CN103182952B - 一种电动汽车电子驻坡控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车电子驻坡控制系统和方法，该控制系统包括：电机控制器、坡道停车模块和坡道起步模块，坡道停车模块用于根据汽车档位和车轮转向判断汽车是否处于坡道后溜状态，且当未检测到刹车装置的刹车信号时发送驻坡信号控制电机控制器从转矩控制模式转换至速度控制模式，且控制车轮转速为零；坡道起步模块用于在油门给定力矩大于驻坡所需力矩时，发送起动信号给电机控制器从速度控制模式转换至由油门控制的转矩控制模式。本发明通过在判断坡道停车和坡道起步时对电机控制器的控制模式的切换，来自动实现电动汽车的坡道停车和坡道起步的功能，整个过程连续可靠，避免了坡道起步时车体后溜的可能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，更具体地说，涉及一种电动汽车电子驻坡控制系统和方法。
背景技术
目前的电动汽车驻坡过程，包括坡道停车和坡道起步操作中，需要借助机械刹车的力量。请参阅图1，为现有电动汽车的在坡道停车和坡道起步的控制过程图。如图1所示，当电动汽车在坡道停车时，首先需要执行步骤S11，由司机人为对坡道进行判断，当判断为坡道且需要坡道停车时，执行步骤S12需要司机先踩住脚刹，再执行步骤S13由司机拉起手刹。而在坡道起步过程中，首先需要执行步骤S14，由司机适当踩住油门，保持一定怠速，再执行步骤S15逐渐松开手刹，使得电动汽车能够在步骤S16中逐渐起步。
在上述整个过程中，由于机械装置参与其中，导致起步的不连续性，特别是在坡度较大、车流较多、频繁起停的道路上，若起步时油门深度和手刹放下时间配合不一致，很容易导致车体后溜，发生事故。由此可见，现有的电动汽车系统在驻坡起步防溜功能上没有很好的解决方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有电动汽车的驻坡由人为控制且防溜功能不佳的缺陷，提供一种电动汽车电子驻坡控制系统和方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电动汽车电子驻坡控制系统，包括：电机控制器，该电机控制器具有转矩控制模式和速度控制模式；坡道停车模块，与电动汽车的刹车装置、档位调节器以及所述电机控制器相连，用于通过档位调节器获取汽车档位，以及通过电机控制器获取车轮转向，所述坡道停车模块根据所述汽车档位和车轮转向判断汽车是否处于坡道后溜状态，且当未检测到刹车装置的刹车信号时发送驻坡信号控制所述电机控制器从转矩控制模式转换至速度控制模式以控制驱动电机，且控制车轮转速为零；以及坡道起步模块，该坡道起步模块与所述电机控制器和油门相连，用于获取所述电机控制器在速度控制模式的速度为零时的驻坡所需力矩，并在通过所述油门获取的油门给定力矩大于所述驻坡所需力矩时，发送起动信号给所述电机控制器从速度控制模式转换至由油门控制的转矩控制模式；该坡道停车模块在接收到刹车信号时不启动。
在根据本发明所述的电动汽车电子驻坡控制系统中，所述坡道停车模块在所述汽车档位为前进挡，且所述车轮转向向后时，判断汽车处于坡道后溜状态。
在根据本发明所述的电动汽车电子驻坡控制系统中，所述驱动电机的定子转轴上安装有转速传感器，所述电机控制器与该转速传感器连接，通过所述转速传感器获取车轮转向和车轮转速。
在根据本发明所述的电动汽车电子驻坡控制系统中，所述电机控制器在速度控制模式时，利用所述转速传感器获取的车轮转速和转向，通过算法计算出速度为零时的驻坡所需力矩，控制所述汽车停止在坡道上。
在根据本发明所述的电动汽车电子驻坡控制系统中，所述驱动电机为永磁同步电机或异步交流电机。
本发明还提供了一种电动汽车，包括如上所述的电动汽车电子驻坡控制系统。
本发明还提供了一种电动汽车电子驻坡控制方法，包括以下步骤：
通过档位调节器获取汽车档位以及通过电机控制器获取车轮转向，在根据所述汽车档位和车轮转向判断汽车是否处于坡道后溜状态，且当未检测到刹车装置的刹车信号时发送驻坡信号控制电机控制器从转矩控制模式转换至速度控制模式以控制驱动电机，且控制车轮转速为零；在检测到刹车信号时不发送驻坡信号；
