本發(fā)明屬于純電動車領(lǐng)域，涉及到駕校手動擋駕駛技能的培訓(xùn)，具體涉及一種基于小型純電動車的電動教練車操控模擬裝置。

背景技術(shù)：

教練車需要頻繁啟動及換擋，而且大部分時間處于低擋位、低轉(zhuǎn)速工況下運行，導(dǎo)致傳統(tǒng)燃油教練車高油耗、尾氣排放嚴重，而純電動車節(jié)能環(huán)保，而且能有效降低駕駛技能培訓(xùn)的成本，尤其隨著國家對新能源汽車的大力補貼，以及純電動車技術(shù)的不斷發(fā)展，使得純電動教練車的運行成本進一步降低，國內(nèi)許多駕校培訓(xùn)機構(gòu)呼吁發(fā)展電動教練車，現(xiàn)已有許多省市的駕校培訓(xùn)機構(gòu)采用電動教練車。

目前，駕校培訓(xùn)行業(yè)中手動擋小型車駕駛技能培訓(xùn)占比很大，而電動教練車的研究主要集中于傳統(tǒng)燃油教練車改電動教練車，以及基于油改電電動教練車模擬燃油教練車的控制兩個方面，該種教練車保留離合器及多擋位變速器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對于教練車的操控特性模擬效果差，存在電池安全管理缺陷、續(xù)航里程低等問題，對于純電動車改裝為電動教練車方面研究較少，針對上述問題，提出一種基于小型純電動車的電動教練車操控模擬裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種基于小型純電動車的電動教練車操控模擬裝置，以此與小型純電動車的合理匹配替代手動擋燃油教練車，改裝后的電動教練車無離合器和多擋位變速器，在原小型純電動車基礎(chǔ)上加裝變速操縱模擬器、離合操縱模擬器、輔助制動器和信號采集模塊。

一種基于小型純電動車的電動教練車操控模擬裝置，包括變速操縱模擬器(1)、輔助制動器(2)、電位計式制動踏板位置傳感器(3)、電子油門(4)、離合操縱模擬器(5)和信號采集模塊(6)、電機轉(zhuǎn)速傳感器(7)、傾角傳感器(8)；所述變速操縱模擬器(1)安裝于原小型純電動車選擋控制器處，并將原小型純電動車的選擋控制器拆除；所述輔助制動器(2)安裝于副駕駛座位腳踏空間右側(cè)；所述電子油門(4)為原小型純電動車裝置，包括加速踏板位置傳感器(4-1)和加速踏板(4-2)；所述離合操縱模擬器(5)如傳統(tǒng)手動擋汽車一樣安裝于駕駛員腳踏空間左側(cè)；所述信號采集模塊(6)輸入端與相關(guān)傳感器相連，輸出端與電機控制器(9)相連。

所述的變速操縱模擬器(1)包括擋位傳感器(1-1)、擋位信號處理單元(1-2)和變速操縱機械模擬機構(gòu)(1-3)，所有擋位傳感器(1-1)與所述擋位信號處理單元(1-2)電路連接，擋位信號處理單元(1-2)與所述信號采集模塊(6)電路連接；

所述擋位傳感器(1-1)安裝于變速操縱機械模擬機構(gòu)(1-3)上，采集變速操縱機械模擬機構(gòu)(1-3)的擋位信息，并由擋位信號處理單元(1-2)對擋位信息判斷處理，確定所掛擋位；

所述的變速操縱機械模擬機構(gòu)(1-3)，包括底座(1-3-1)、箱體(1-3-2)、阻力彈簧(1-3-3)、五擋與倒擋換擋軸(1-3-4)、三擋與四擋換擋軸(1-3-5)、一擋與二擋換擋軸(1-3-6)、五擋與倒擋換擋撥塊(1-3-7)、三擋與四擋換擋撥塊(1-3-8)、一擋與二擋換擋撥塊(1-3-9)、傳感器支座(1-3-10)、換擋軸(1-3-11)、換擋撥塊(1-3-12)、變速操縱桿(1-3-13)、錐形彈簧(1-3-14)、變速操縱頂蓋(1-3-15)及相關(guān)連接件，模擬手動擋變速器的變速操縱裝置的換擋過程。

