一种基于纯电驱动的模拟手动挡教练车的制作方法

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种基于纯电驱动的模拟手动挡教练车。

背景技术：

目前，全国共有驾驶员培训机构1万多所，教练车至少保有量在50万辆以上，每天超负荷运转10小时以上，使用率是社会车辆的5倍以上，一辆教练车的尾气排放量相当于5辆以上社会车辆。

在练习移库、倒库、半坡起步等科目时，因为车速低、怠速高，离合器很容易发热，车辆磨损严重，并且费油。

图1为传统的纯电动汽车的基本结构。从图中可以看出，传统的纯电动汽车的整车控制器功能中，缺少驾驶模拟功能，无法满足驾校教练车的使用要求。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于纯电驱动的模拟手动挡教练车。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于纯电驱动的模拟手动挡教练车，包括：整车控制器、电机控制器、电动机、机械传动装置、车速传感器、方向盘位置传感器、挡位器模拟装置和离合器模拟装置，其中，

所述整车控制器的输入端与学员制动踏板、加速踏板、教练制动踏板、电机控制器、车速传感器、方向盘位置传感器、挡位器模拟装置和离合器模拟装置相连，所述整车控制器的输出端与所述电机控制器的输入端相连，且所述电机控制器的输出端与所述电动机的输入端相连，所述电动机的输出端与机械传动装置相连，

所述整车控制器用于采集学员制动踏板、加速踏板、教练制动踏板的踏板信号，以及采集来自车速传感器的车速信号和来自所述方向盘位置传感器的方向信号，并根据挡位器模拟装置模拟输出的挡位信号、离合器模拟装置模拟输出的离合动作信号，判断车辆的当前驾驶状态信息和学员的驾驶操作信息，并发送至驾驶水平考试系统，由所述驾驶水平考试系统记录学院的操作，并进行评分，以及判断学员的操作是否符合预设标准，如果否则向所述整车控制器发送报警信号，并且，所述整车控制器根据踏板信号、车速信号和方向信号，生成相应的电机控制信号发送至所述电机控制器，由所述电机控制器进一步驱动所述电动机，进而驱动机械传动装置的动作。

进一步，所述挡位器模拟系统，包括：依次相连的变速箱控制器、手动挡挡位和变速箱模拟器，所述变速箱控制器进一步与所述整车控制器相连；

所述变速器模拟箱接收来自司机的手动挡挡杆的换挡指令后，模拟手动换挡的变速箱机械结构动作并输出电子信号至所述手动挡挡位，由所述手动挡挡位生成挡位信号并发送至所述变速箱控制器，进而由所述变速箱控制器将向挡位信号发送至纯电动汽车的整车控制器。

进一步，所述离合器模拟系统包括：依次相连的离合器控制器、离合器踏板和离合器力矩反馈模拟机构，所述离合器控制器与所述整车控制器相连，其中，所述离合器力矩反馈模拟结构包括：第一同轴杆和第二同轴杆、安装在所述第一同轴杆上的第一转角传感器、转矩传感器和减速机构，安装在所述第二同轴杆上的离合器、第二转角传感器和直流电动机，所述离合器踏板安装在输入轴上，所述输入轴进一步连接至所述第一同轴杆上，

其中，所述第一转角传感器、转矩传感器和减速机构，所述离合器、第二转角传感器和直流电动机均与所述离合器控制器相连。

进一步，所述第一转角传感器用于实时监测转角，并计算出离合器脚踏板行程；

所述第二转角传感器用于通过检测所述直流电动机的旋转角度防止扭矩波动。

进一步，所述变速箱控制和离合器控制器可集成于一个电路中，包括：can通讯电路、k-line通讯电路、传感器电路和电机控制电路，其中，所述传感器电路包括：模拟信号传输电路、电压信号传输电路和位置信号传输电路。

进一步，所述位置信号传输电路采用自适应可调磁阻传感放大器。

进一步，当所述驾驶水平考试系统判断出现以下条件之一，发出报警信号：

1)车辆起步：挡位为2挡以上；

2)车辆运行：换档时离合器踏板没有踩到底；

3)车辆制动时：监测学员没有踩离合摘挡的操作。

根据本发明实施例的基于纯电驱动的模拟手动挡教练车，在纯电驱动(例如电池加电机式、増程式、燃料电池式等)的驾校车辆上，模拟手动挡的传统车辆，具有以下有益效果：

1、日常使用、维护，更加经济；

2、实现低碳排放，节能环保；

3、不改变驾驶习惯(具有手动挡、离合器等配置)；

4、能够迅速、客观判定驾驶水平(电子化集成度高)；

5、进行“移库”、“倒库”、“半坡起步”等科目时，不磨损、不费油。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术的纯电动汽车的结构图；

图2为根据本发明实施例的基于纯电驱动的模拟手动挡教练车的结构图；

图3为根据本发明实施例的离合器和挡位器的模拟示意图；

图4为根据本发明实施例的挡位器模拟系统的示意图；

图5为根据本发明实施例的离合器试验踏板的特性曲线图；

图6为根据本发明实施例的离合器模拟系统的示意图；

图7为根据本发明实施例的can通讯电路的电路图；

图8为根据本发明实施例的k-line通讯电路的电路图；

图9a至图9c为根据本发明实施例的传感器电路的电路图；

图10为根据本发明实施例的电机控制电路的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出的基于纯电驱动的模拟手动挡教练车，在保留纯电驱动车辆节能环保、低磨损的优点的同时，对传统车辆该进行结构改造，模拟手动挡传统车辆的操作环境，以更适合教练车的功能需要。

如图2所示，本发明实施例的基于纯电驱动的模拟手动挡教练车，包括：整车控制器vcu、电机控制器、电动机、机械传动装置、车速传感器、方向盘位置传感器、挡位器模拟装置和离合器模拟装置。

具体地，整车控制器的输入端与学员制动踏板、加速踏板、教练制动踏板、电机控制器、车速传感器、方向盘位置传感器、挡位器模拟装置和离合器模拟装置相连，整车控制器的输出端与电机控制器的输入端相连，且电机控制器的输出端与电动机的输入端相连，电动机的输出端与机械传动装置相连。

在本发明的一个实施例中，参考图3，挡位器模拟系统，包括：依次相连的变速箱控制器tcu、手动挡挡位和变速箱模拟器，变速箱控制器进一步与整车控制器相连。

如图4所示，变速器模拟箱接收来自司机的手动挡挡杆的换挡指令后，模拟手动换挡的变速箱机械结构动作并输出电子信号至手动挡挡位，由手动挡挡位生成挡位信号并发送至变速箱控制器，进而由变速箱控制器将向挡位信号发送至纯电动汽车的整车控制器。

变速箱控制器tcu的控制策略如下：

司机换挡操作时，换挡器模拟如下：

加档要逐级往上加，不能跳跃加档，否则报警；

换挡时机：对于上表，如果司机进入到某车速时，未切换到适合的挡位，那么vcu将记录受训学员不正当操作，并反馈给驾驶水平考评系统。

本发明的一个实施例中，参考图3，离合器模拟系统包括：依次相连的离合器控制器、离合器踏板和离合器力矩反馈模拟机构，离合器控制器ccu与整车控制器相连。

如图6所示，离合器力矩反馈模拟结构包括：第一同轴杆和第二同轴杆、安装在第一同轴杆上的第一转角传感器、转矩传感器和减速机构，安装在第二同轴杆上的离合器、第二转角传感器和直流电动机，离合器踏板安装在输入轴上，输入轴进一步连接至第一同轴杆上。

其中，第一转角传感器、转矩传感器和减速机构，离合器、第二转角传感器和直流电动机均与离合器控制器相连。具体地，第一转角传感器用于实时监测转角，并计算出离合器脚踏板行程。第二转角传感器用于通过检测直流电动机的旋转角度防止扭矩波动。

对于实际手动挡车辆，其离合器踏板的受力特性曲线，如图5所示。本发明本质上为纯电驱动车辆，故没有离合器实物。为了使受训学员产生真实的脚踩离合效果，故模拟该特性曲线(见图5)，让机械模拟装置产出与之相拟合的力矩反馈。

在本发明的一个实施例中，变速箱控制tcu和离合器控制器ccu为核心硬件，可分别独立设计这两个控制器，也可合二为一，集成于一个电路中，包括：can通讯电路(如图7所示)、k-line通讯电路(如图8所示)、传感器电路和电机控制电路(如图10所示)。参考图9a至图9c，传感器电路包括：模拟信号传输电路、电压信号传输电路和位置信号传输电路。优选的，位置信号传输电路采用自适应可调磁阻传感放大器。

整车控制器用于采集学员制动踏板、加速踏板、教练制动踏板的踏板信号，以及采集来自车速传感器的车速信号和来自方向盘位置传感器的方向信号，并根据挡位器模拟装置模拟输出的挡位信号、离合器模拟装置模拟输出的离合动作信号，判断车辆的当前驾驶状态信息和学员的驾驶操作信息，并发送至驾驶水平考试系统，由驾驶水平考试系统记录学院的操作，并进行评分，以及判断学员的操作是否符合预设标准，如果否则向整车控制器发送报警信号，并且，整车控制器根据踏板信号、车速信号和方向信号，生成相应的电机控制信号发送至电机控制器，由电机控制器进一步驱动电动机，进而驱动机械传动装置的动作。

具体地，整车控制策略如下：以下所有的操作，“驾驶水平考评系统”将记录学员的操作，并给予相应的评分

1、对于车辆起步：

挡位为空挡，脚抬离合后，车辆不动；

挡位为空挡，脚抬离合后，脚踩加速踏板，车辆不动；

挡位为1～2挡，慢慢松开脚下的离合器，车辆平顺行进起来；

挡位为1～2挡，猛抬离合器，车辆急加速，然后急停；(模拟起步熄火)

挡位为2挡以上，报警；

2、对于车辆运行：

换档时离合器踏板没有踩到底，报警；

3、车辆制动时：

监测学员是否有踩离合摘挡的操作，否则报警。

在本发明的一个实施例中，当驾驶水平考试系统判断出现以下条件之一，发出报警信号：

1)车辆起步：挡位为2挡以上；

2)车辆运行：换档时离合器踏板没有踩到底；

3)车辆制动时：监测学员没有踩离合摘挡的操作。

根据本发明实施例的基于纯电驱动的模拟手动挡教练车，在纯电驱动(例如电池加电机式、増程式、燃料电池式等)的驾校车辆上，模拟手动挡的传统车辆，具有以下有益效果：

1、日常使用、维护，更加经济；

2、实现低碳排放，节能环保；

3、不改变驾驶习惯(具有手动挡、离合器等配置)；

4、能够迅速、客观判定驾驶水平(电子化集成度高)；

5、进行“移库”、“倒库”、“半坡起步”等科目时，不磨损、不费油。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。