获取电机控制器在速度控制模式的速度为零时的驻坡所需力矩，并在通过油门获取的油门给定力矩大于所述驻坡所需力矩时，发送起动信号控制所述电机控制器从速度控制模式转换至由油门控制的转矩控制模式。
在根据本发明所述的电动汽车电子驻坡控制方法中，所述汽车档位为前进挡，且所述车轮转向向后时，判断汽车处于坡道后溜状态。
在根据本发明所述的电动汽车电子驻坡控制方法中，所述驱动电机的定子转轴上安装有转速传感器，所述电机控制器与该转速传感器连接，通过所述转速传感器获取车轮转向和车轮转速。
在根据本发明所述的电动汽车电子驻坡控制方法中，所述电机控制器在速度控制模式时，利用所述转速传感器获取的车轮转速和转向，通过算法计算出速度为零时的驻坡所需力矩，控制所述汽车停止在坡道上。
实施本发明的电动汽车电子驻坡控制系统和方法，具有以下有益效果：本发明通过判断档位及车轮转向来识别电动汽车是否处于坡道后溜状态，进而在判断汽车处于坡道后溜状态而未收到机械的刹车指令时，发送驻坡信号控制电机控制器从转矩控制模式转换至转速为零的速度控制模式以控制驱动电机，并在油门给定力矩大于所述驻坡所需力矩时，发送起动信号给电机控制器从速度控制模式转换至转矩控制模式，由此可见本发明通过电机控制器的控制模式的切换，来自动实现电动汽车的坡道停车和坡道起步的功能，整个过程连续可靠，避免了坡道起步时车体后溜可能。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为现有电动汽车的在坡道停车和坡道起步的控制过程图；
图2为根据本发明的电动汽车电子驻坡控制系统的原理框图；
图3为根据本发明的优选实施例中电动汽车电子驻坡控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
请参阅图2，为根据本发明的电动汽车电子驻坡控制系统的原理框图。如图2所示，该电动汽车电子驻坡控制系统100包括电机控制器70，用于驱动电动汽车的驱动电机10运转进而带动汽车行进。一般的电动汽车的电机控制器70通常采用转矩控制模式，即电机控制器70根据油门20的油门给定力矩直接对驱动电机10进行控制。在本发明中，该电动汽车的电机控制器70同时具备转矩控制模式和速度控制模式。
该电动汽车电子驻坡控制系统100还包括坡道停车模块50和坡道起步模块60来实现电动汽车的电子驻坡控制。该电动汽车还具有刹车装置30和档位调节器40。
其中，坡道停车模块50与电动汽车的刹车装置30、档位调节器40以及电机控制器70相连，用于通过档位调节器40获取汽车档位，以及通过电机控制器70获取车轮转向，并根据汽车档位和车轮转向判断汽车是否处于坡道后溜状态。当判断汽车处于坡道后溜状态时，坡道停车模块50再检测刹车装置30是否接收到刹车信号，如果接收到刹车信号表示此时司机已经通过刹车装置30机械刹车，因而不需要再启动本发明的电动汽车电子驻坡控制系统，如果没有接收到刹车信号时，坡道停车模块50发送驻坡信号控制电机控制器70从转矩控制模式转换至速度控制模式，且控制车轮速度为零，从而能够在司机没有踩刹车时能够自动防溜坡。
进一步地，驱动电机10的定子转轴上安装有转速传感器80，电机控制器70与该转速传感器80连接，通过该转速传感器80获取车轮转向和车轮转速。电机控制器70根据转速传感器80获取的数据完成速度控制模式。现在一般的电动汽车的驱动电机10上均配置有该转速传感器80，因此本发明利用该转速传感器80获取所需数据，而无需再在车轮上进行专门的配置，其使用具有普遍性。
坡道停车模块50利用从档位调节器40获取的汽车档位的信息，以及通过电机控制器70获取的车轮转向的信息，判断汽车是否处于坡道后溜状态。坡道停车模块50一般在汽车档位为前进挡，且车轮转向向后时，判断汽车处于坡道后溜状态。该检测速度极小，人体感觉不到。此时，发送驻坡信号控制电机控制器70从转矩控制模式转换至速度控制模式。电机控制器70是通过计算获得驻坡所需的转矩，即控制车轮速度为零时的驻坡所需力矩，属于纯软件实现，而不需要增设其它硬件例如倾角传感器。电机控制器70具有驻坡转矩计算功能，在速度控制模式时，可以通过其内嵌的程序算法计算出所需力矩，该算法通过不断匹配驻车力矩，检测转速传感器80反馈的车轮转速和转向，最终使电动汽车的车体停止在坡道上。由于处理器运算速度迅速，该过程很短，人体感觉不出来，不影响任何舒适性。