所述的輔助制動器(2)與制動踏板機械并聯(lián)，制動踏板與電位計式制動踏板位置傳感器(3)機械連接，制動踏板為原小型純電動車的制動裝置。

所述的離合操縱模擬器(5)包括踏板(5-1)、踏板臂(5-2)、軸銷支座(5-3)、離合操縱模擬器位移傳感器(5-4)、踏板力模擬彈簧(5-5)、離合操縱模擬器安裝底座(5-6)；踏板(5-1)通過螺栓固裝于踏板臂(5-2)上，踏板臂(5-2)上有三個軸孔，最下端軸孔通過軸銷與軸銷支座(5-3)間隙連接，中間軸孔連接離合操縱模擬器位移傳感器(5-4)，最上端軸孔通過彈簧聯(lián)接銷與踏板力模擬彈簧(5-5)連接，踏板力模擬彈簧(5-5)另一端連接離合操縱模擬器安裝底座(5-6)，軸銷支座(5-3)、離合操縱模擬器位移傳感器(5-4)分別通過螺栓固裝于離合操縱模擬器安裝底座(5-6)上，離合操縱模擬器安裝底座(5-6)通過螺栓安裝于駕駛員腳踏空間左側(cè)；

所述離合操縱模擬器位移傳感器(5-4)采用拉線式位移傳感器，并與信號采集模塊(6)電路相連，用于將表征駕駛員踩踏離合操縱模擬器踏板的行程和踏板運動速率的信息發(fā)送給信號采集模塊。

所述踏板力模擬彈簧(5-5)，模擬通過離合器換擋踩踏踏板時的阻力，兼顧回位彈簧的功能。

所述的信號采集模塊(6)具有六個輸入通道，分別連接擋位傳感器(1-1)、電位計式制動踏板位置傳感器(3)、加速踏板位置傳感器(4-1)、離合操縱模擬器踏板位置傳感器(5-1)、電機轉(zhuǎn)速傳感器(7)、傾角傳感器(8)，輸出端與電機控制器(9)通過can總線連接，將從輸入通道采集到的各個信號濾波、放大處理，并進行分析判斷之后，發(fā)送給電機控制器(9)，進而控制電機(10)輸出。

本發(fā)明的有益效果

(1)本發(fā)明提供一種基于小型純電動車的電動教練車操控模擬裝置，加裝了變速操縱模擬器、離合操縱模擬器，去掉離合器和多擋位變速器，簡化電動教練車的傳動系統(tǒng)，提高了續(xù)航里程，并保證操控性能與傳統(tǒng)燃油手動擋教練車相同。

(2)本發(fā)明基于純電動車改裝為電動教練車，與將傳統(tǒng)燃油教練車改裝為電動教練車相比，基于純電動車的改裝保留原純電車完善的電池管理系統(tǒng)，安全性能以及續(xù)航性能得到較大提高。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明：

圖1為基于小型純電動車的電動教練車操控模擬裝置安裝示意圖；

圖2為變速操縱模擬器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為離合操縱模擬器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為改裝后的電動教練車電力驅(qū)動子系統(tǒng)示意圖。

圖1中：1.變速操縱模擬器，1-1.擋位傳感器，1-2擋位信號處理單元，1-3.變速操縱機械模擬機構(gòu)，2.輔助制動器，3.電位計式制動踏板位置傳感器，4.電子油門，4-1加速踏板位置傳感器，4-2.加速踏板，5.離合操縱模擬器。

圖2中：1-3-1.底座，1-3-2.箱體，1-3-3.阻力彈簧，1-3-4.五擋與倒擋換擋軸，1-3-5.三擋與四擋換擋軸，1-3-6.一擋與二擋換擋軸，1-3-7.五擋與倒擋換擋撥塊，1-3-8.三擋與四擋換擋撥塊，1-3-9.一擋與二擋換擋撥塊，1-3-10.傳感器支座，1-3-11.換擋軸，1-3-12.換擋撥塊，1-3-13.變速操縱桿，1-3-14.錐形彈簧，1-3-15.變速操縱頂蓋。

