一种一体化总成控制器的控制方法与流程

本发明属于新能源车电控领域，具体涉及一种一体化总成控制器的控制方法。

背景技术：

在纯电动客车电控系统上，主要包括三个控制器，分别是主驱动电机控制器、两档自动变速器控制器以及dc/dc转换器，目前这三个控制器在车上为分立单元，三者单独设计、制造，使用过程中相互间需要传递电信号，三者之间协调的好坏直接影响整车的性能。在车上各控制器独立分布布置，占用较大空间。专利《电动汽车用驱动电机-变速器一体化系统控制方法及系统》(200910076778.x)设计了一种电动汽车用驱动电机-变速器一体化系统控制，该系统包括四个分立控制器，控制器之间需要通过电信号的传递完成整车的一体化控制。这类控制系统存在如下问题：(1)控制系统拓扑结构复杂，采用多个分立单元，成本较高；(2)采用多个分立单元，需要占用较多的车辆空间进行布置；(3)需要在四个分立的控制单元之间传递大量的控制和反馈信号，如果采用硬线连接，则接线复杂，影响可靠性；如果采用硬线连接的方式，如下信号需要引出多个并联分支：(1)驱动电机转子位置信号，需要同时给主驱动电机控制器和换档控制器；(2)驱动电机温度信号，需要同时给主驱动电机控制器和换档控制器；(3)驱动电机各相电流信号，需要同时给主驱动电机控制器和换档控制器；(4)加速踏板信号，需要同时给驱动电机控制器和换档控制器；(5)制动踏板信号，需要同时给驱动电机控制器和换档控制器；(6)12v直流电压信号，需要同时给换档控制器和dc/dc转换器。为此，本发明提供一种一体化总成控制器的控制方法的技术方案。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种流程简单、不遗漏工况、误差小、反应迅捷、可靠性高的一体化总成控制器的控制方法。

本发明的技术方案为：

一种一体化总成控制器的控制方法，按照以下步骤进行：

步骤一，一体化总成控制器切断驱动电机供电，执行换档操作，将变速器挂入低档；

步骤二，一体化总成控制器控制驱动电机工作在转矩模式；

步骤三，一体化总成控制器根据车辆反馈信号和驾驶员输入信号判断是否需要换档，需要换档则进入步骤四，不需要换档则进入步骤二；

步骤四，一体化总成控制器切断驱动电机供电，控制驱动电机进入自由模式；

步骤五，一体化总成控制器控制换档执行机构将两档变速器挂入空档；

步骤六，一体化总成控制器控制驱动电机进入转速模式；

步骤七，判断驱动电机转速和目标转速是否匹配，匹配则进入步骤八，不匹配则进入步骤六；

步骤八，一体化总成控制器切断驱动电机供电，控制驱动电机进入自由模式；

步骤九，一体化总成控制器控制换档执行机构将两档变速器挂入待接合档位，进入步骤二；

其中转矩模式定义：不需进行换档操作的车辆行驶过程中，一体化总成控制器通过采集驾驶员信号和车辆信号采用转矩闭环方式控制驱动电机，驱动车辆行驶的工况；

自由模式定义：需进行换档操作，一体化总成控制器切断驱动电机供电，驱动电机空转以便变速器挂入空档的工况；

转速模式定义：变速器位于空档，根据当前车速和待接合档位速比，计算驱动电机的目标转速，一体化总成控制器采用转速闭环方式控制驱动电机，使驱动电机转速和目标转速匹配，从而符合换档条件的工况；

转速匹配定义：驱动电机转速和目标转速的差值绝对值小于设定阈值。

进一步地，一体化总成控制器为驱动电机、变速器、dc/dc转换器一体化总成控制器，通过加速踏板和/或制动踏板能够将驾驶员输入信号传给一体化总成控制器，车辆反馈信号为转子位置反馈信号、电机温度反馈信号、档位位置反馈信号、车速反馈信号中的一种或几种。