坡道起步模块60，与电机控制器70和油门20相连，用于获取电机控制器70在速度控制模式的速度为零时的驻坡所需力矩，并在通过油门20获取的油门给定力矩大于驻坡所需力矩时，发送起动信号给电机控制器70从速度控制模式转换至由油门20控制的转矩控制模式。电动汽车在坡道起步时通过该平滑切换过程达到平稳起步的目的。
此外，本发明还相应提供了采用上述电动汽车电子驻坡控制系统的电动汽车，其具有电动汽车的一般配置，以及如图2所示的各个功能模块组成的电动汽车电子驻坡控制系统。
请参阅图3，为根据本发明的优选实施例中电动汽车电子驻坡控制方法的流程图。如图3所示，该实施例提供的电动汽车电子驻坡控制方法开始于步骤S301：
随后，执行坡道停车步骤，包括步骤S302-S307。
随后，通过档位调节器获取汽车档位以及通过电机控制器获取车轮转向，并根据汽车档位和车轮转向判断汽车是否处于坡道后溜状态，具体包括步骤S302-S304。
在步骤S302中，检测汽车档位是否为前进挡，是则转步骤S303，否则转步骤S306。
在步骤S303中，检测车轮转向是否向后，是则转步骤S304，否则转步骤S306。上述检测的速度极小，人体感觉不到。如上所述，在该步骤中，在电动汽车的驱动电机10的定子转轴上安装有转速传感器80，电机控制器70可以优选通过该转速传感器80获取车轮转向。目前一般的电动汽车的驱动电机10上均配置有该转速传感器80，因此本发明利用该转速传感器80获取所需数据，而无需再在车轮上进行专门的配置，其使用具有普遍性。
在步骤S304中，判断汽车处于坡道后溜状态，转步骤S305。由于汽车档位是前进挡，并且车轮转向向后，从而判断汽车处于坡道后溜状态，因此开始检测是否收到刹车信号。
在步骤S305中，检测是否接收到电动汽车的刹车装置的刹车信号；是则转步骤S306，否则转步骤S307。如上述坡道停车模块50与电动汽车的刹车装置30连接，判断司机是否通过刹车装置30发出刹车信号。如果接收到刹车信号表示此时司机已经通过刹车装置30机械刹车，因而不需要再启动本发明的电动汽车电子驻坡控制功能，如果没有接收到刹车信号时才继续执行坡道停车步骤，以能够在司机没有踩刹车时能够自动防溜坡。
在步骤S306中，判断汽车不处于坡道后溜状态，或者司机已发送刹车信号进行机械刹车时，不再启动本发明的电动汽车电子驻坡控制功能，不再执行动作。由于司机发出刹车指令、和/或汽车档位不是前进挡、和/或车轮转向不是向后，从而判断汽车不满足坡道停车的条件，因此不执行动作。电机控制器依然按照油门驱动的转矩控制模式工作。
在步骤S307中，发送驻坡信号控制电机控制器从转矩控制模式转换至速度控制模式以控制驱动电机，且控制车轮转速为零。如上述电机控制器70是通过计算获得驻坡所需的转矩，即控制车轮速度为零时的驻坡所需力矩，属于纯软件实现，而不需要增设其它硬件例如倾角传感器。电机控制器70具有驻坡转矩计算功能，在速度控制模式时，可以通过其内嵌的程序算法计算出所需力矩，该算法通过不断匹配驻车力矩，检测转速传感器80反馈的车轮转速和转向，最终使电动汽车的车体停止在坡道上。由于处理器运算速度迅速，该过程很短，人体感觉不出来，不影响任何舒适性。
随后，执行坡道起步步骤，包括步骤S308至步骤S312。
在步骤S308中，获取电机控制器在速度控制模式的速度为零时的驻坡所需力矩。
在步骤S309中，判断通过油门获取的油门给定力矩是否大于驻坡所需力矩，是则转步骤S311，否则转步骤S310。
在步骤S310中，判断汽车不需要坡道起步，不执行动作。
在步骤S311中，判断汽车需要坡道起步，转步骤S312。
在步骤S312中，发送起动信号控制电机控制器从速度控制模式转换至由油门控制的转矩控制模式，实现汽车的平稳起步。