圖3中：5-1.踏板，5-2.踏板臂，5-3.軸銷支座，5-4.離合操縱模擬器位移傳感器，5-5.踏板力模擬彈簧，5-6.離合操縱模擬器安裝底座。

具體實施方式

如圖1～4所示，一種基于小型純電動車的電動教練車操控模擬裝置包括變速操縱模擬器1、輔助制動器2、電位計式制動踏板位置傳感器3、電子油門4、離合操縱模擬器5和信號采集模塊6、電機轉(zhuǎn)速傳感器7、傾角傳感器8；所述變速操縱模擬器1安裝于原小型純電動車選擋控制器處，并將原小型純電動車的選擋控制器拆除；所述輔助制動器2安裝于副駕駛座位腳踏空間右側(cè)；所述電子油門4為原小型純電動車裝置，包括加速踏板位置傳感器4-1和加速踏板4-2；所述離合操縱模擬器5如傳統(tǒng)手動擋汽車一樣安裝于駕駛員腳踏空間左側(cè)；所述信號采集模塊6輸入端與相關(guān)傳感器相連，輸出端與電機控制器相連。

所述的變速操縱模擬器1包括擋位傳感器1-1、擋位信號處理單元1-2和變速操縱機械模擬機構(gòu)1-3；所有擋位傳感器1-1與所述擋位信號處理單元1-2電路連接，擋位信號處理單元1-2與所述信號采集模塊6電路連接；

所述擋位傳感器1-1安裝于變速操縱機械模擬機構(gòu)1-3上，采集變速操縱機械模擬機構(gòu)1-3的擋位信息，并由擋位信號處理單元1-2對擋位信息判斷處理，確定所掛擋位；

所述的變速操縱機械模擬機構(gòu)1-3包括底座1-3-1、箱體1-3-2、阻力彈簧1-3-3、五擋與倒擋換擋軸1-3-4、三擋與四擋換擋軸1-3-5、一擋與二擋換擋軸1-3-6、五擋與倒擋換擋撥塊1-3-7、三擋與四擋換擋撥塊1-3-8、一擋與二擋換擋撥塊1-3-9、傳感器支座1-3-10、換擋軸1-3-11、換擋撥塊1-3-12、變速操縱桿1-3-13、錐形彈簧1-3-14、變速操縱頂蓋1-3-15及相關(guān)連接件，模擬手動擋變速器的變速操縱裝置的換擋過程。

所述的輔助制動器2與制動踏板機械并聯(lián)，制動踏板與電位計式制動踏板位置傳感器3機械連接，制動踏板為原小型純電動車的制動裝置。

所述的離合操縱模擬器5包括踏板5-1、踏板臂5-2、軸銷支座5-3、離合操縱模擬器位移傳感器5-4、踏板力模擬彈簧5-5、離合操縱模擬器安裝底座5-6；踏板5-1通過螺栓固裝于踏板臂5-2上，踏板臂5-2上有三個軸孔，最下端軸孔通過軸銷與軸銷支座5-3間隙連接，中間軸孔連接離合操縱模擬器位移傳感器5-4，最上端軸孔通過彈簧聯(lián)接銷與踏板力模擬彈簧5-5連接，踏板力模擬彈簧5-5另一端連接離合操縱模擬器安裝底座5-6，軸銷支座5-3、離合操縱模擬器位移傳感器5-4分別通過螺栓固裝于離合操縱模擬器安裝底座5-6上，離合操縱模擬器安裝底座5-6通過螺栓安裝于駕駛員腳踏空間左側(cè)；

所述離合操縱模擬器位移傳感器5-4采用拉線式位移傳感器，并與信號采集模塊6電路相連，用于將表征駕駛員踩踏離合操縱模擬器踏板的行程和踏板運動速率的信息發(fā)送給信號采集模塊。

所述踏板力模擬彈簧5-5，模擬通過離合器換擋踩踏踏板時的阻力，兼顧回位彈簧的功能。

所述的信號采集模塊6具有六個輸入通道，分別連接擋位傳感器1-1、電位計式制動踏板位置傳感器3、加速踏板位置傳感器4-1、離合操縱模擬器位移傳感器5-5、電機轉(zhuǎn)速傳感器7、傾角傳感器8，輸出端與電機控制器9通過can總線連接，將從輸入通道采集到的各個信號濾波、放大處理，并進行分析判斷之后，發(fā)送給電機控制器9，進而控制電機10輸出。

所述的原小型純電動車電力驅(qū)動子系統(tǒng)包括電機控制器9、電機10、固定速比變速器11、差速器12、驅(qū)動軸13以及車輪14。

一種基于小型純電動車的電動教練車操控模擬裝置，與原小型純電動車相比區(qū)別在于，在啟動和換擋過程中，需要離合操縱模擬器踏板和變速操縱模擬器配合使用，具有以下六種工作模式。

