專利名稱：一種電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動汽車技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機車輛，尤其是汽車，其發(fā)展是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)最重大的成就之一。汽車為現(xiàn)代社會的發(fā)展，在滿足人們每天生活流動性的需求上已經(jīng)做出了重大貢獻(xiàn)。然而全世界大量汽車的應(yīng)用，已經(jīng)產(chǎn)生并正在繼續(xù)引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境與人類生存問題。近十年來，在與交通運輸相關(guān)的研究開發(fā)領(lǐng)域中，人們致力于發(fā)展高效、清潔和安全的運輸工具。電動汽車、混合動力汽車和燃料電池車已經(jīng)被代表性地提議為日后用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)車輛的運輸工具。
誤換擋對于運行車輛尤其是高速行駛的車輛有著重大的安全隱患，防止誤換擋的技術(shù)一直是車輛制造商極為關(guān)心的問題。通常電動汽車中作為動力源的電機是由逆變器驅(qū)動的，因此現(xiàn)有電動汽車的誤換擋保護措施一般是封鎖逆變器的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)輸出，從而關(guān)閉逆變器，進(jìn)而停止電機轉(zhuǎn)動。然而，此方法的主要缺陷在于，如果關(guān)閉逆變器前電機存在較大的轉(zhuǎn)矩輸出，則在逆變器關(guān)閉之后的短暫時間內(nèi)，電機內(nèi)的磁場還不會立即消失，而是逐漸衰減。磁場衰減過程中將會導(dǎo)致電機的劇烈震蕩，有可能造成事故。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有電動汽車的故障保護措施在存在大轉(zhuǎn)矩輸出時可能導(dǎo)致電機劇烈震蕩的缺陷，提供一種電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)和方法，在誤換擋狀態(tài)下進(jìn)行特定的轉(zhuǎn)矩輸出控制，以保障車輛運行平穩(wěn)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)，包括:電池組、逆變器、電機、油門踏板、制動踏板、檔位開關(guān)、信號采集單元、電機控制器和速度傳感器；所述電池組用于為所述逆變器供電以生成輸出電流驅(qū)動所述電機，所述信號采集單元用于采集所述油門踏板、制動踏板和檔位開關(guān)的油門深度、剎車深度和檔位狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送給所述電機控制器；所述速度傳感器用于采集所述電機的當(dāng)前速度給所述電機控制器；
所述電機控制器根據(jù)所述檔位狀態(tài)和所述當(dāng)前速度判斷電動汽車是否處于誤換擋狀態(tài)，若是則所 述電機控制器給定電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為零，并驅(qū)動所述逆變器控制所述電機的輸出轉(zhuǎn)矩向零衰減；否則根據(jù)當(dāng)前的油門深度、剎車深度和檔位狀態(tài)確定一目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動所述逆變器控制所述電機將輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)到該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。
在根據(jù)本發(fā)明所述的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)中，所述電機控制器進(jìn)一步包括:誤換擋判斷模塊，用于根據(jù)檔位狀態(tài)和所述當(dāng)前速度確定是否設(shè)置表示處于誤換擋狀態(tài)的誤換擋標(biāo)識；以及轉(zhuǎn)矩輸出模塊，用于在所述誤換擋判斷模塊設(shè)置了所述誤換擋標(biāo)識時驅(qū)動所述逆變器控制所述電機的輸出轉(zhuǎn)矩向零衰減；并在所述誤換擋判斷模塊未設(shè)置所述誤換擋標(biāo)識時，根據(jù)所述當(dāng)前的油門深度、剎車深度以及檔位狀態(tài)確定所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動所述逆變器控制所述電機將輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)到該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。
在根據(jù)本發(fā)明所述的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)中，所述轉(zhuǎn)矩輸出模塊包括轉(zhuǎn)矩濾波器，用于對目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行濾波以調(diào)節(jié)所述電機的輸出轉(zhuǎn)矩平緩變化；且所述轉(zhuǎn)矩濾波器在所述誤換擋判斷模塊設(shè)置了所述誤換擋標(biāo)識時濾波的時間系數(shù)小于未設(shè)置所述誤換擋標(biāo)識時濾波的時間系數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明所述的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)中，所述誤換擋判斷模塊在當(dāng)前的檔位狀態(tài)與上刻的檔位狀態(tài)發(fā)生切換且當(dāng)前速度大于預(yù)定的安全速度時，判斷電動汽車處于誤換擋狀態(tài)。
在根據(jù)本發(fā)明所述的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)中，所述檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋或倒檔，所述誤換擋判斷模塊在上刻的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為倒檔且電動汽車當(dāng)前速度大于一預(yù)定的前進(jìn)安全速度時，所述誤換擋判斷模塊確定電動汽車處于誤換擋狀態(tài)；在上刻的檔位狀態(tài)為倒檔而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋且當(dāng)前速度大于一預(yù)定的后退安全速度時，所述誤換擋判斷模塊確定電動汽車處于誤換擋狀態(tài)。
在根據(jù)本發(fā)明所述的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)中，所述預(yù)定的前進(jìn)安全速度小于所述預(yù)定的后退安全速度。
本發(fā)明還提供了一種電動汽車的誤換擋保護方法，包括以下步驟:誤換擋判斷步驟，即根據(jù)采集的檔位狀態(tài)和電機的當(dāng)前速度判斷電動汽車是否處于誤換擋狀態(tài)；以及轉(zhuǎn)矩輸出步驟，即于根據(jù)所述誤換擋判斷步驟的判斷結(jié)果，在電動汽車處于誤換擋狀態(tài)時給定電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為零，并驅(qū)動所述逆變器控制所述電機的輸出轉(zhuǎn)矩向零衰減；否則根據(jù)當(dāng)前的油門深度、剎車深度和檔位狀態(tài)確定一目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動所述逆變器控制所述電機將輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)到該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。
在根據(jù)本發(fā)明所述的電動汽車的誤換擋保護方法中，所述轉(zhuǎn)矩輸出步驟中包含通過轉(zhuǎn)矩濾波器對目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行濾波以調(diào)節(jié)所述電機的輸出轉(zhuǎn)矩平緩變化的步驟，且所述轉(zhuǎn)矩濾波器在屬于處于誤換擋狀態(tài)時濾波的時間系數(shù)小于不處于誤換擋狀態(tài)時濾波的時間系數(shù)。
在根據(jù)本發(fā)明所述的電動汽車的誤換擋保護方法中，所述誤換擋判斷步驟中在當(dāng)前的檔位信息狀態(tài)與上刻的檔位狀態(tài)發(fā)生切換且當(dāng)前速度大于預(yù)定的安全速度時，確定電動汽車處于誤換擋狀態(tài)。
在根據(jù)本發(fā)明所述的電動汽車的誤換擋保護方法中，所述誤換擋判斷步驟中采集的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋或倒檔，所述誤換擋判斷步驟中在上刻的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為倒檔且電動汽車當(dāng)前速度大于一預(yù)定的前進(jìn)安全速度時，確定電動汽車處于誤換擋狀態(tài)；所述誤換擋判斷步驟中在上刻的檔位狀態(tài)為倒檔而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋且當(dāng)前速度大于一預(yù)定的后退安全速度時，確定電動汽車處于誤換擋狀態(tài)。
實施本發(fā)明的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)和方法，具有以下有益效果:本發(fā)明通過采集的檔位狀態(tài)和電機的當(dāng)前速度判斷是否處于誤換擋狀態(tài)，是則給定電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為零，并控制電機動力衰減，否則控制電機正常運轉(zhuǎn)，有效地避免了誤換擋時存在大輸出電流波動導(dǎo)致的電機劇烈震蕩，確保了車輛的行駛安全。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)的原理圖2為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)中電機控制器的模塊不意圖3為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)的工作時序圖4為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電動汽車的誤換擋保護方法的流程圖5為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電動汽車的電子誤換擋保護方法的邏輯方框圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
請參閱圖1，為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)的原理圖。如圖1所示，該電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)至少包括:電池組10、逆變器20、電機30、油門踏板40、制動踏板50、檔位開關(guān)60、信號采集單元70、電機控制器80和速度傳感器90。其中，電池組10用于為逆變器20提供直流電，經(jīng)過逆變器20進(jìn)行逆變后產(chǎn)生輸出電流以驅(qū)動電機30。信號采集單元70則用于分別采集油門踏板40、制動踏板50和檔位開關(guān)60的油門深度、剎車深度和檔位狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送給電機控制器80。速度傳感器90安裝的電機30處，用于采集電機30運轉(zhuǎn)的當(dāng)前速度給電機控制器80。信號采集單元70和速度傳感器90均可以在電機控制器80在控制下實現(xiàn)信號的采集。
本發(fā)明所采用的電機30的控制方法是采用基于轉(zhuǎn)子磁場定向的閉環(huán)矢量控制方法以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制，根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩控制給定電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)送入逆變器20的脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)波，逆變器20輸出對應(yīng)電流控制電機30的輸出轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明主要通過電機控制器80實現(xiàn)電動汽車的電子誤換擋保護控制。首先電機控制器80根據(jù)獲取的檔位狀態(tài)和當(dāng)前速度判斷電動汽車是否處于誤換擋狀態(tài)時，是則開啟誤換擋狀態(tài)保護模式，給定電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為零，即設(shè)置目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為0，并通過運算生成對應(yīng)PWM信號驅(qū)動逆變器20的各個開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷，進(jìn)而生成對應(yīng)電流控制電機30的輸出轉(zhuǎn)矩快速向零衰減。在此時，電機控制器80不再獲取油門踏板40和制動踏板50的油門深度和剎車深度，也就是說封鎖了映射自油門深度的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩或者映射自剎車深度的制動轉(zhuǎn)矩，使得油門深度和輸出深度映射而來的轉(zhuǎn)矩自動清除為O。電機控制器80不再利用該驅(qū)動轉(zhuǎn)矩、制動轉(zhuǎn)矩及檔位狀態(tài)確定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，也就是油門踏板40和制動踏板50將在誤換擋狀態(tài)保護模式下短暫失效，電機30的輸出轉(zhuǎn)矩快速衰減至O。優(yōu)選地，該系統(tǒng)還可以通過與電機控制器80通過CAN (控制器局域網(wǎng)絡(luò))連接的儀表100，在處于誤換檔狀態(tài)時進(jìn)行報警提示存在誤換檔故障。
當(dāng)電機控制器80根據(jù)獲取的檔位狀態(tài)和當(dāng)前速度判斷電動汽車不處于誤換擋狀態(tài)時，退出誤換擋狀態(tài)保護模式，實現(xiàn)正常運轉(zhuǎn)，解除對驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和制動轉(zhuǎn)矩的封鎖。電機控制器80將根據(jù)獲取的當(dāng)前的油門深度、剎車深度和檔位狀態(tài)確定一目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并生成對應(yīng)PWM信號驅(qū)動逆變器20控制電機30將輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)到該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，以實現(xiàn)正常運轉(zhuǎn)。
為使車輛運行平穩(wěn)，電機30輸出轉(zhuǎn)矩就需要平緩，相應(yīng)地逆變器20的輸出電流也需要平緩，因此本發(fā)明的電機控制器80將通過轉(zhuǎn)矩濾波器對目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行濾波以控制給定電流變化平緩，也使得電機30的輸出轉(zhuǎn)矩平緩變化。進(jìn)一步地，本發(fā)明在處于誤換擋狀態(tài)時濾波的時間系數(shù)小于不處于誤換擋狀態(tài)時濾波的時間系數(shù)。例如，車輛正常行駛(驅(qū)動或制動)時，車輛的驅(qū)動力或者制動力需要更為平滑(即濾波的時間系數(shù)大)；當(dāng)存在誤換擋故障即處于誤換擋狀態(tài)時，我們需要車輛盡快脫離故障風(fēng)險，但又不能使車輛由當(dāng)前大轉(zhuǎn)矩給定狀態(tài)直接關(guān)斷輸出，因為這可能會導(dǎo)致電機氣隙磁場中存在的能量不能迅速釋放，會引起電流的波動，進(jìn)而導(dǎo)致電機的震蕩。因此此時我們需要將給定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩快速衰減到轉(zhuǎn)矩為O (即濾波的時間系數(shù)小)，以擺脫可能存在的風(fēng)險。該輸出轉(zhuǎn)矩為O意味車輛已經(jīng)沒有動力了，處于靜止或自由滑行狀態(tài)。
請參閱圖2，為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)中電機控制器的模塊示意圖。如圖2所示，該電機控制器80進(jìn)一步包括:誤換擋判斷模塊81和轉(zhuǎn)矩輸出模塊82。
其中，誤換擋判斷模塊81用于根據(jù)獲取的檔位狀態(tài)和當(dāng)前速度確定是否設(shè)置表示處于誤換擋狀態(tài)的誤換擋標(biāo)識。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，誤換擋判斷模塊81可以在當(dāng)前的檔位狀態(tài)與上刻的檔位狀態(tài)發(fā)生切換且電動汽車的當(dāng)前速度大于安全速度時，確定處于誤換擋狀態(tài)，在檔位狀態(tài)恢復(fù)或者當(dāng)前速度降至預(yù)定的安全速度時退出誤換擋狀態(tài)。該當(dāng)前速度和預(yù)定的安全速度是指速度的絕對值。一般而言，當(dāng)前檔位狀態(tài)保持一段時間為前進(jìn)擋時，相應(yīng)的當(dāng)前速度也為前進(jìn)方向的速度，當(dāng)前檔位狀態(tài)保持一段時間為倒檔時，相應(yīng)地當(dāng)前速度也為后退方向的速度。具體地，本發(fā)明主要針對具有前進(jìn)擋和倒檔的電動汽車，因此獲取的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋或者倒檔。誤換擋判斷模塊81在上刻的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為倒檔，并且電動汽車的當(dāng)前速度大于一預(yù)定的前進(jìn)安全速度時，判斷處于誤換擋狀態(tài)。誤換擋判斷模塊81還在上刻的檔位狀態(tài)為倒檔而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋，并且當(dāng)前速度大于一預(yù)定的后退安全速度時，判斷處于誤換擋狀態(tài)。當(dāng)判斷處于誤換擋狀態(tài)時，如果檔位狀態(tài)恢復(fù)或者當(dāng)前速度降低至預(yù)定的安全速度，則判斷退出誤換擋狀態(tài)。優(yōu)選地，預(yù)定的前進(jìn)安全速度小于預(yù)定的后退安全速度。也即前進(jìn)時只有速度降到一個更小的安全速度下，才允許進(jìn)行換擋操作，切換為倒檔；而倒退時可以在降到一個較大速度時就允許進(jìn)行換擋操作，切換為前進(jìn)檔；這是由于在前進(jìn)檔時駕駛員操作的安全性更高，而倒檔時駕駛員操作的危險性稍高些。
請參閱圖3，為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)的工作時序圖。如圖3所示，從上至下依次給出了當(dāng)前檔位狀態(tài)、當(dāng)前速度狀態(tài)、誤換擋標(biāo)識和有效檔位的時序曲線。當(dāng)前的檔位狀態(tài)分為前進(jìn)擋和倒檔兩種狀態(tài)。當(dāng)前速度狀態(tài)分為三種狀態(tài):速度大于前進(jìn)的安全速度(即速度〉B，且B>0)，速度大于后退的安全速度(即速度〈A，且Α〈0)，Α〈速度〈B。
在Tl時刻，汽車由前進(jìn)擋切換至倒檔，并且，當(dāng)前速度大于前進(jìn)的安全速度B，因此誤換擋判斷模塊81判斷處于誤換擋狀態(tài)，設(shè)置誤換擋標(biāo)識為有效。雖然此時檔位開關(guān)已經(jīng)切換到倒檔，但是由于給定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為0，因此系統(tǒng)仍然處于前進(jìn)擋的狀態(tài)，即有效檔位為前進(jìn)擋。直至T2時刻，誤換擋判斷模塊81檢測到當(dāng)前的檔位狀態(tài)由倒檔切換回前進(jìn)擋，雖然此時當(dāng)前速度仍然大于前進(jìn)的安全速度B，但是已不滿足誤換擋狀態(tài)，誤換擋判斷模塊81設(shè)置誤換擋標(biāo)識為無效，并且解除對油門轉(zhuǎn)矩和制動轉(zhuǎn)矩的封鎖，有效檔位為當(dāng)前檔位狀態(tài)即前進(jìn)擋。在T3時刻，雖然汽車再次由前進(jìn)擋切換至倒檔，但是由于之前轉(zhuǎn)矩衰減的作用當(dāng)前速度已經(jīng)降至A〈速度〈B，因此不滿足誤換擋狀態(tài)，誤換擋判斷模塊81仍然設(shè)置誤換擋標(biāo)識為無效。有效檔位為當(dāng)前檔位狀態(tài)即倒擋。在T4時刻，汽車由倒檔切換至前進(jìn)擋，并且由于之前持續(xù)倒檔的作用當(dāng)前速度已經(jīng)處于速度〈A的狀態(tài)，因此判斷處于誤換擋狀態(tài)，設(shè)置誤換擋標(biāo)識為有效。有效檔位為切換前檔位狀態(tài)即倒擋。在T5時刻，由于輸出轉(zhuǎn)矩的衰減，汽車的速度在減小，當(dāng)前速度降至A〈速度〈B，因此不滿足誤換擋狀態(tài)，誤換擋判斷模塊81設(shè)置誤換擋標(biāo)識為無效。有效檔位為當(dāng)前檔位狀態(tài)即前進(jìn)擋。在T6時刻，汽車再次由前進(jìn)擋切換至倒檔，并且由于之前持續(xù)前進(jìn)擋的作用當(dāng)前速度已經(jīng)處于速度>B的狀態(tài)，因此判斷處于誤換擋狀態(tài)，設(shè)置誤換擋標(biāo)識為有效。有效檔位為切換前檔位狀態(tài)即前進(jìn)擋。在T7時刻，由于輸出轉(zhuǎn)矩的衰減，汽車的速度在減小，當(dāng)前速度降至A〈速度〈B，因此不滿足誤換擋狀態(tài)，誤換擋判斷模塊81設(shè)置誤換擋標(biāo)識為無效。有效檔位為當(dāng)前檔位狀態(tài)即倒檔。同樣地，在T8和T9時刻，誤換擋判斷模塊81再次判斷處于誤換擋狀態(tài)和退出誤換擋狀態(tài)。再參照圖2，其中轉(zhuǎn)矩輸出模塊82用于在誤換擋判斷模塊81設(shè)置了誤換擋標(biāo)識，即誤換擋標(biāo)識有效時產(chǎn)生目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為零對應(yīng)的PWM信號驅(qū)動逆變器20控制電機30的輸出轉(zhuǎn)矩向零衰減。轉(zhuǎn)矩輸出模塊82在誤換擋判斷模塊81未設(shè)置誤換擋標(biāo)識，即誤換擋標(biāo)識無效時，根據(jù)油門深度、剎車深度以及檔位狀態(tài)確定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，以產(chǎn)生對應(yīng)PWM信號驅(qū)動逆變器20控制電機30將輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)到該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，以保障電機的正常運轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)矩輸出模塊82在根據(jù)油門深度、剎車深度以及檔位狀態(tài)確定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩時，首先對油門深度和剎車深度進(jìn)行轉(zhuǎn)矩映射，即將油門深度(0-100%)對應(yīng)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩值(O-最大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩)，該驅(qū)動轉(zhuǎn)矩值大于0，并將剎車深度(0-100%)對應(yīng)轉(zhuǎn)換為制動轉(zhuǎn)矩值(O-最大制動轉(zhuǎn)矩),該制動轉(zhuǎn)矩值小于O。如前所述，為使車輛運行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩輸出模塊82中將進(jìn)一步包含轉(zhuǎn)矩濾波器，用于對目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行濾波以控制給定電流變化平緩，也使得電機30的輸出轉(zhuǎn)矩平緩變化。該轉(zhuǎn)矩濾波器在存在誤換擋標(biāo)識時濾波的時間系數(shù)小于不存在誤換擋標(biāo)識時濾波的時間系數(shù)。轉(zhuǎn)矩濾波器為: S (n) =S (η-1) +M (η) - [S (η-1) + (2Τ)]；P (η) =S (η)) + (2Τ);其中，M(η)為η時刻給定的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，濾波器的輸入；P (η)為η時刻的輸出轉(zhuǎn)矩，濾波器的輸出，也即由該值計算逆變器20對應(yīng)的輸出電流；S (η)和S (n-Ι)分別為η和η_1時刻的濾波器基數(shù)；T為濾波的時間常數(shù)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在存在誤換擋標(biāo)識時設(shè)置濾波的時間系數(shù)為4，當(dāng)不存在誤換擋標(biāo)識時設(shè)置濾波的時間系數(shù)為8，這樣可以控制輸出轉(zhuǎn)矩的變化快慢。
請參閱圖4，為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電動汽車的誤換擋保護方法的流程圖。該方法可以應(yīng)用到如圖1所示的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)。如圖4所示，本發(fā)明提供的電動汽車的誤換擋保護方法開始于步驟S401 ；隨后，在步驟S402中，執(zhí)行誤換擋判斷步驟，即根據(jù)采集的檔位狀態(tài)和電機的當(dāng)前速度判斷電動汽車是否處于誤換擋狀態(tài)，是則轉(zhuǎn)步驟S403，否則轉(zhuǎn)步驟S404。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，該步驟可以通過前述電機控制器80的誤換擋判斷模塊81來實現(xiàn)，可以在當(dāng)前的檔位狀態(tài)與上刻的檔位狀態(tài)發(fā)生切換且當(dāng)前速度大于預(yù)定的安全速度時，確定電動汽車處于誤換擋狀態(tài)，設(shè)立誤換擋標(biāo)識有效，在檔位狀態(tài)恢復(fù)或者當(dāng)前速度降至預(yù)定的安全速度時退出誤換擋狀態(tài)。具體地，本發(fā)明主要針對具有前進(jìn)擋和倒檔的電動汽車，因此獲取的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋或者倒檔。該步驟在上刻的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為倒檔，并且電動汽車的當(dāng)前速度大于預(yù)定的前進(jìn)安全速度時，判斷處于誤換擋狀態(tài)。該步驟還上刻的檔位狀態(tài)為倒檔而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋，并且當(dāng)前速度大于預(yù)定的后退安全速度時，判斷處于誤換擋狀態(tài)。當(dāng)判斷處于誤換擋狀態(tài)時，如果檔位狀態(tài)恢復(fù)或者當(dāng)前速度降低至預(yù)定的安全速度，則判斷退出誤換擋狀態(tài)。優(yōu)選地，預(yù)定的前進(jìn)安全速度小于預(yù)定的后退安全速度。隨后，在步驟S403和步驟S404中，執(zhí)行轉(zhuǎn)矩輸出步驟，用于根據(jù)誤換擋判斷步驟的判斷結(jié)果執(zhí)行對應(yīng)操作。 其中，在步驟S403中，在判斷處于誤換擋狀態(tài)時驅(qū)動所述逆變器20控制電機30將輸出轉(zhuǎn)矩降為零，即給定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為零以產(chǎn)生對應(yīng)PWM信號驅(qū)動逆變器20控制電機30。在此時，電機控制器80不再獲取油門踏板40和制動踏板50的油門深度和剎車深度，也就是說封鎖了映射自油門深度的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩或者映射自剎車深度的制動轉(zhuǎn)矩，使得油門深度和輸出深度映射而來的轉(zhuǎn)矩自動清除為0，電機30的輸出轉(zhuǎn)矩快速衰減至O。在步驟S404中，在判斷不處于誤換擋狀態(tài)時根據(jù)當(dāng)前的油門深度、剎車深度和檔位狀態(tài)確定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動逆變器20控制電機30將轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)到該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，即產(chǎn)生對應(yīng)PWM信號驅(qū)動逆變器20控制電機30正常運轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的一些實施例中，該步驟S403和步驟S404可以采用前述電機控制器80的轉(zhuǎn)矩輸出模塊82來實現(xiàn)。在本發(fā)明的另一些實施例中，該步驟S403和步驟S404也可以分別通過不同的單元來實現(xiàn)。為使車輛運行平穩(wěn)，在轉(zhuǎn)矩輸出步驟中將通過轉(zhuǎn)矩濾波器對目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行濾波以控制給定電流變化平緩，也使得電機30的輸出轉(zhuǎn)矩平緩變化。進(jìn)一步地，本發(fā)明在處于誤換擋狀態(tài)時濾波的時間系數(shù)小于不處于誤換擋狀態(tài)時濾波的時間系數(shù)。請參閱圖5，為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電動汽車的誤換擋保護方法的軟件流程圖。如圖5所示，該軟件流程開始于步驟S501 ；隨后，在步驟S502中，檢測當(dāng)前檔位狀態(tài)與上刻的檔位狀態(tài)是否相同，實是則轉(zhuǎn)步驟S505，否則轉(zhuǎn)步驟S503 ；在步驟S503中，檢測當(dāng)前檔位狀態(tài)是否為前進(jìn)擋且當(dāng)前速度是否小于A，即大于預(yù)定的后退安全速度，是則轉(zhuǎn)步驟S506，否則轉(zhuǎn)步驟S504;在步驟S504中，檢測當(dāng)前檔位狀態(tài)是否為倒檔，且當(dāng)前速度大于B，即大于預(yù)定的前進(jìn)安全速度，是則轉(zhuǎn)步驟S506，否則轉(zhuǎn)步驟S505 ；在步驟S505中，設(shè)置誤換擋標(biāo)識為無效；
在步驟S506中，設(shè)置誤換擋標(biāo)識為有效。以上步驟為前述誤換擋判斷步驟，隨后開始執(zhí)行轉(zhuǎn)矩輸出步驟。在步驟S507中，判斷誤換擋標(biāo)識是否有效？是則轉(zhuǎn)步驟S508，否則轉(zhuǎn)步驟S509 ；在步驟S508中，控制電機的輸出轉(zhuǎn)矩向零衰減，即給定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為0，并設(shè)置濾波的時間常數(shù)為較小的值，以使輸出轉(zhuǎn)矩快速衰減。在一個優(yōu)選實施例中，將該濾波的時間常數(shù)設(shè)置為4。在步驟S509中，根據(jù)當(dāng)前的油門深度、剎車深度和檔位狀態(tài)確定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并設(shè)置濾波的時間常數(shù)為較大的值，以保障汽車正常運轉(zhuǎn)時的平緩變化。在一個優(yōu)選實施例中，將該濾波的時間常數(shù)設(shè)置為8。在步驟S510中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩濾波器濾波的轉(zhuǎn)矩輸出PWM信號給逆變器20，進(jìn)而驅(qū)動電機30。綜上所述，本發(fā)明特別適用于電動汽車通常僅有兩檔(前進(jìn)檔和倒檔)切換和電機無級變速的特性，從電機控制的角度出發(fā)，在不增加硬件成本和駕駛員操作復(fù)雜度的前提下，通過在誤換擋模式下執(zhí)行特殊的轉(zhuǎn)矩輸出控制策略，既能確保車輛的行駛安全避免安全隱患，又能使車輛運行平穩(wěn)。應(yīng)該說明地是，本發(fā)明提供的電動汽車的誤換擋保護方法和系統(tǒng)所采用的原理和流程相同，因此對電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)的各個實施例的詳細(xì)闡述也適用于電動汽車的誤換擋保護方法。本發(fā)明是根據(jù)特定實施例進(jìn)行描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白在不脫離本發(fā)明范圍時，可進(jìn)行各種變化和等同替換。此外，為適應(yīng)本發(fā)明技術(shù)的特定場合或材料，可對本發(fā)明進(jìn)行諸多修改而不脫離其保護范圍。因此，本發(fā)明并不限于在此公開的特定實施例，而包括所有落入到權(quán)利要求保護范圍的實施例。
權(quán)利要求
1.一種電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)，其特征在于，包括電池組、逆變器、電機、油門踏板、制動踏板、檔位開關(guān)、信號采集單元、電機控制器和速度傳感器；所述電池組用于為所述逆變器供電以生成輸出電流驅(qū)動所述電機，所述信號采集單元用于采集所述油門踏板、制動踏板和檔位開關(guān)的油門深度、剎車深度和檔位狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送給所述電機控制器；所述速度傳感器用于采集所述電機的當(dāng)前速度給所述電機控制器； 所述電機控制器根據(jù)所述檔位狀態(tài)和所述當(dāng)前速度判斷電動汽車是否處于誤換擋狀態(tài)，若是則所述電機控制器給定電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為零，并驅(qū)動所述逆變器控制所述電機的輸出轉(zhuǎn)矩向零衰減；否則根據(jù)當(dāng)前的油門深度、剎車深度和檔位狀態(tài)確定一目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動所述逆變器控制所述電機將輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)到該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)，其特征在于，所述電機控制器進(jìn)一步包括: 誤換擋判斷模塊，用于根據(jù)檔位狀態(tài)和所述當(dāng)前速度確定是否設(shè)置表示處于誤換擋狀態(tài)的誤換擋標(biāo)識； 轉(zhuǎn)矩輸出模塊，用于在所述誤換擋判斷模塊設(shè)置了所述誤換擋標(biāo)識時驅(qū)動所述逆變器控制所述電機的輸出轉(zhuǎn)矩向零衰減；并在所述誤換擋判斷模塊未設(shè)置所述誤換擋標(biāo)識時，根據(jù)所述當(dāng)前的油門深度、剎車深度以及檔位狀態(tài)確定所述目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動所述逆變器控制所述電機將輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)到該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩輸出模塊包括轉(zhuǎn)矩濾波器，用于對目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行濾波以調(diào)節(jié)所述電機的輸出轉(zhuǎn)矩平緩變化；且所述轉(zhuǎn)矩濾波器在所述誤換擋判斷模塊設(shè)置了所述誤換擋標(biāo)識時濾波的時間系數(shù)小于未設(shè)置所述誤換擋標(biāo)識時濾波的時間系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)，其特征在于，所述誤換擋判斷模塊在當(dāng)前的檔位狀態(tài)與上刻的檔位狀態(tài)發(fā)生切換且當(dāng)前速度大于預(yù)定的安全速度時，判斷電動汽車處于誤換擋狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)，其特征在于，所述檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋或倒檔，所述誤換擋判斷模塊在上刻的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為倒檔且電動汽車當(dāng)前速度大于一預(yù)定的前進(jìn)安全速度時，所述誤換擋判斷模塊確定電動汽車處于誤換擋狀態(tài)；在上刻的檔位狀態(tài)為倒檔而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋且當(dāng)前速度大于一預(yù)定的后退安全速度時，所述誤換擋判斷模塊確定電動汽車處于誤換擋狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要 求5所述的電動汽車的誤換擋保護系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定的前進(jìn)安全速度小于所述預(yù)定的后退安全速度。
7.一種電動汽車的誤換擋保護方法，其特征在于，包括以下步驟: 誤換擋判斷步驟，即根據(jù)采集的檔位狀態(tài)和電機的當(dāng)前速度判斷電動汽車是否處于誤換擋狀態(tài)； 轉(zhuǎn)矩輸出步驟，即根據(jù)所述誤換擋判斷步驟的判斷結(jié)果，在電動汽車處于誤換擋狀態(tài)時給定電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為零，并驅(qū)動所述逆變器控制所述電機的輸出轉(zhuǎn)矩向零衰減；否則根據(jù)當(dāng)前的油門深度、剎車深度和檔位狀態(tài)確定一目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動所述逆變器控制所述電機將輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)到該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動汽車的誤換擋保護方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩輸出步驟中包含通過轉(zhuǎn)矩濾波器對目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行濾波以調(diào)節(jié)所述電機的輸出轉(zhuǎn)矩平緩變化的步驟，且所述轉(zhuǎn)矩濾波器在處于誤換擋狀態(tài)時濾波的時間系數(shù)小于不處于誤換擋狀態(tài)時濾波的時間系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動汽車的誤換擋保護方法，其特征在于，所述誤換擋判斷步驟中在當(dāng)前的檔位狀態(tài)與上刻的檔位狀態(tài)發(fā)生切換且當(dāng)前速度大于預(yù)定的安全速度時，判斷電動汽車處于誤換擋狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動汽車的誤換擋保護方法，其特征在于，所述誤換擋判斷步驟中采集的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋或倒檔，所述誤換擋判斷步驟中在上刻的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為倒檔且電動汽車當(dāng)前速度大于一預(yù)定的前進(jìn)安全速度時，確定電動汽車處于誤換擋狀態(tài)；所述誤換擋判斷步驟中在上刻的檔位狀態(tài)為倒檔而當(dāng)前的檔位狀態(tài)為前進(jìn)擋且當(dāng)前速度大于一預(yù)定的后`退安全速度時，確定電動汽車處于誤換擋狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動汽車的電子誤換擋保護系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括電池組、逆變器、電機、油門踏板、制動踏板、檔位開關(guān)、信號采集單元、電機控制器和速度傳感器；電機控制器根據(jù)獲取的檔位狀態(tài)和當(dāng)前速度判斷是否處于誤換擋狀態(tài)，是則給定電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為零，并驅(qū)動逆變器控制電機的輸出轉(zhuǎn)矩向零衰減；否則根據(jù)獲取的當(dāng)前的油門深度、剎車深度和檔位狀態(tài)確定一目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并控制電機將輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)到該目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明通過采集的檔位狀態(tài)和電機的當(dāng)前速度判斷是否處于誤換擋狀態(tài)，是則給定電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為零控制電機動力衰減，否則控制電機正常運轉(zhuǎn)，有效地避免了誤換擋時存在大輸出電流波動導(dǎo)致的電機劇烈震蕩，確保了車輛的行駛安全。
文檔編號B60W10/105GK103144635SQ20131006030
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者晉孝龍, 劉波 申請人:蘇州匯川技術(shù)有限公司, 蘇州默納克控制技術(shù)有限公司, 深圳市匯川技術(shù)股份有限公司