CN115071868B - 一种电助力车辆及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电助力车辆及其控制系统。该控制系统包括：仪表、电池、电机控制单元和电池控制单元，以及设置于仪表的功能按键；仪表分别与电池、电机控制单元和功能按键电连接，电池与电机控制单元电连接，电池控制单元分别与功能按键和电池电连接；当电池处于关闭状态，且功能按键被触发时，电池控制单元用于触发目标电平信号发生改变；电池用于在检测到目标电平信号发生变化时为仪表和电机控制单元供电。本发明提供的方案能够由纯硬件电路实现电助力车辆的开机，提升了车辆的可靠性；并且无需在仪表内内置额外的电池，节约了生产成本和设计空间。

Description

一种电助力车辆及其控制系统
技术领域
本发明涉及电路控制技术领域，尤其涉及一种电助力车辆及其控制系统。
背景技术
随着新能源交通工具的快速发展，电助力车辆(例如电助力自行车)技术越来越成熟，车体内置电池的需求也越来越强烈。通常，车体内置电池要求无预留功能按键，这便对整车外部模块的按键设计提出了要求。
现有的电助力车辆往往需要在仪表内内置一个4.2伏(V)的锂电池，仪表一直处于工作状态。在功能按键未触发时，电助力车辆的动力电池未开启，此时电机控制单元(如动力控制单元PCU)没电；在功能按键触发时，仪表通过通信总线唤醒动力电池，以使得动力电池对外放电。
然而，上述方案由于需要在仪表内内置额外的电池，会增加生产成本，同时导致仪表的体积增大；同时，由于功能按键是挂接在仪表上的，受仪表软件层面的控制，对于需要进行功能安全认证的交通工具产品，增添了软件架构的复杂度，整机失效风险会一定程度增大。
发明内容
本发明提供了一种电助力车辆及其控制系统，能够由纯硬件电路实现电助力车辆的开机，提升了车辆的可靠性；并且无需在仪表内内置额外的电池，节约了生产成本和设计空间。
根据本发明的一方面，提供了一种电助力车辆的控制系统，包括：仪表、电池、电机控制单元和电池控制单元，以及设置于仪表的功能按键；其中，
仪表分别与电池、电机控制单元和功能按键电连接，电池与电机控制单元电连接，电池控制单元分别与功能按键和电池电连接；
当电池处于关闭状态，且功能按键被触发时，电池控制单元用于触发目标电平信号发生改变；
电池用于在检测到目标电平信号发生变化时为仪表和电机控制单元供电。
可选的，控制系统采用控制器局域网络CAN总线通信；
电池控制单元包括受控常闭逻辑模块和电平转换逻辑模块；其中，
受控常闭逻辑模块与功能按键和CAN总线电连接，CAN总线与仪表电连接；电平转换逻辑模块分别与电池和CAN总线电连接；
当电池处于关闭状态，且功能按键被触发时，CAN总线的电平信号发生改变，电池用于通过电平转换逻辑模块确定CAN总线的电平信号发生改变并为仪表和电机控制单元供电。
可选的，电机控制单元包括：微控制单元MCU、DC-DC变换器、稳压电源和CAN收发器；其中，
仪表的输入端连接功能按键，仪表的输入端接入仪表电源，仪表的正电源端与稳压电源的一端电连接，仪表的负电源端接地，仪表的CANL端与CAN收发器的第一信号输出端电连接，仪表的CANH端与CAN收发器的第二信号输出端电连接；
电池的CANL端与CAN收发器的第一信号输出端电连接，电池的CANH端与CAN收发器的第二信号输出端电连接，电池控制单元的一端连接功能按键，电池控制单元的另一端与电池的电平检测端电连接；
电池的正电源端与DC-DC变换器的一端电连接，DC-DC变换器的另一端与稳压电源的一端电连接，稳压电源的另一端分别与MCU和CAN收发器电连接；
电池的负电源端接地，电池的负电源端与MCU的输入端电连接，MCU的输出端与CAN收发器的输入端电连接。
可选的，受控常闭逻辑模块包括：第一晶体管、第一电阻和第二电阻；电平转换逻辑模块包括：第三电阻；
第一晶体管的基极接入仪表电源，第一晶体管的发射极与电池的CANL端电连接，第一晶体管的集电极与第二电阻的一端电连接；第二电阻的另一端连接功能按键；
第一电阻的一端接入仪表电源，第一电阻的另一端与第二电阻的另一端电连接；
第三电阻的一端与第一晶体管的发射极电连接，第三电阻的另一端与电池的电平检测端电连接。
可选的，控制系统采用电力线通信PLC总线通信；
电池控制单元包括：受控常闭逻辑模块和电平转换逻辑模块；其中，
受控常闭逻辑模块与功能按键和PLC总线电连接，PLC总线与仪表电连接；电平转换逻辑模块分别与电池和PLC总线电连接；
当电池处于关闭状态，且功能按键被触发时，PLC总线的电平信号发生改变，电池用于通过电平转换逻辑模块确定PLC总线的电平信号发生改变并为仪表和电机控制单元供电。
可选的，电机控制单元包括：MCU、DC-DC变换器、稳压电源、第一电感、第二电感和PLC收发器；其中，
仪表的输入端连接功能按键，仪表的输入端接入仪表电源，仪表的PLC正端与PLC收发器的正信号输出端电连接，仪表的PLC负端与PLC收发器的负信号输出端电连接；
电池的PLC正端与PLC收发器的正信号输出端电连接，电池的PLC负端与PLC收发器的负信号输出端电连接，电池控制单元的一端连接功能按键，电池控制单元的另一端与电池的电平检测端电连接；
电池的正电源端与DC-DC变换器的一端电连接，DC-DC变换器的另一端与稳压电源的一端电连接，稳压电源的另一端分别与MCU和PLC收发器电连接；
电池的负电源端接地，电池的负电源端与MCU的输入端电连接，MCU的输出端与PLC收发器的输入端电连接；
第一电感的一端与DC-DC变换器的另一端电连接，第一电感的另一端与PLC收发器的正信号输出端电连接；第二电感的一端与PLC收发器的负信号输出端电连接，第二电感的另一端接地。
可选的，受控常闭逻辑模块包括：常闭型光耦、第四电阻和第五电阻；电平转换逻辑模块包括：第六电阻和第一二极管；
第四电阻的一端接入仪表电源，第四电阻的另一端与常闭型光耦的第一端电连接，常闭型光耦的第二端接地；
第五电阻的一端连接功能按键，第五电阻的另一端与常闭型光耦的第三端电连接，常闭型光耦的第四端与电池的PLC正端电连接；
第六电阻的一端接入电池电源，第六电阻的另一端与电池的电平检测端电连接；第一二极管的输入端与电池的电平检测端电连接，第一二极管的输出端与常闭型光耦的第四端电连接。
可选的，控制系统采用通用异步收发传输器UART总线通信；
电池控制单元包括：受控常闭逻辑模块；其中，
受控常闭逻辑模块与功能按键、电池和UART总线电连接，UART总线与仪表电连接；
当电池处于关闭状态，且功能按键被触发时，UART总线的电平信号发生改变，电池用于确定UART总线的电平信号发生改变并为仪表和电机控制单元供电。
可选的，电机控制单元包括：MCU、DC-DC变换器和稳压电源；其中，
仪表的输入端连接功能按键，仪表的输入端接入仪表电源，仪表的正电源端与稳压电源的一端电连接，仪表的负电源端接地，仪表的RX端与MCU的RX输出端电连接，仪表的TX端与MCU的TX输出端电连接；
电池的RX端与MCU的RX输出端电连接，电池的TX端与MCU的TX输出端电连接，电池控制单元的一端连接功能按键，电池控制单元的另一端与电池的RX端电连接；
电池的正电源端与DC-DC变换器的一端电连接，DC-DC变换器的另一端与稳压电源的一端电连接，稳压电源的另一端与MCU电连接；
电池的负电源端接地，电池的负电源端与MCU的输入端电连接。
可选的，受控常闭逻辑模块包括：第二晶体管、第七电阻和第八电阻；
第二晶体管的基极接入仪表电源，第二晶体管的发射极与电池的RX端电连接，第二晶体管的集电极与第八电阻的一端电连接；第八电阻的另一端连接功能按键；
第七电阻的一端接入仪表电源，第七电阻的另一端与第八电阻的另一端电连接。
可选的，若电池处于开启状态，且功能按键以第一模式被触发时，仪表用于获取第一模式对应的关机信号，并将关机信号发送至电池，以使得电池根据关机信号关闭。
可选的，若电池处于开启状态，且功能按键以第二模式被触发时，控制系统实现功能按键对应的功能。
根据本发明的另一方面，提供了一种电助力车辆，包括上述任一实施例的电助力车辆的控制系统。
本发明实施例的技术方案，通过设计电池控制单元，使得在电池处于关闭状态的情况下，当功能按键被触发时，电池控制单元能够触发目标电平信号发生改变，进而使电池在检测到目标电平信号发生变化时为仪表和电机控制单元供电。与现有的方案相比，本方案无需在仪表内内置额外的电池，节约了生产成本和设计空间；功能按键直接与电池控制单元连接，使得功能按键不再需要受仪表软件层面的控制，由纯硬件电路实现电助力车辆的开机，提升了车辆的可靠性，也为进行功能安全认证提供便利；同时，本方案功能按键除了具备开关电源的功能外，还可以复用为其他功能按键；另外，本方案适用于大多数总线架构，系统兼容性强。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电助力车辆的控制系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种采用CAN总线通信的电助力车辆的控制系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种采用CAN总线通信的电助力车辆的控制系统的电池控制单元的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种采用PLC总线通信的电助力车辆的控制系统的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种采用PLC总线通信的电助力车辆的控制系统的电池控制单元的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种采用UART总线通信的电助力车辆的控制系统的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种采用UART总线通信的电助力车辆的控制系统的电池控制单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1示出了本发明实施例提供的一种电助力车辆的控制系统的结构示意图。如图1所示，该控制系统包括：仪表100、电池200、电机控制单元300和电池控制单元400。需要说明的是，仪表100上设置有功能按键500，图1中为了清楚地示出电助力车辆的控制系统的连接关系，将仪表100和功能按键500分别绘制，在实际应用中，功能按键500是集成在仪表100上的。另外，电池200除了能为电助力车辆的控制系统提供电源外，还包括电池管理系统(Battery Management System，BMS)模块，能够实现智能化管理及维护电池，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态的作用。
仪表100分别与电池200、电机控制单元300和功能按键500电连接，电池200与电机控制单元300电连接，电池控制单元400分别与功能按键500和电池200电连接。
对于电池200处于关闭状态的情况，当功能按键500被触发时，电池控制单元400用于触发目标电平信号发生改变，以使得电池200在检测到目标电平信号发生变化时为仪表100和电机控制单元300供电。
具体的，电池控制单元400用于触发目标电平信号从高电平信号转换为低电平信号，以使得电池200在检测到目标电平信号从高电平信号转换为低电平信号时为仪表100和电机控制单元300供电。
同理，对于电池200处于开启状态的情况：当功能按键500以第一模式被触发时，仪表100用于获取第一模式对应的关机信号，并将关机信号发送至电池200，以使得电池200根据关机信号关闭。
可选的，对于电池200处于开启状态的情况：当功能按键500以第二模式被触发时，控制系统实现功能按键500对应的功能。即，功能按键500除了具备开关电源的功能外，还可以复用为其他功能按键。
在一实施例中，第一模式可以为长按功能按键的模式，第二模式可以为短按功能按键的模式；或者，第一模式可以为短按功能按键的模式，第二模式可以为长按功能按键的模式。
本发明实施例提供的电助力车辆的控制系统适用于大多数总线架构，如控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线架构、电力线通信(Power LineCommunication，PLC)总线架构、通用异步收发传输器(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，UART)总线架构、485总线架构等。
在一种示例性的实施方式中，电助力车辆的控制系统采用CAN总线通信。图2示出了本发明实施例提供的一种采用CAN总线通信的电助力车辆的控制系统的结构示意图。如图2所示，该控制系统包括：仪表100、电池200、电机控制单元300和电池控制单元400，以及设置于仪表100的功能按键K。
具体的，电机控制单元300包括：微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)301、DC-DC变换器302、稳压电源303和CAN收发器304。
仪表100的输入端连接功能按键K，仪表100的输入端接入仪表电源VCC_MCU，仪表100的正电源端与稳压电源303的一端电连接，仪表100的负电源端接地，仪表100的CANL端与CAN收发器304的第一信号输出端电连接，仪表100的CANH端与CAN收发器304的第二信号输出端电连接。
电池200的CANL端与CAN收发器304的第一信号输出端电连接，电池200的CANH端与CAN收发器304的第二信号输出端电连接，电池控制单元400的一端连接功能按键K，电池控制单元400的另一端与电池200的电平检测端电连接。
电池200的正电源端与DC-DC变换器302的一端电连接，DC-DC变换器302的另一端与稳压电源303的一端电连接，稳压电源303的另一端分别与MCU 301和CAN收发器304电连接。
电池200的负电源端接地，电池200的负电源端与MCU 301的输入端电连接，MCU301的输出端与CAN收发器304的输入端电连接。
电池控制单元400包括：受控常闭逻辑模块401和电平转换逻辑模块402。参考图2可知，受控常闭逻辑模块401的一端连接功能按键K，受控常闭逻辑模块401的另一端分别与电池200的CANL端和电平转换逻辑模块402的一端电连接，电平转换逻辑模块402的另一端与电池200的电平检测端电连接。
图3示出了本发明实施例提供的一种采用CAN总线通信的电助力车辆的控制系统的电池控制单元的结构示意图。如图3所示，受控常闭逻辑模块401包括：第一晶体管Q1、第一电阻R1和第二电阻R2；电平转换逻辑模块402包括：第三电阻R3。
具体的，第一晶体管Q1的基极接入仪表电源VCC_MCU，第一晶体管Q1的发射极与电池200的CANL端电连接，第一晶体管Q1的集电极与第二电阻R2的一端电连接；第二电阻R2的另一端连接功能按键K；第一电阻R1的一端接入仪表电源VCC_MCU，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端电连接；第三电阻R3的一端与第一晶体管Q1的发射极电连接，第三电阻R3的另一端与电池200的电平检测端电连接。
在仪表电源VCC_MCU未输出时，受控常闭逻辑模块401表现为输入输出导通状态(相当于常闭开关)；在仪表电源VCC_MCU正常输出后，受控常闭逻辑模块401表现为输入输出断开状态。电平转换逻辑模块402用于将电平值转换为电池200可识别的TTL电平，以供电池200识别并作出后续的相应。
在具体生产中，受控常闭逻辑模块401可以集成在仪表100中，电平转换逻辑模块402可以集成在电池200中，以降低成本。
当电池200处于关闭状态，且功能按键K被触发时，CAN总线的电平信号发生改变，电池200用于通过电平转换逻辑模块402确定CAN总线的电平信号发生改变并为仪表100和电机控制单元300供电。
具体的，结合上述图2和图3，采用CAN总线通信的电助力车辆的控制系统的工作原理为：当电池200处于关闭状态(即电池200不对外放电)时，电机控制单元300和仪表100没电，电机控制单元300和仪表100均不工作。此时触发功能按键K，由于仪表电源VCC_MCU未输出，CAN总线上的CANL电位被功能按键K下拉，CANL电平(即目标电平信号)由空闲电平2.5V变为低电平。电平转换逻辑模块402将该CANL电位传递到电池200的电平检测端，电池200识别该CANL电平从高电平信号变为低电平信号后，判断为外部开机信号，从而开启对外放电。电机控制单元300和仪表100得电后，仪表电源VCC_MCU正常输出，受控常闭逻辑模块401断开，CAN总线正常通信(通信超时电池200则停止放电)，此时功能按键K也被上拉到仪表输入端以复用为普通功能按键。
相应地，当电池200处于开启状态(即电池200对外放电)时，此时功能按键K以第二模式触发，由于功能按键K复用为普通功能按键，控制系统可以实现除关闭电池外的其他功能；功能按键K以第一模式触发，此时受控常闭逻辑模块401断开，按键信号不会传递到电池200，而是由仪表100识别关机信号，并将关机信号通过总线发送至电池200，以使得电池200根据关机信号关闭。
在另一种示例性的实施方式中，电助力车辆的控制系统采用PLC总线通信。图4示出了本发明实施例提供的一种采用PLC总线通信的电助力车辆的控制系统的结构示意图。如图4所示，该控制系统包括：仪表100、电池200、电机控制单元300和电池控制单元400，以及设置于仪表100的功能按键K。
