专利名称：电动车辆坡道安全起步控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车起步安全控制系统，更确切地，涉及一种电动汽车坡道安全 起步控制系统。
背景技术：
当前全球面临着能源短缺的危机，并且大气污染也是急待解决的难题。这两大问 题直接威胁着传统交通工具——内燃机汽车的可持续发展。而以电动汽车为代表的新能源 汽车是人类解决这一危机的主要途径。在此形势下，世界各国的汽车制造商都投入了大量 资金开发电动汽车，并且已经制造出一批样车。但从目前的使用情况看，电动汽车在坡道上 启动时，驾驶员在踩油门的同时还要进行制动操纵，而且需要良好的协调，否则电动汽车极 易发生溜坡现象，对车辆行驶安全造成极大的危害。根据相关市场调查表明，电动汽车在坡 道启动时，有超过60 %的驾驶员发生过溜坡现象，溜坡距离可达lm左右，这对驾驶员心理 造成极大的恐慌，也阻碍电动汽车得到消费者的广泛以可
发明内容
本发明的目的是为了解决电动汽车坡道启动时极易发生的溜坡问题，提供一种电 动车辆坡道安全起步控制系统，此系统通过CAN总线与电动汽车整车控制器，驱动电机控 制器及自动变速器控制器相连，配合使用，有效避免电动车辆在坡道上起步时发生的溜坡 现象，大大提高行车安全性。而且，该系统采用相关控制算法即可解决问题，不需额外增加 硬件及机械系统，有利于控制成本。本系统不单对电动汽车适用，对所有动力系统采用了驱动电机的车辆均适用。本发明提供的电动车辆坡道安全起步控制系统包括整车控制器、驱动电机控制 器、自动变速器控制器、手柄档位采集系统。其中，整车控制器采集油门开度信号。自动变 速器控制器用于采集车速信号、拨叉1档位置信号、拨叉空挡位置信号和拨叉2档位置信 号。手柄档位采集系统用于采集驻车档位置信号、倒车档位置信号、空档位置信号和行驶档 位置信号。整车控制器、驱动电机控制器、自动变速器控制器、手柄档位采集系统之间通过 CAN总线实现信息交换。其中，自动变速器控制器把采集到的车速信号和当前手柄档位信号 发给整车控制器。当电动汽车起步时，驾驶员把手柄位置切换到行驶档(D档)，自动变速器控制器 发出指令，把拨叉位置调到1档。驾驶员踩下油门时，整车控制器根据油门开度信号和车速 信号，利用制定好的驱动电机控制策略，计算出当前需要的转矩，并把转矩信号发给驱动电 机控制器，驱动电机控制器根据得到的转矩信号发出所需的转矩。于是电动汽车开始启动 行驶。如果需要怠速时，驾驶员把手柄位置调到空档(N档)，驱动电机控制器发出指令， 让驱动电机进入自由模式，不输出转矩，然后自动变速器控制器发出指令，把拨叉位置调到空挡，于是电动汽车进入怠速状态。当需要换挡时，自动变速器控制器根据油门开度信号和车速信号判断目标档位， 然后通过CAN总线向驱动电机控制器发出指令，让驱动电机进入自由模式，不输出转矩，并 调到目标转速，换挡执行机构开始工作，让拨叉进入到目标档位，然后驱动电机控制器给电 机发出指令，让电机进入转矩模式，对外输出转矩，于是完成整个换挡过程。当电动汽车在坡道上启动时，驾驶员把手柄由驻车档(P档)切换到行驶档(D 档)，拨叉就运行到1档，于是动力系统与车辆传动系统连为一体。整车控制器根据当前驱 动电机控制器输出的转矩，利用拨叉档位信号得到的传动系统传动比参数以及存储在整车 控制器中的整车质量及道路摩擦系数等相关参数实时计算出车辆在平坦道路上行驶时应 有的车辆加速度。同时整车控制器不断根据车速信号进行计算，得出当前的车辆实际加速 度。车辆的实际加速度也可以直接由加速度传感器采集得出。整车控制器再对计算所得的 车辆在平坦道路上行驶时应有的车辆加速度与当前车辆实际加速度进行比较，计算出当前 的道路坡度值。整车控制器再根据计算所得的道路坡度值计算出为克服电动车辆溜坡所需 的转矩，并把此转矩信号发送给驱动电机控制器(5)。当驾驶员踩下油门时，整车控制器根据油门开度信号和车速信号计算出驱动电机 转矩。如果计算所得的驱动电机转矩小于为克服电动车辆溜坡所需的转矩，则整车控制器 认为驱动电机应当输出为克服电动车辆溜坡所需的转矩；如果整车控制器根据油门开度信 号和车速信号计算所得的驱动电机转矩大于为克服电动车辆溜坡所需的转矩，那么整车控 制器认为驱动电机应当输出根据油门开度计算所得到的转矩。整车控制器再把输出转矩指 令通过CAN总线发给驱动电机控制器，于是驱动电机输出相应的转矩。从而达到避免车辆 在上坡路面启动时发生溜坡现象的效果。
图1是根据本发明的电动车辆坡道安全起步控制系统的组成示意图。图2是根据本发明的电动车辆坡道安全起步控制系统的控制算法流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。参照图1和图2，所述电动车辆坡道安全起步控制系统包括整车控制器3、驱动电 机控制器5、自动变速器控制器6、手柄档位采集系统11。整车控制器3用于采集油门开度 信号1。自动变速器控制器6用于采集车速信号2、拨叉1档位置信号12、拨叉空挡位置信 号13和拨叉2档位置信号14。手柄档位采集系统11用于采集驻车档(P档)位置信号7、 倒车档(R档)位置信号8、空档(N档)位置信号9和行驶档(D档)位置信号10。所述的整车控制器3用于采集的油门开度信号1，并接收由自动变速器控制器6采 集，经CAN总线发送的当前车速信号2。整车控制器3包含相关控制算法，能根据车速信号 2和油门开度信号1计算得出车辆在平坦路面行驶时应有的车辆加速度和车辆当前的实际 加速度，通过比较这两个加速度能计算出当前坡度值。整车控制器3再根据当前坡度值计 算出防止车辆溜坡所需的转矩，并通过CAN总线把上述转矩信息发给驱动电机控制器5。所述自动变速器控制器6用于采集车速信号2和拨叉位置信号，并接收由手柄档位采集系统11采集，经CAN总线发送的手柄档位信号。当车辆需要换挡时，自动变速器控 制器6通过CAN总线发出指令给驱动电机控制器5，让驱动电机进入自由模式，协助自动变 速器进行换挡。所述手柄档位采集系统11采集当前手柄位置信号，并通过CAN总线发给自动变速 器控制器6和驱动电机控制器5。所述的驱动电机控制器5接受自动变速器控制器6，整车控制器3和手柄档位采集 系统11的信号，使驱动电机在发出转矩，或者在自由模式，转矩模式乃至停止工作模式间 切换，并实时发出转速和转矩信号。当电动车辆起步时，驾驶员把换挡手柄从驻车档(P档)移到行驶档(D档)，于是 自动变速器控制器发出指令，把自动变速器档位切换到1档。驾驶员踩下油门时，驱动电机 开始输出转矩，当驱动力矩大于阻力矩时电动车辆开始起步。但是当驾驶员在坡道向上起 步时，开始驱动力小于坡道阻力和摩擦阻力，车辆会向后滑动，发生溜坡现象，直到驱动力 足够大时，溜坡现象才会消失。为了消除电动车辆在坡道上起步溜车的现象，所述的电动车辆坡道安全起步控制 系统引入一种坡道识别系统，利用驱动电机比较容易控制转矩的特点，让整车控制器计算 出当前坡度并计算出为防止溜坡所需的转矩，最后电机控制器发出相应转矩指令，使车辆 在坡道条件下能平稳起步。整车控制器3根据当前驱动电机控制器5输出的转矩，利用拨叉档位信号得到的 传动系统传动比参数以及存储在整车控制器3中的整车质量及道路摩擦系数等相关参数 实时计算出车辆在平坦道路上行驶时应有的车辆加速度。同时整车控制器3利用自动变速 器控制器采集的车速信号2，不断进行实时计算，得出当前的车辆实际加速度。车辆的实际 加速度也可以直接由加速度传感器采集得出。为了识别道路坡道，整车控制器3把车辆在平坦道路上行驶时应有的车辆加速度 与当前的车辆实际加速度进行比较。当两者相等时，认为此时车辆处于平坦道路上。如果 前者大于后者，那么认为车辆在上坡路面。如果前者小于后者，那么认为车辆在下坡路面。为了避免车辆在坡道上发生溜坡现象，当整车控制器3判定车辆处于平坦道路或 是下坡路面上时，驱动电机发出的转矩完全由油门开度信号1和车速信号2决定，驾驶员正 常起步即可。当整车控制器3判定车辆在上坡路面上时，整车控制器3根据两个加速度及 电机转矩信息和车辆信息，计算出当前的坡度，再根据此坡度信息，计算出避免车辆在此坡 道上溜坡所需的转矩。此时，当由驾驶员踩下的油门开度信号1和车速信号2计算所得的 电机转矩大于避免溜坡所需的电机转矩时，整车控制器3向驱动电机控制器5发出的电机 转矩指令即为由驾驶员踩下的油门开度信号1和车速信号2计算所得的电机转矩；当由驾 驶员踩下的油门开度信号1和车速信号2计算所得的电机转矩小于避免溜坡所需的电机转 矩时，整车控制器3向驱动电机控制器5发出的电机转矩指令即为为避免溜坡所需的电机 转矩。任何车辆加速度计算算法、坡道计算算法和电机输出转矩计算算法包含在整车控 制器3中或者在驱动电机控制器5中或者在自动变速器控制器6中，或者这三个算法分散 开来在三个控制器中的做法均在本权利范围内。
权利要求
一种电动车辆坡道安全起步控制系统，包括整车控制器(3)、驱动电机控制器(5)、自动变速器控制器(6)和手柄档位采集系统(11)，其中所述的整车控制器(3)计算车辆加速度，然后计算出坡道信息，进而计算出转矩信息，并将计算所得的转矩信息发给驱动电机控制器(5)，驱动电机控制器(5)向驱动电机发出转矩指令，驱动电机输出相应转矩。
2.按照权利要求1所述的电动车辆坡道安全起步控制系统，其中所述的整车控制器 (3)所计算的车辆加速度由实时检测到的车速信号(2)、驱动电机控制器(5)输出的转矩信 号和整车控制器(3)中存储的整车质量及道路摩擦系数实时计算得到。
3.按照上述权利要求中任意一项所述的电动车辆坡道安全起步控制系统，其中所述的 整车控制器(3)所计算的车辆加速度分为由不断采集的车速信号(2)计算出的车辆实际加 速度和根据驱动电机控制器(5)发出的转矩信息，利用整车相关信息计算出的车辆在平坦 路面上应有的车辆加速度。
4.按照上述权利要求中任意一项所述的电动车辆坡道安全起步控制系统，其中所述的 整车控制器(3)根据车辆实际加速度和车辆在平坦路面上应有的车辆加速度比较计算得 出坡道信息。
5.按照上述权利要求中任意一项所述的电动车辆坡道安全起步控制系统，其中所述的 驱动电机转矩信息包括由坡道信息计算所得的避免车辆溜坡所需转矩以及由油门开度和 车速计算所得的转矩。
6.按照上述权利要求中任意一项所述的电动车辆坡道安全起步控制系统，当整车控制 器(3)判断车辆在上坡路面时，如果由坡道信息计算所得的避免车辆溜坡转矩小于由油门 开度和车速计算所得的转矩，则电机输出由油门开度和车速计算所得的转矩；如果由坡道 信息计算所得的避免车辆溜坡转矩大于由油门开度和车速计算所得的转矩，则电机输出由 坡道信息计算所得的避免车辆溜坡转矩。
7.按照上述权利要求中任意一项所述的电动车辆坡道安全起步控制系统，当整车控制 器(3)判断车辆在平坦路面或者下坡路面时，电机输出由油门开度信号(1)和车速信号(2) 计算得出的转矩。
8.按照上述权利要求中任意一项所述的电动车辆坡道安全起步控制系统，车辆加速度 信号也可以直接由加速度传感器采集得出。
9.按照上述权利要求中任意一项所述的电动车辆坡道安全起步控制系统，整车控制器 (3)中包含车辆加速度计算算法、坡道情况计算算法和电机输出转矩计算算法。
全文摘要
提供一种可靠电动车辆坡道安全起步控制系统，此系统与电动汽车整车控制器，驱动电机控制器及自动变速器控制器通过CAN总线相连，配合使用，有效避免电动车辆在坡道上起步时的溜坡现象，大大提高行车安全性。该系统采用相关控制算法即可解决溜坡问题，不需额外增加硬件及机械系统，有利于控制成本。
文档编号B60W40/10GK101817313SQ20101015685
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者张寅 , 朱振宇, 袁一卿 申请人:上海中科深江电动车辆有限公司