本发明提供的电动汽车电子驻坡控制系统和方法既可以用于永磁同步电机，也可以用于异步电机驱动的电动汽车。
综上所述，本发明通过判断档位及车轮转向来识别电动汽车是否处于坡道后溜状态，进而在判断汽车处于坡道后溜状态而未收到机械的刹车指令时，发送驻坡信号控制电机控制器从转矩控制模式转换至转速为零的速度控制模式以控制驱动电机，并在油门给定力矩大于所述驻坡所需力矩时，发送起动信号给电机控制器从速度控制模式转换至转矩控制模式，由此可见本发明通过电机控制器的控制模式的切换，来实现电动汽车的坡道停车和坡道起步的功能，整个过程连续可靠，避免了坡道起步时车体后溜可能。
本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
Claims (10)
1.一种电动汽车电子驻坡控制系统，其特征在于，包括：
电机控制器，该电机控制器具有转矩控制模式和速度控制模式；
坡道停车模块，该坡道停车模块与电动汽车的刹车装置、档位调节器以及所述电机控制器相连，用于通过档位调节器获取汽车档位，以及通过电机控制器获取车轮转向，所述坡道停车模块根据所述汽车档位和车轮转向判断汽车是否处于坡道后溜状态，且当未检测到刹车装置的刹车信号时发送驻坡信号控制所述电机控制器从转矩控制模式转换至速度控制模式以控制驱动电机，且控制车轮转速为零；该坡道停车模块在接收到刹车信号时不启动；
坡道起步模块，该坡道起步模块与所述电机控制器和油门相连，用于获取所述电机控制器在速度控制模式的速度为零时的驻坡所需力矩，并在通过所述油门获取的油门给定力矩大于所述驻坡所需力矩时，发送起动信号给所述电机控制器从速度控制模式转换至由油门控制的转矩控制模式。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电子驻坡控制系统，其特征在于，所述坡道停车模块在所述汽车档位为前进挡，且所述车轮转向向后时，判断汽车处于坡道后溜状态。
3.根据权利要求1所述的电动汽车电子驻坡控制系统，其特征在于，所述驱动电机的定子转轴上安装有转速传感器，所述电机控制器与该转速传感器连接，通过所述转速传感器获取车轮转向和车轮转速。
4.根据权利要求3所述的电动汽车电子驻坡控制系统，其特征在于，所述电机控制器在速度控制模式时，利用所述转速传感器获取的车轮转速和转向，通过算法计算出速度为零时的驻坡所需力矩，控制所述汽车停止在坡道上。
5.根据权利要求1所述的电动汽车电子驻坡控制系统，其特征在于，所述驱动电机为永磁同步电机或异步交流电机。
6.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1-5中任意一项所述的电动汽车电子驻坡控制系统。
7.一种电动汽车电子驻坡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过档位调节器获取汽车档位以及通过电机控制器获取车轮转向，在根据所述汽车档位和车轮转向判断汽车是否处于坡道后溜状态，且当未检测到刹车装置的刹车信号时发送驻坡信号控制电机控制器从转矩控制模式转换至速度控制模式以控制驱动电机，且控制车轮转速为零；在检测到刹车信号时不发送驻坡信号；
获取电机控制器在速度控制模式的速度为零时的驻坡所需力矩，并在通过油门获取的油门给定力矩大于所述驻坡所需力矩时，发送起动信号控制所述电机控制器从速度控制模式转换至由油门控制的转矩控制模式。
8.根据权利要求7所述的电动汽车电子驻坡控制方法，其特征在于，所述汽车档位为前进挡，且所述车轮转向向后时，判断汽车处于坡道后溜状态。
9.根据权利要求7所述的电动汽车电子驻坡控制方法，其特征在于，所述驱动电机的定子转轴上安装有转速传感器，所述电机控制器与该转速传感器连接，通过所述转速传感器获取车轮转向和车轮转速。
10.根据权利要求9所述的电动汽车电子驻坡控制方法，其特征在于，所述电机控制器在速度控制模式时，利用所述转速传感器获取的车轮转速和转向，通过算法计算出速度为零时的驻坡所需力矩，控制所述汽车停止在坡道上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |