，在本实施方式中，死区时间固定设置在1μs)来实现互补输出，用于获得均衡稳定的控制续流效果；主控芯片21比较采样电压和/或采样电流与其对应设定值之间的差值，并基于该差值对轻载空载上下MOS管实现对小占空比信号的精确控制，实现类似“打嗝”输出的效应，用于获得稳定且功耗小的续流输出效果；具体在实施时，各上下MOS管23a，23b所采用的导通电阻为毫欧级，确保可以根据重载、轻载和空载的情况，实现可控的续流占空比，该灵活的续流算法进而使得集成中控系统2的待机功耗保持较低水平，因此将DCDC模块23集成在中控电路板22上提供了基础条件；
需要说明的是，本申请说明书附图2示出了中控电路板22上布板电路结构图，其中，位于中控电路板22上设置较多用于电连接的导电区域和电连接触点以及由较多公知的电子元器件组合而成的控制电路(包括电阻、电容以及MOS管等)，具体优选地，在本实施方式章，主控芯片21的单片机型号选用为GPM32F0118B。
请参见图5并结合图6所示，优选地，在本实施方式中，主控芯片21采用防盗信号解码判定控制，防盗信号解码判定控制的过程包括以下步骤：
S10)、外部遥控器4通过通信模块26向主控芯片21发送防盗指令，主控芯片21对该防盗指令进行解码得到防盗信号；
S20)、基于防盗信号、轮动信号、震动信号、电门锁信号以及结合主控芯片21中的寄存器参数，判定需要向电机控制器10发出锁车指令，如果需要锁车，进入步骤S30)；具体地，在基于接收到防盗信号(通常为433信号)的基础上，当识别到轮动信号、震动信号以及电门锁信号，同时基于对比寄存器参数，确定电动车真正处于运行模式，马上发出锁车指令，使得锁车指令的判定更加智能化，避免错误判定需要锁车的情形；具体优选地，在本实施方式中，寄存器参数包括电机的运行速度、运行加速度；
S30)、通过通信模块26向电机控制器10发出锁车指令。
优选地，进一步结合图1和图9所示，在本实施方式中，外部电源(具体可以采用锂电池3)同时接入中控电路板22以及电机控制器10的电路板10a，且中控电路板22与电机控制器10之间的通讯总线2a上连接有锂电池3，在实际工作时，集成中控系统2和电机控制器10可以随时读取锂电池3的状态，将电机的控制状态与锂电池3的实时容量进行相结合。
优选地，在本实施方式中，可控式电源输出信号包括向电机控制器10输出的至少1个控制器DC电源信号，以及向电动车仪表结构输出的仪表DC电源信号；在本实施方式中，电动车仪表结构包括喇叭以及各类灯具或其他各种公知仪表结构，本实施例不做特别限制；集成中控系统2与电动车仪表结构电连接，用于实现对电动车仪表结构的驱动控制；具体地，请参见图3所示，在本实施方式中，可控式电源输出信号包括向电机控制器10输出的+15VDC电源信号以及+5VDC电源信号，以及向电动车仪表结构输出的+12V仪表DC电源信号，用于供给整车的各类灯具、喇叭等仪表结构的用电；
优选地，请进一步参见图4所示，为了实现对仪表结构的稳定恒压电源供应，在本实施方式中，仪表DC电源信号采用环路电压恒压控制，环路电压恒压控制采用对仪表DC电源信号进行恒压检测(具体对12V进行VT13采样，当然也可以采用其他方法实现恒压采样)，将恒压检测信号输入至PID调节器，PID调节器输出恒压源PWM信号，将其作为仪表DC电源信号；在恒压源PWM信号与PID调节器之间设置1个或多个环路短路保护电路；具体地，在本实施方式中，在恒压源PWM信号(AH值以及AL值)与PID调节器之间设置2个环路短路保护电路，具体包括：通过比较器IS1实现过流保护，通过比较器IS2实现直通保护；
优选地，为了实现集成中控系统2与外部的智能通信管理，在本实施方式中，请参见图6所示，主控芯片21分别连接云平台6和仪表显示器7，云平台6存储的数据可以进一步接入运维中心5，使得集成中控系统2与运维中心5建立远程通信连接，利于对电动车的驱动系统进行后期维护；同时集成中控系统2与外部遥控器4具体可以采用常规的钥匙遥控，也可以采用手机等电子产品来实现远程通信连接；
请进一步参见图7所示的电动车用电机控制器集成组件1，包括用于实现对电机进行驱动控制的电机控制器10、与电机轴20固定安装连接的定子组件30，以及永磁转子组件40，电机控制器10和定子组件30位于电机壳体50内部，且电机控制器10与定子组件30安装为一体；在本实施方式中，电机整体采用永磁同步电动机；需要说明的是，定子组件30、永磁转子组件40以及电机壳体50的安装结构均采用公知常识，本实施例不再对其具体展开说明；
在本实施方式中，电机控制器10与位于电机壳体50外部的集成中控系统2的通信模块26采用双向通信连接(本实施方式可以采用基于485通讯协议的通讯总线2a，当然也可以采用其他公知的有线或无线通讯方式，本实施例不做特别唯一限定)，其中，集成中控系统2的通信模块26将中控指令发送给电机控制器10，电机控制器10将轮动传感器输出的电动车轮动信号发送给防盗模块24，作为防盗输入信号；电机控制器10与定子组件30的绕组相线电连接，向定子组件30发送PWM驱动信号；
请进一步参见图8并结合图9所示，在本实施方式中，电机控制器10的输出端具体包括与定子组件30绕组连接的三相电源信号输出端U、V、W,与霍尔组件三相连接的霍尔信号输出端HA、HB、HC，以及霍尔信号线的DC电源信号端(图示为+5V)；与锂电池3连接的电源输出端电源+、电源-；与集成中控系统2连接的通讯端A、通讯端B、轮动信号输出端P_SD以及电源信号端(图示为+15V)；为了实现对电机的应急启动，本实施例中的电机控制器10还设有启动信号端，通过应急启动线与外部应急启动键电连接；
优选地，为了进一步实现集成中控系统2的集成安装布局以及利于与电机控制器10之间的通信连接(通过通讯总线2a实现通信连接)，请结合参见图1所示，在本实施方式中，在集成中控系统2上设置各类电动车驱动的常规模块，例如：速度显示模块(SD)、巡航模块(XH)、电刹模块(ABS)、电压选择模块(DYXZ)、一键通模块(YJ)、一线通模块(YXT)、刹车模块(SC)、转把模块(SPEED)、电门锁模块(DMS)，其中，集成中控系统2向电机控制器10通信发送的中控指令包括由电门锁模块(DMS)输出的电门锁信号、转把模块(SPEED)输出的转把信号、刹车模块(SC)输出的刹车信号以及防盗锁车指令，同时巡航模块(XH)输出的巡航信号、电刹模块(ABS)输出的电刹信号、电压选择模块(DYXZ)输出的电压选择信号，以及一键通模块(YJ)和一线通模块(YXT)输出的信号，这些都可以具体通过485通讯协议发送给电机控制器10，不仅实现了对电动车的常规通信性能，同时可以极大程度地简化电机控制器10的线束布局结构，减少电机壳体50内部产生的热量。
在以上实施方案的基础上，请结合图7、图8以及图9所示，优选地，在本实施方式中，电机控制器10的线束包括相线11、通讯线12(包括A、B通讯线)、轮动信号线13、电源线14以及应急启动线15；其中，相线11与定子组件30的绕组相线电连接，线束通过贯穿电机轴20后引伸到电机壳体50的外部；通讯线12和轮动信号线13分别接入集成中控系统2，电机控制器10的电源线14接入锂电池3；电机控制器10的霍尔线16与定子组件30的霍尔组件31电连接；集成中控系统2与电动车仪表结构电连接，用于实现对电动车仪表结构的驱动控制；进一步优选地，在本实施方式中，电机轴20的内部设有线束贯穿通道201，位于电机壳体50内部的线束通过线束贯穿防护套202实现集中引出。
优选地，在本实施方式中，防盗模块24接入电机控制器10的轮动信号线；DCDC模块23分别接入电机控制器10的电源线以及电动车仪表结构的电源线。
优选地，请具体参见图9所示，为了进一步利于电机壳体50内部的散热效果，在本实施方式中，电机壳体50内部注有绝缘冷却液(具体采用绝缘冷却油60)；电机控制器10包括分别固定安装在定子组件30端面的电路板10a和散热铝板10b，电路板10a套接在电机轴20的外周；且电路板10a的各MOS管10c分别固定安装在位于电路板10a外周的散热铝板10b；具体优选地，在本实施方式中，电路板10a呈圆型形状，散热铝板10b呈环型形状；在本实施方式中，电路板10a上还有若干电解电容10d以及单片机芯片10e，这些电子元器件都是本领域技术人员的常规技术选择，因此不再具体展开说明；
本实施例还提出了一种电动车，采用如上所述的集成中控系统2以及电机控制器集成组件1；优选地，在本实施方式中，电机控制器集成组件1与电动车轮安装为一体，集成中控系统2集成安装在电动车的仪表结构中；锂电池3安装在位于中间底部的电动车架(图未示出)上，进一步有利于简化线束线程，而且利于安装整体的紧凑性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于电动车驱动的集成中控系统，其特征在于，包括设有主控芯片的中控电路板，所述中控电路板上分别设有接入所述主控芯片的DCDC模块、防盗模块、震动模块和通信模块；其中，在所述主控芯片输出的控制指令下，所述DCDC模块基于电动车电机的状态控制给出1个或多个可控式电源输出信号；所述防盗模块以轮动信号作为输入信号，且通过所述震动模块检测识别震动信号，所述主控芯片基于所述轮动信号、震动信号、电门锁信号以及外部输入的防盗指令来判定是否需要向电机控制器发出锁车指令。
2.根据权利要求1所述的集成中控系统，其特征在于，所述DCDC模块包括由所述主控芯片控制的上下MOS管，根据重载、轻载和空载的情况，实现可控的续流占空比。
3.根据权利要求2所述的集成中控系统，其特征在于，在重载时，所述上下MOS管通过设置固定死区时间来实现互补输出，用于获得均衡稳定的控制续流效果；在轻载空载时，所述主控芯片比较采样电压和/或采样电流与其对应设定值之间的差值，并基于该差值对所述上下MOS管实现对小占空比信号的精确控制，用于获得稳定且功耗小的续流输出效果。
4.根据权利要求1所述的集成中控系统，其特征在于，所述主控芯片采用防盗信号解码判定控制，所述防盗信号解码判定控制的过程包括以下步骤：
S10)、外部遥控器向所述主控芯片发送防盗指令，所述主控芯片对该防盗指令进行解码得到防盗信号；
S20)、基于防盗信号、轮动信号、震动信号、电门锁信号以及结合所述主控芯片中的寄存器参数，判定需要向所述电机控制器发出锁车指令，如果需要锁车，进入步骤S30)；
S30)、通过所述通信模块向所述电机控制器发出锁车指令。
5.根据权利要求4所述的集成中控系统，其特征在于，所述寄存器参数包括电机的运行速度、运行加速度，使得锁车指令的判定更加智能化。
6.根据权利要求1所述的集成中控系统，其特征在于，外部电源同时接入所述中控电路板以及电机控制器的电路板，且所述中控电路板与电机控制器之间的通讯总线上连接有所述外部电源。
7.根据权利要求1所述的集成中控系统，其特征在于，所述可控式电源输出信号包括向所述控制器输出的至少1个控制器DC电源信号，以及向电动车仪表结构输出的仪表DC电源信号。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述主控芯片分别连接云平台和仪表显示器。
9.根据权利要求1所述的集成中控系统，其特征在于，所述电机控制器位于电机壳体内部且与定子组件安装为一体，同时所述电机控制器与定子组件的绕组相线电连接，向所述定子组件发送PWM驱动信号；所述电机控制器与位于电机壳体外部的所述集成中控系统双向通信连接，其中，所述集成中控系统将中控指令发送给所述电机控制器，所述电机控制器将电动车的轮动信号发送给所述防盗模块，作为防盗输入信号。
10.一种电动车，其特征在于，采用如权利要求1-9之一所述的集成中控系统。
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