(1)怠速模式

通過起動開關(guān)啟動時，檢測離合操縱模擬器踏板狀態(tài)和擋位信息，僅當離合操縱模擬器踏板被完全踩下或者空擋時，電機控制器控制電機啟動，當電機啟動轉(zhuǎn)速達到目標怠速轉(zhuǎn)速時，電機控制器控制電機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，并保持怠速轉(zhuǎn)速，否則控制電機停止運轉(zhuǎn)。

(2)正常啟動模式

電動教練車已經(jīng)處于怠速模式下，檢查制動踏板位置，若制動踏板被踩下，則采用坡起模式，否則進入正常啟動模式。

在正常啟動模式下，檢測擋位信息與離合操縱模擬器踏板位置狀態(tài)，若擋位為低擋位或倒擋，而且離合操縱模擬器踏板被完全踩下，電機控制器控制電機隨著離合操縱模擬器踏板慢慢抬起而增大扭矩輸出，使車輛起步，同時，若離合操縱模擬器踏板松的過快即踏板放松速率過大，則電機控制器停止驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動；若擋位為高擋位，或離合器未被完全踩下且已經(jīng)掛擋，當離合操縱模擬器踏板松開時電機控制器停止驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。

(3)換擋模式

在行駛過程換擋時，檢測離合操縱模擬器踏板位置狀態(tài)，若離合操縱模擬器踏板被完全踩下時，擋位升高或者降低，電機控制器隨著離合操縱模擬器踏板慢慢抬起而輸出對應(yīng)擋位的轉(zhuǎn)速和扭矩驅(qū)動信號；若離合操縱模擬器踏板未被踩下或未被完全踩下，擋位發(fā)生改變，則電機控制器停止驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。同時，在換擋的過程中，若離合操縱模擬器踏板松的過快即離合操縱模擬器踏板放松速率過大，或者采集到當前轉(zhuǎn)速與擋位不匹配，則電機控制器停止驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。

所述的對應(yīng)擋位的轉(zhuǎn)速和扭矩，以及所述的轉(zhuǎn)速與擋位匹配，是根據(jù)典型傳統(tǒng)燃油教練車的驅(qū)動力與行駛阻力曲線進行的控制，對應(yīng)擋位的轉(zhuǎn)速和扭矩是典型傳統(tǒng)燃油教練車驅(qū)動力曲線各個擋位所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍和扭矩范圍，轉(zhuǎn)速與擋位匹配是傳統(tǒng)燃油教練車各個換擋點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍。

(5)坡起模式

電動教練車已經(jīng)處于怠速模式下，檢查制動踏板位置，若制動踏板被踩下，則進入坡起模式。

在坡起模式下，檢測擋位信息與離合操縱模擬器踏板位置狀態(tài)，若擋位為低擋位，而且離合操縱模擬器踏板被完全踩下，電機控制器控制電機隨著離合操縱模擬器踏板慢慢抬起而增大扭矩輸出，當輸出扭矩達到目標扭矩范圍，制動踏板配合離合操縱模擬器踏板慢慢松開，使車輛起步，否則電機控制器停止驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動；若擋位為高擋位，或離合器未被完全踩下且已經(jīng)掛擋，當離合操縱模擬器踏板松開時電機控制器停止驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。同時，若離合操縱模擬器踏板或制動踏板松的過快即踏板放松速率過大，以及輸出扭矩未在目標扭矩范圍內(nèi)，則電機控制器停止驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。

所述目標扭矩范圍，根據(jù)汽車行駛方程式計算得到，在計算過程中，不考慮空氣阻力和加速阻力，計算公式為，

ttq為目標扭矩，n·m；g為作用于汽車上的重力，n；f為滾動阻力系數(shù)；α為道路坡度角，°；r為滾動半徑，m；i為主傳動比；ηt為傳動系效率。

(6)制動模式

在行駛過程中，檢測到離合操縱模擬器踏板與制動踏板同時被踩下，控制電機降低扭矩輸出，回收制動能，直至電動教練車停車，電機最終保持怠速轉(zhuǎn)速；若檢測到制動踏板被踩下，離合操縱模擬器踏板未被踩下或未被完全踩下，則電機控制器停止驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。