具体的，电机控制单元300包括：MCU 301、DC-DC变换器302、稳压电源303、第一电感L1、第二电感L2和PLC收发器304。
仪表100的输入端连接功能按键K，仪表100的输入端接入仪表电源VCC_MCU，仪表100的PLC正端与PLC收发器304的正信号输出端电连接，仪表100的PLC负端与PLC收发器304的负信号输出端电连接。
电池200的PLC正端与PLC收发器304的正信号输出端电连接，电池200的PLC负端与PLC收发器304的负信号输出端电连接，电池控制单元400的一端连接功能按键K，电池控制单元400的另一端与电池200的电平检测端电连接。
电池200的正电源端与DC-DC变换器302的一端电连接，DC-DC变换器302的另一端与稳压电源303的一端电连接，稳压电源303的另一端分别与MCU 301和PLC收发器304电连接。
电池200的负电源端接地，电池200的负电源端与MCU 301的输入端电连接，MCU301的输出端与PLC收发器304的输入端电连接。
第一电感L1的一端与DC-DC变换器302的另一端电连接，第一电感L1的另一端与PLC收发器304的正信号输出端电连接；第二电感L2的一端与PLC收发器304的负信号输出端电连接，第二电感L2的另一端接地。
电池控制单元400包括：受控常闭逻辑模块401和电平转换逻辑模块402。参考图4可知，受控常闭逻辑模块401的一端连接功能按键K，受控常闭逻辑模块401的另一端分别与电池200的PLC正端和电平转换逻辑模块402的一端电连接，电平转换逻辑模块402的另一端与电池200的电平检测端电连接。
图5示出了本发明实施例提供的一种采用PLC总线通信的电助力车辆的控制系统的电池控制单元的结构示意图。如图5所示，受控常闭逻辑模块401包括：常闭型光耦OC、第四电阻R4和第五电阻R5；电平转换逻辑模块402包括：第六电阻R6和第一二极管D。
具体的，第四电阻R4的一端接入仪表电源VCC_MCU，第四电阻R4的另一端与常闭型光耦OC的第一端电连接，常闭型光耦CO的第二端接地；第五电阻R5的一端连接功能按键K，第五电阻R5的另一端与常闭型光耦OC的第三端电连接，常闭型光耦OC的第四端与电池200的PLC正端电连接；第六电阻R6的一端接入电池电源VCC_BMS，第六电阻R6的另一端与电池200的电平检测端电连接；第一二极管D的输入端与电池200的电平检测端电连接，第一二极管D的输出端与常闭型光耦OC的第四端电连接。
在仪表电源VCC_MCU未输出时，受控常闭逻辑模块401表现为输入输出导通状态(相当于常闭开关)；在仪表电源VCC_MCU正常输出后，受控常闭逻辑模块401表现为输入输出断开状态。电平转换逻辑模块402用于将电平值转换为电池200可识别的TTL电平，以供电池200识别并作出后续的相应。
在具体生产中，受控常闭逻辑模块401可以集成在仪表100中，电平转换逻辑模块402可以集成在电池200中，以降低成本。
当电池200处于关闭状态，且功能按键K被触发时，PLC总线的电平信号发生改变，电池200用于通过电平转换逻辑模块402确定PLC总线的电平信号发生改变并为仪表100和电机控制单元300供电。
具体的，结合上述图4和图5，采用PLC总线通信的电助力车辆的控制系统的工作原理为：在PLC总线架构下，总线电源由电机控制单元300提供，电池200从总线取数据、不从总线取电源。当电池200处于关闭状态(即电池200不对外放电)时，电池200的PLC收发功能被无效，PLC总线的电平信号(即目标电平信号)被电平转换逻辑模块402上拉，电机控制单元300和仪表100没电，电机控制单元300和仪表100均不工作。此时触发功能按键K，PLC总线的电平信号被下拉(即从高电平信号变为低电平信号)，电池200通过电平转换逻辑模块402识别PLC总线的电平信号从高电平信号变为低电平信号，判断为外部开机信号，从而开启对外放电。电机控制单元300和仪表100得电后，仪表电源VCC_MCU正常输出，受控常闭逻辑模块401断开，PLC总线正常通信(通信超时电池200则停止放电)，此时功能按键K也被上拉到仪表输入端以复用为普通功能按键。
相应地，当电池200处于开启状态(即电池200对外放电)时，此时功能按键K以第二模式触发，由于功能按键K复用为普通功能按键，控制系统可以实现除关闭电池外的其他功能；功能按键K以第一模式触发，此时受控常闭逻辑模块401断开，按键信号不会传递到电池200，而是由仪表100识别关机信号，并将关机信号通过总线发送至电池200，以使得电池200根据关机信号关闭。
在又一种示例性的实施方式中，电助力车辆的控制系统采用UART总线通信。图6示出了本发明实施例提供的一种采用UART总线通信的电助力车辆的控制系统的结构示意图。如图6所示，该控制系统包括：仪表100、电池200、电机控制单元300和电池控制单元400，以及设置于仪表100的功能按键K。
具体的，电机控制单元300包括MCU 301、DC-DC变换器302和稳压电源303。
仪表100的输入端连接功能按键K，仪表100的输入端接入仪表电源VCC_MCU，仪表100的正电源端与稳压电源303的一端电连接，仪表100的负电源端接地，仪表100的RX端与MCU 301的RX输出端电连接，仪表100的TX端与MCU 301的TX输出端电连接。
电池200的RX端与MCU 301的RX输出端电连接，电池200的TX端与MCU 301的TX输出端电连接，电池控制单元400的一端连接功能按键K，电池控制单元400的另一端与电池200的RX端电连接。
电池200的正电源端与DC-DC变换器302的一端电连接，DC-DC变换器302的另一端与稳压电源303的一端电连接，稳压电源303的另一端与MCU 301电连接。
电池200的负电源端接地，电池200的负电源端与MCU 301的输入端电连接。
电池控制单元400包括：受控常闭逻辑模块401。参考图6可知，受控常闭逻辑模块401的一端连接功能按键K，受控常闭逻辑模块401的另一端与电池200的RX端电连接。
图7示出了本发明实施例提供的一种采用UART总线通信的电助力车辆的控制系统的电池控制单元的结构示意图。如图7所示，受控常闭逻辑模块401包括：第二晶体管Q2、第七电阻R7和第八电阻R8。
具体的，第二晶体管Q2的基极接入仪表电源VCC_MCU，第二晶体管Q2的发射极与电池200的RX端电连接，第二晶体管Q2的集电极与第八电阻R8的一端电连接；第八电阻R8的另一端连接功能按键K；第七电阻R7的一端接入仪表电源VCC_MCU，第七电阻R7的另一端与第八电阻R8的另一端电连接。
在仪表电源VCC_MCU未输出时，受控常闭逻辑模块401表现为输入输出导通状态(相当于常闭开关)；在仪表电源VCC_MCU正常输出后，受控常闭逻辑模块401表现为输入输出断开状态。在具体生产中，受控常闭逻辑模块401可以集成在仪表100中，以降低成本。
当电池200处于关闭状态，且功能按键K被触发时，UART总线的电平信号发生改变，电池200用于确定UART总线的电平信号发生改变并为仪表100和电机控制单元300供电。
具体的，结合上述图6和图7，采用UART总线通信的电助力车辆的控制系统的工作原理与上述采用CAN总线通信的电助力车辆的控制系统的工作原理类似。与采用CAN总线通信的电助力车辆的控制系统相比，采用UART总线通信的电助力车辆的控制系统无需电平转换逻辑模块402，直接将受控常闭逻辑模块401连接到电池200的RX端。当电池200处于关闭状态(即电池200不对外放电)时，RX配置为外部中断模式，电机控制单元300和仪表100没电，电机控制单元300和仪表100均不工作。此时触发功能按键K，UART总线的RX(即目标电平信号)被拉低，外部中断触发，电池200识别UART总线的电平信号从高电平信号变为低电平信号，判断为外部开机信号，从而开启对外放电。
本发明提供的方案核心在于：在总线空闲时，利用触发功能按键的方式改变总线电平，并通过电池识别这一电平变化来唤醒电池，开启对外放电。电池开启对外放电后，外部逻辑会断开与功能按键的连接，使得功能按键在电池放电后被上拉为仪表的普通功能按键。
本发明实施例提供一种电助力车辆的控制系统，包括：仪表、电池、电机控制单元和电池控制单元，以及设置于仪表的功能按键；仪表分别与电池、电机控制单元和功能按键电连接，电池与电机控制单元电连接，电池控制单元分别与功能按键和电池电连接；当电池处于关闭状态，且功能按键被触发时，电池控制单元用于触发目标电平信号发生改变；电池用于在检测到目标电平信号发生变化时为仪表和电机控制单元供电。通过设计电池控制单元，使得在电池处于关闭状态的情况下，当功能按键被触发时，电池控制单元能够触发目标电平信号发生改变，进而使电池在检测到目标电平信号发生变化时为仪表和电机控制单元供电。与现有的方案相比，本方案无需在仪表内内置额外的电池，节约了生产成本和设计空间；功能按键直接与电池控制单元连接，使得功能按键不再需要受仪表软件层面的控制，由纯硬件电路实现电助力车辆的开机，提升了车辆的可靠性，也为进行功能安全认证提供便利；同时，本方案功能按键除了具备开关电源的功能外，还可以复用为其他功能按键；另外，本方案适用于大多数总线架构，系统兼容性强。
本发明实施例还提供一种电助力车辆，电助力车辆包括上述任一实施例的电助力车辆的控制系统。
在一实施例中，电助力车辆为电助力自行车。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电助力车辆的控制系统，其特征在于，包括：仪表、电池、电机控制单元和电池控制单元，以及设置于所述仪表的功能按键；
所述仪表分别与所述电池、所述电机控制单元和所述功能按键电连接，所述电池与所述电机控制单元电连接，所述电池控制单元分别与所述功能按键和所述电池电连接；
当所述电池处于关闭状态，且所述功能按键被触发时，所述电池控制单元用于触发目标电平信号发生改变；
所述电池用于在检测到所述目标电平信号发生变化时为所述仪表和所述电机控制单元供电；
若所述电池处于开启状态，且所述功能按键以第一模式被触发时，所述仪表用于获取所述第一模式对应的关机信号，并将所述关机信号发送至所述电池，以使得所述电池根据所述关机信号关闭；若所述电池处于开启状态，且所述功能按键以第二模式被触发时，所述控制系统实现所述功能按键对应的功能。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统采用控制器局域网络CAN总线通信；
所述电池控制单元包括受控常闭逻辑模块和电平转换逻辑模块；其中，
所述受控常闭逻辑模块与所述功能按键和所述CAN总线电连接，所述CAN总线与所述仪表电连接；所述电平转换逻辑模块分别与所述电池和所述CAN总线电连接；
当所述电池处于关闭状态，且所述功能按键被触发时，所述CAN总线的电平信号发生改变，所述电池用于通过电平转换逻辑模块确定所述CAN总线的电平信号发生改变并为所述仪表和所述电机控制单元供电。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述电机控制单元包括：微控制单元MCU、DC-DC变换器、稳压电源和CAN收发器；其中，
所述仪表的输入端连接所述功能按键，所述仪表的输入端接入仪表电源，所述仪表的正电源端与所述稳压电源的一端电连接，所述仪表的负电源端接地，所述仪表的CANL端与所述CAN收发器的第一信号输出端电连接，所述仪表的CANH端与所述CAN收发器的第二信号输出端电连接；
所述电池的CANL端与所述CAN收发器的第一信号输出端电连接，所述电池的CANH端与所述CAN收发器的第二信号输出端电连接，所述电池控制单元的一端连接所述功能按键，所述电池控制单元的另一端与所述电池的电平检测端电连接；
所述电池的正电源端与所述DC-DC变换器的一端电连接，所述DC-DC变换器的另一端与所述稳压电源的一端电连接，所述稳压电源的另一端分别与所述MCU和所述CAN收发器电连接；
所述电池的负电源端接地，所述电池的负电源端与所述MCU的输入端电连接，所述MCU的输出端与所述CAN收发器的输入端电连接。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述受控常闭逻辑模块包括：第一晶体管、第一电阻和第二电阻；所述电平转换逻辑模块包括：第三电阻；
所述第一晶体管的基极接入所述仪表电源，所述第一晶体管的发射极与所述电池的CANL端电连接，所述第一晶体管的集电极与所述第二电阻的一端电连接；所述第二电阻的另一端连接所述功能按键；
所述第一电阻的一端接入所述仪表电源，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端电连接；
所述第三电阻的一端与所述第一晶体管的发射极电连接，所述第三电阻的另一端与所述电池的电平检测端电连接。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统采用电力线通信PLC总线通信；
所述电池控制单元包括：受控常闭逻辑模块和电平转换逻辑模块；其中，
所述受控常闭逻辑模块与所述功能按键和所述PLC总线电连接，所述PLC总线与所述仪表电连接；所述电平转换逻辑模块分别与所述电池和所述PLC总线电连接；
当所述电池处于关闭状态，且所述功能按键被触发时，所述PLC总线的电平信号发生改变，所述电池用于通过电平转换逻辑模块确定所述PLC总线的电平信号发生改变并为所述仪表和所述电机控制单元供电。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述电机控制单元包括：MCU、DC-DC变换器、稳压电源、第一电感、第二电感和PLC收发器；其中，
所述仪表的输入端连接所述功能按键，所述仪表的输入端接入仪表电源，所述仪表的PLC正端与所述PLC收发器的正信号输出端电连接，所述仪表的PLC负端与所述PLC收发器的负信号输出端电连接；
所述电池的PLC正端与所述PLC收发器的正信号输出端电连接，所述电池的PLC负端与所述PLC收发器的负信号输出端电连接，所述电池控制单元的一端连接所述功能按键，所述电池控制单元的另一端与所述电池的电平检测端电连接；
所述电池的正电源端与所述DC-DC变换器的一端电连接，所述DC-DC变换器的另一端与所述稳压电源的一端电连接，所述稳压电源的另一端分别与所述MCU和所述PLC收发器电连接；
所述电池的负电源端接地，所述电池的负电源端与所述MCU的输入端电连接，所述MCU的输出端与所述PLC收发器的输入端电连接；
所述第一电感的一端与所述DC-DC变换器的另一端电连接，所述第一电感的另一端与所述PLC收发器的正信号输出端电连接；所述第二电感的一端与所述PLC收发器的负信号输出端电连接，所述第二电感的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述受控常闭逻辑模块包括：常闭型光耦、第四电阻和第五电阻；所述电平转换逻辑模块包括：第六电阻和第一二极管；
所述第四电阻的一端接入所述仪表电源，所述第四电阻的另一端与所述常闭型光耦的第一端电连接，所述常闭型光耦的第二端接地；
所述第五电阻的一端连接所述功能按键，所述第五电阻的另一端与所述常闭型光耦的第三端电连接，所述常闭型光耦的第四端与所述电池的PLC正端电连接；
所述第六电阻的一端接入电池电源，所述第六电阻的另一端与所述电池的电平检测端电连接；所述第一二极管的输入端与所述电池的电平检测端电连接，所述第一二极管的输出端与所述常闭型光耦的第四端电连接。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统采用通用异步收发传输器UART总线通信；
所述电池控制单元包括：受控常闭逻辑模块；其中，
所述受控常闭逻辑模块与所述功能按键、所述电池和所述UART总线电连接，所述UART总线与所述仪表电连接；
当所述电池处于关闭状态，且所述功能按键被触发时，所述UART总线的电平信号发生改变，所述电池用于确定所述UART总线的电平信号发生改变并为所述仪表和所述电机控制单元供电。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述电机控制单元包括：MCU、DC-DC变换器和稳压电源；其中，
所述仪表的输入端连接所述功能按键，所述仪表的输入端接入仪表电源，所述仪表的正电源端与所述稳压电源的一端电连接，所述仪表的负电源端接地，所述仪表的RX端与所述MCU的RX输出端电连接，所述仪表的TX端与所述MCU的TX输出端电连接；
所述电池的RX端与所述MCU的RX输出端电连接，所述电池的TX端与所述MCU的TX输出端电连接，所述电池控制单元的一端连接所述功能按键，所述电池控制单元的另一端与所述电池的RX端电连接；
所述电池的正电源端与所述DC-DC变换器的一端电连接，所述DC-DC变换器的另一端与所述稳压电源的一端电连接，所述稳压电源的另一端与所述MCU电连接；
所述电池的负电源端接地，所述电池的负电源端与所述MCU的输入端电连接。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述受控常闭逻辑模块包括：第二晶体管、第七电阻和第八电阻；
所述第二晶体管的基极接入所述仪表电源，所述第二晶体管的发射极与所述电池的RX端电连接，所述第二晶体管的集电极与所述第八电阻的一端电连接；所述第八电阻的另一端连接所述功能按键；
所述第七电阻的一端接入所述仪表电源，所述第七电阻的另一端与所述第八电阻的另一端电连接。
11.一种电助力车辆，其特征在于，包括如权利要求1-10中任意一项所述的电助力车辆的控制系统。
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