CN116279496A - 一种电动车vcu档位控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电动车技术领域，公开了一种电动车VCU档位控制方法，本发明中将一般整车实际输出档位模块和特殊功能档位计算输出模块在VCU的判断下进行切换，通过VCU的判断，换挡工况响应迅速，满足智能化的安全换挡要求，能够识别不同工况下的档位安全切换，能够满足车辆智能化，电动化的换挡安全要求，能够满足根据实际输入档位进行P,R,N,D档位之间的相互切换；能够解决整车遥控驾驶功能下的安全档位切换；能够解决自动泊车功能下的安全档位切换；能够解决整车游戏模式、碰撞信号处理、车速故障、L2级智能辅助驾驶时的安全档位切换。
Description
技术领域
本发明属于电动车技术领域，具体涉及一种电动车VCU档位控制方法。
背景技术
随着车辆电动化，智能化的发展，且新能源车呈现“电动+智能+网联”三重性，智能化、网联化使人们出行方式发生本质性改变，已超越电池进化、续航里程，带来行业颠覆式的惊艳。自动驾驶、人车交互体验成为行业竞相角逐的阵地。
一般自动档车辆，会根据整车换挡把手切换的目标信号状态，来判断目标档位，从而控制切换到实际档位，但是对于电动化的汽车来说，仅仅是处理这些功能是不够的，某些特殊工况，如自动驾驶、遥控驾驶、智能辅助驾驶的过程中，需要判断车辆的换挡过程，要求车辆能够切换至安全档位，目前大多数传统车辆是没有这些功能的，传统自动档位控制策略不满足智能化，网联化的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动车VCU档位控制方法，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种电动车VCU档位控制方法，包括一般整车实际输出档位模块和特殊功能档位计算输出模块；所述一般整车实际输出档位模块和特殊功能档位计算输出模块在VCU的判断下进行切换，具体如下：上电初始化档位为P档，由一般整车实际输出档位模块控制实际档位输出；VCU接入档位判断，在出现故障时，切换至特殊功能档位计算输出模块控制档位输出。
上述一般整车实际输出档位模块工作时，包括如下步骤：电动车的上电初始化档位为P档；VCU初始化；所述VCU根据换挡把手操作识别状态的输入；根据车辆目前状态、输入档位状态、车速条件判断后输出实际输出档位。
上述特殊功能档位计算输出模块包括：特殊功能故障判断单元，所述特殊功能故障判断单元用于在有车辆故障时进入失效模式的档位处理；特殊功能请求判断单元，所述特殊功能请求判断单元用于在特殊功能请求时，进行充电枪连接、遥控驾驶、自动泊车功能、智能辅助驾驶、整车游戏模式、ready档位计算。
上述特殊功能故障判断单元工作时，如下：当有车辆严重故障时，实际档位输出为P/N，否则输出碰撞故障时的档位；当整车有碰撞信号输入时，实际档位输出为P/N，否则输出档位通讯故障时的档位；当有档位通讯故障信号输入时，输出为档位输出为P/N，否则输出车辆掉ready时档位；当车辆掉ready时，根据车速判断实际档位输出状态，车速大于4km/h时，输出为N档，车速小于4km/h时，输出为P档。
上述特殊功能请求判断单元工作时，如下：当驾驶模式为遥控驾驶时，VCU输出的目标档位和实际档位，为特殊功能档位，不受换挡把手操作输入影响，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值；当自动泊车状态为自动泊车时，VCU输出的目标档位为换挡把手操作计算档位，实际输出档位为特殊功能档位，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值；当智能辅助驾驶状态为辅助驾驶时，VCU输出的目标档位和实际档位，为上一状态保持档位，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值；当游戏模式车辆行驶标志为禁止时，VCU输出的目标档位和实际档位都为P档，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值。
上述VCU根据换挡把手操作识别状态的输入时，包括如下步骤：a：默认情况下，车辆处于无换挡请求状态，即整车停止状态；b：整车控制器VCU判断是否接收到换挡请求，若接收到换挡请求，则请求电机扭矩清0；c：当扭矩为0时，判断司机是否挂入空档，当判断为是之后，进行转速调节，转速调主要分两个部分：目标转速计算和目标转速调速；d：当转速调到目标转速时，控制仪表“提示换挡”指示灯点亮，提示司机进行换挡；e：驾驶员换挡完成后，控制仪表“提示换挡”指示灯熄灭，完成全部升降档控制；f：步骤b到步骤e之间一旦存在故障车辆就返回至无换挡请求状态，在所述步骤b到步骤e的换挡过程中，每个状态中都会进行故障诊断，若存在故障将会导致此状态超时，任一状态下超时都返回无换挡请求状态。
优选的，步骤c中目标转速计算根据下列公式计算得到：V×I1×I2＝0.377×r×N，即
所述步骤c中目标转速调速在电机控制器MCU中处理实现，通过整车控制器VCU与电机控制器MCU之间的控制器局域网络CAN通讯协议，将计算得到的目标转速，以报文的形式发送给MCU，并在MCU中进行目标转速的调节。所述VCU获取驾驶员需求输入和当前车辆状态信息，包括油门踏板开度、刹车踏板开度、手刹开关、当前档位状态，当前实际车速信息。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种电动车VCU档位控制方法，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明中将一般整车实际输出档位模块和特殊功能档位计算输出模块在VCU的判断下进行切换，通过VCU的判断，换挡工况响应迅速，满足智能化的安全换挡要求，能够识别不同工况下的档位安全切换，能够满足车辆智能化，电动化的换挡安全要求，能够满足根据实际输入档位进行P,R,N,D档位之间的相互切换；能够解决整车遥控驾驶功能下的安全档位切换；能够解决自动泊车功能下的安全档位切换；能够解决整车游戏模式、碰撞信号处理、车速故障、L2级智能辅助驾驶时的安全档位切换。
附图说明
图1为本发明特殊功能故障输出的流程图；
图2为本发明特殊功能请求输出的流程图；
图3为本发明VCU根据换挡把手操作识别状态的输入流程图；
图4为本发明VCU控制策略架构示意图。
具体实施方式
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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中提供了一种电动车VCU档位控制方法，包括一般整车实际输出档位模块和特殊功能档位计算输出模块；所述一般整车实际输出档位模块和特殊功能档位计算输出模块在VCU的判断下进行切换，具体如下：上电初始化档位为P档，由一般整车实际输出档位模块控制实际档位输出；VCU接入档位判断，在出现故障时，切换至特殊功能档位计算输出模块控制档位输出。
通过VCU的判断，换挡工况响应迅速，满足智能化的安全换挡要求，能够识别不同工况下的档位安全切换，能够满足车辆智能化，电动化的换挡安全要求，能够满足根据实际输入档位进行P,R,N,D档位之间的相互切换。
如图4所示的电动汽车的电气系统主要包括低压电气系统、高压电气系统和整车网络化控制系统，各种电器设备的工作统一由VCU通过CAN总线对纯电动汽车的动力环节进行管理、协调和监控，提高纯电动轿车整车能量利用效率，确保汽车安全性和可靠性。
一般整车实际输出档位模块工作时，包括如下步骤：电动车的上电初始化档位为P档；VCU初始化；所述VCU根据换挡把手操作识别状态的输入；根据车辆目前状态、输入档位状态、车速条件判断后输出实际输出档位。
如图1所示的，特殊功能档位计算输出模块包括：特殊功能故障判断单元，所述特殊功能故障判断单元用于在有车辆故障时进入失效模式的档位处理；特殊功能请求判断单元，所述特殊功能请求判断单元用于在特殊功能请求时，进行充电枪连接、遥控驾驶、自动泊车功能、智能辅助驾驶、整车游戏模式、ready档位计算。
上述特殊功能故障判断单元工作时，如下：当有车辆严重故障时，实际档位输出为P/N，否则输出碰撞故障时的档位；当整车有碰撞信号输入时，实际档位输出为P/N，否则输出档位通讯故障时的档位；当有档位通讯故障信号输入时，输出为档位输出为P/N，否则输出车辆掉ready时档位；当车辆掉ready时，根据车速判断实际档位输出状态，车速大于4km/h时，输出为N档，车速小于4km/h时，输出为P档。
如图2所示的，上述特殊功能请求判断单元工作时，如下：当驾驶模式为遥控驾驶时，VCU输出的目标档位和实际档位，为特殊功能档位，不受换挡把手操作输入影响，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值；当自动泊车状态为自动泊车时，VCU输出的目标档位为换挡把手操作计算档位，实际输出档位为特殊功能档位，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值；当智能辅助驾驶状态为辅助驾驶时，VCU输出的目标档位和实际档位，为上一状态保持档位，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值；当游戏模式车辆行驶标志为禁止时，VCU输出的目标档位和实际档位都为P档，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值。
如图3所示的，上述VCU根据换挡把手操作识别状态的输入时，包括如下步骤：a：默认情况下，车辆处于无换挡请求状态，即整车停止状态；b：整车控制器VCU判断是否接收到换挡请求，若接收到换挡请求，则请求电机扭矩清0；c：当扭矩为0时，判断司机是否挂入空档，当判断为是之后，进行转速调节，转速调主要分两个部分：目标转速计算和目标转速调速；d：当转速调到目标转速时，控制仪表“提示换挡”指示灯点亮，提示司机进行换挡；e：驾驶员换挡完成后，控制仪表“提示换挡”指示灯熄灭，完成全部升降档控制；f：步骤b到步骤e之间一旦存在故障车辆就返回至无换挡请求状态，在所述步骤b到步骤e的换挡过程中，每个状态中都会进行故障诊断，若存在故障将会导致此状态超时，任一状态下超时都返回无换挡请求状态。
在整个VCU控制策略中，由启动按钮、加速踏板、挡位、电池电压、SOC、制动踏板位置、车速及电动机转速等作为VCU的输入信号，在保证整车安全的前提下，判断驾驶员的操作意图。根据驾驶员操作意图及汽车当前运行状态判断汽车的相应驱动模式。根据不同的工作模式，解析驾驶员操作意图，再结合电机的外特性曲线及电池管理系统信息，以保证整车安全及能量最优化为前提，计算不同驱动模式下的电机需求扭矩。
优选的，步骤c中目标转速计算根据下列公式计算得到：V×I1×I2＝0.377×r×N，即
其中，V是车速(km/h)，r为轮胎半径(m)，N为转速(rpm)，和是速比和变速箱档位比。由于发动机转速r的单位是转/分，车轮半径和直径之间的关系有个2pi，车速的单位是km/h，中间有几个常数：2pi，转/分与转/秒的换算，m/s与km/h的换算，计算就出来个0.377(近似值)。
所述步骤c中目标转速调速在电机控制器MCU中处理实现，通过整车控制器VCU与电机控制器MCU之间的控制器局域网络CAN通讯协议，将计算得到的目标转速，以报文的形式发送给MCU，并在MCU中进行目标转速的调节。所述VCU获取驾驶员需求输入和当前车辆状态信息，包括油门踏板开度、刹车踏板开度、手刹开关、当前档位状态，当前实际车速信息。
通过整车传感器获取驾驶员需求输入和当前车辆状态信息，包括油门踏板开度、刹车踏板开度、手刹开关、当前档位状态，当前实际车速信息。本控制策略根据驾驶员拨动档位杆至相应档位，通过传感器获取档位信息，判断驾驶员的目标需求，处于对汽车机械部件的保护与对驾驶员安全性的考虑，判断当前行车状态是否能够满足驾驶员需求的实现，在一定程度上实现智能诊断，减少由于驾驶员误操作导致的安全隐患与额外的机械耐久损耗。
另外，VCU是核心控制部件，它根据加速踏板位置、档位、制动踏板力等驾驶员的操作意图和蓄电池的荷电状态计算出运行所需要的电机输出转矩等参数，从而协调各个动力部件的运动，保障电动汽车的正常行驶。此外，可通过行车充电和制动能量的回收等实现较高的能量效率。在完成能量和动力控制部分控制的同时，VCU还可以与智能化的车身系统一起控制车上的用电设备，以保证驾驶的及时性和安全性。因此，VCU的设计直接影响着汽车的动力性、经济性、可靠性和其他性能。
VCU为纯电动汽车的调度控制中心，负责与车辆其他部件进行通信，协调整车的运行。其主要包含电源电路、开关量输入/输出模块、模拟量输入模块及CAN通讯模块。电源模块从车载12V蓄电池取电，开关量输入模块接收的信号主要有钥匙信号、挡位信号、制动开关信号等；开关量输出信号主要是控制继电器，其在不同整车系统中意义略有不同，一般情况下控制如水泵继电器及PTC继电器等；模拟量输入模块采集加速踏板和制动踏板开度信号及蓄电池电压信号等；CAN模块负责与整车其他设备通信，主要设备有电机控制器(MCU)、电池管理系统(BMS)及充电机等。
整车系统通过CAN通信网络将各个子控制系统连接在一起，VCU起到协调管理整个通信网络的功能，是各个子设备的通信服务端。
自检模式：如果钥匙门信号处于ON档，则启动自检模式，闭合主继电器，同时VCU进行自检，如果自检失败进入故障处理模式，自检通过等待启动信号。
启动模式：驾驶员通过打开钥匙等操作，使VCU上电，然后唤醒CAN网络上其他节点开始工作。当整车所有设备都正常启动后，系统进入READY状态，指示可以进行正常驾驶操作。
如果钥匙门信号处于START挡，同时自检模式有效，挡位在P挡，没有禁止启动故障则进行高压上电程序，同时VCU给电机系统、DC-DC及空调控制系统发送高压上电请求命令，电机系统、DC-DC及空调控制系统检测没有高压故障则反馈给VCU准许上高压指令，VCU通过控制高压预充电及主继电器实现高压上电过程，高压上电结束后仪表上EV-Ready灯亮，完成启动模式。
起步模式：当车辆由静止不踩加速踏板起步限车时，期望电机转矩以某可标定的汽车转矩Start-T为目标值，当车速V<V1时以某个斜率上升，以克服车辆的静止摩擦阻力；当车速V>V2时采用通过控制电机功率，将车速控制在一个合理的速度范围内，输出的电机扭矩进行一个滤波环节进行平滑处理，实现平稳的电起步。
纯电动车的整车驱动系统由电机和电机控制系统组成，并通过CAN总线方式与整车网络通信。
1)VCU通过采集到的踏板开度信号和挡位等信号，经过转矩计算，得出最后的扭矩信息。扭矩信息通过CAN总线由VCU发送到MCU，MCU收到相应的控制信号后，执行对应的动作。
2)根据汽车的运行状况，电机运转模式分为电动模式和发电模式。电动模式下整车运行在驱动状态，汽车属于行驶状态；发电模式下整车运行在滑行或制动状态，实现制动能量的回馈。
3)电机控制系统在运行状态下，MCU实时向VCU上报状态信息和故障信息，并在系统出现故障时做出及时处理。VCU接收至I」MCU的各项信息后，会根据信息的内容对整车系统做出合理的控制。
综上所述，本实施例中通过VCU的判断，换挡工况响应迅速，满足智能化的安全换挡要求，能够识别不同工况下的档位安全切换，能够满足车辆智能化，电动化的换挡安全要求，能够满足根据实际输入档位进行P,R,N,D档位之间的相互切换；能够解决整车遥控驾驶功能下的安全档位切换；能够解决自动泊车功能下的安全档位切换；能够解决整车游戏模式、碰撞信号处理、车速故障、L2级智能辅助驾驶时的安全档位切换。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电动车VCU档位控制方法，其特征在于，包括一般整车实际输出档位模块和特殊功能档位计算输出模块；所述一般整车实际输出档位模块和特殊功能档位计算输出模块在VCU的判断下进行切换，具体如下：
上电初始化档位为P档，由一般整车实际输出档位模块控制实际档位输出；
VCU接入档位判断，在出现故障时，切换至特殊功能档位计算输出模块控制档位输出。
2.根据权利要求1所述的一种电动车VCU档位控制方法，其特征在于：所述一般整车实际输出档位模块工作时，包括如下步骤：
电动车的上电初始化档位为P档；
VCU初始化；
所述VCU根据换挡把手操作识别状态的输入；
根据车辆目前状态、输入档位状态、车速条件判断后输出实际输出档位。
3.根据权利要求1所述的一种电动车VCU档位控制方法，其特征在于：所述特殊功能档位计算输出模块包括：
特殊功能故障判断单元，所述特殊功能故障判断单元用于在有车辆故障时进入失效模式的档位处理；
特殊功能请求判断单元，所述特殊功能请求判断单元用于在特殊功能请求时，进行充电枪连接、遥控驾驶、自动泊车功能、智能辅助驾驶、整车游戏模式、ready档位计算。
4.根据权利要求3所述的一种电动车VCU档位控制方法，其特征在于：所述特殊功能故障判断单元工作时，如下：
当有车辆严重故障时，实际档位输出为P/N，否则输出碰撞故障时的档位；
当整车有碰撞信号输入时，实际档位输出为P/N，否则输出档位通讯故障时的档位；
当有档位通讯故障信号输入时，输出为档位输出为P/N，否则输出车辆掉ready时档位；
当车辆掉ready时，根据车速判断实际档位输出状态，车速大于4km/h时，输出为N档，车速小于4km/h时，输出为P档。
5.根据权利要求4所述的一种电动车VCU档位控制方法，其特征在于：所述特殊功能请求判断单元工作时，如下：
当驾驶模式为遥控驾驶时，VCU输出的目标档位和实际档位，为特殊功能档位，不受换挡把手操作输入影响，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值；
当自动泊车状态为自动泊车时，VCU输出的目标档位为换挡把手操作计算档位，实际输出档位为特殊功能档位，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值；
当智能辅助驾驶状态为辅助驾驶时，VCU输出的目标档位和实际档位，为上一状态保持档位，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值；
当游戏模式车辆行驶标志为禁止时，VCU输出的目标档位和实际档位都为P档，否则输出为正常换挡把手操作档位计算值。
6.根据权利要求2所述的一种电动车VCU档位控制方法，其特征在于：所述VCU根据换挡把手操作识别状态的输入时，包括如下步骤：
a：默认情况下，车辆处于无换挡请求状态，即整车停止状态；
b：整车控制器VCU判断是否接收到换挡请求，若接收到换挡请求，则请求电机扭矩清0；
c：当扭矩为0时，判断司机是否挂入空档，当判断为是之后，进行转速调节，转速调主要分两个部分：目标转速计算和目标转速调速；
d：当转速调到目标转速时，控制仪表“提示换挡”指示灯点亮，提示司机进行换挡；
e：驾驶员换挡完成后，控制仪表“提示换挡”指示灯熄灭，完成全部升降档控制；
f：步骤b到步骤e之间一旦存在故障车辆就返回至无换挡请求状态。
7.根据权利要求6所述的一种电动车VCU档位控制方法，其特征在于：所述步骤c中目标转速计算根据下列公式计算得到：V×I1×I2＝0.377×r×N，即
8.根据权利要求7所述的一种电动车VCU档位控制方法，其特征在于：所述步骤c中目标转速调速在电机控制器MCU中处理实现，通过整车控制器VCU与电机控制器MCU之间的控制器局域网络CAN通讯协议，将计算得到的目标转速，以报文的形式发送给MCU，并在MCU中进行目标转速的调节。
9.根据权利要求8所述的一种电动车VCU档位控制方法，其特征在于：在所述步骤b到步骤e的换挡过程中，每个状态中都会进行故障诊断，若存在故障将会导致此状态超时，任一状态下超时都返回无换挡请求状态。
10.根据权利要求8所述的一种电动车VCU档位控制方法，其特征在于：所述VCU获取驾驶员需求输入和当前车辆状态信息，包括油门踏板开度、刹车踏板开度、手刹开关、当前档位状态，当前实际车速信息。
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