进一步地，一体化总成控制器包括控制器壳体、散热器、设置在控制器壳体内的微控制器，微控制器ad采集端口分别与12v直流外接供电电流采集电路(4)、12v直流电压采集电路(6)、动力电池直流母线电压采集电路(2)、驱动电机三相电流采集电路(18)、驱动电机温度采集电路(19)、换档直流电机驱动电流采集电路(13)、mosfet温度信号采集电路(9)、制动踏板采集电路(10)、加速踏板采集电路(12)相连；微控制器捕捉端口分别与驱动电机转子位置信号采集电路(3)、车速信号采集电路(11)相连；微控制器io采集端口与档位位置信号采集电路(8)相连；12v直流外接供电电流采集电路(4)、12v直流电压采集电路(6)输入端均与第一dc/dc转换电路输出端相连，12v直流外接供电电流采集电路(4)输出端与12v直流母线输出接线相连，动力电池直流母线电压采集电路(2)与动力电池直流母线输入接线相连；驱动电机温度采集电路(19)、车速信号采集电路(11)、加速踏板采集电路(12)、制动踏板采集电路(10)、驱动电机转子位置信号采集电路(3)、档位位置信号采集电路(8)输入端上分别设置信号采集线；驱动电机三相mosfet驱动电路(16)输入端与微控制器6路pwm输出端口相连；驱动电机三相mosfet驱动电路(16)输出端与mosfet组成的驱动电机三相h桥电路(17)控制端相连，mosfet组成的驱动电机三相h桥电路(17)输出端与驱动电机三相电流采集电路(18)的输入端相连，驱动电机三相电流采集电路(18)输出端设置三相交流电输出接线；换档直流电机mosfet驱动电路(15)输入端与微控制器4路pwm输出端口相连，换档直流电机mosfet驱动电路(15)输出端与mosfet组成的换档直流电机h桥电路(14)控制端相连，与mosfet组成的换档直流电机h桥电路(14)输出端与换档直流电机驱动电流采集电路(13)输入端相连，换档直流电机驱动电流采集电路(13)输出端设置能够翻转12直流电输出接线，驱动电机三相mosfet驱动电路(16)、换档直流电机mosfet驱动电路(15)、mosfet组成的换档直流电机h桥电路(14)电源端均与12v直流母线相连，mosfet组成的驱动电机三相h桥电路(17)电源端设置动力电池直流母线输入接线。

进一步地，第一dc/dc转换电路(1)为能够输出12v直流的dc/dc转换电路；第二dc/dc转换电路(5)为能够输出5v直流的dc/dc转换电路。

本发明的有益效果：

1.本发明一体化总成控制器可以保证io口采集的电平和实际输入电平一致，保证ad口采集的误差小于千分之一，速度检测的误差小于1％；

2.本发明的一体化总成控制器采用控制周期为1ms，在系统实时性上比原有系统可提高了一个数量级，可以产生如下有益效果：(1)换档时机的选择精度更高，档位切入时机选择更加细腻，转速匹配精度更高，换档冲击更小；(2)换档周期更短，整车由于换档产生的动力中断时间也更短。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明控制器壳体外部连接示意图；

图3为本发明电路结构示意图；

其中，1：第一dc/dc转换电路，2：动力电池直流母线电压采集电路，3：主驱动电机转子位置信号采集电路，4：12v直流外接供电电流采集电路，5：第二dc/dc转换电路，6：12v直流电压采集电路，7：微控制器，8：档位位置信号采集电路，9：mosfet温度信号采集电路，10：制动踏板采集电路，11：车速信号采集电路，12：加速踏板采集电路，13：换档直流电机驱动电流采集电路，14：mosfet组成的换档直流电机h桥电路，15：换档直流电机mosfet驱动电路，16：主驱动电机三相mosfet驱动电路，17：mosfet组成的主驱动电机三相h桥电路，18：主驱动电机三相电流采集电路，19：主驱动电机温度采集电路。

具体实施方式

结合附图1-3对本发明作进一步地说明。

一种一体化总成控制器的控制方法，按照以下步骤进行：

步骤一，一体化总成控制器切断驱动电机供电，执行换档操作，将变速器挂入低档；

具体控制过程：此时一体化总成控制器忽略实际采集的加速踏板信号和制动踏板信号，一体化总成控制器通过驱动电机三相mosfet驱动电路，关闭mosfet组成的驱动电机三相h桥电路，切断驱动电机的供电，驱动电机没有动力输出。一体化总成控制器采集档位位置反馈信号，如果档位位置反馈不是低档，包括高档、空档或者档位中间任意位置，mcu通过换档直流电机mosfet驱动电路，控制mosfet组成的换档直流电机h桥电路，输出特定极性的12v直流电给换档直流电机，驱动换档直流电机沿特定方向旋转，通过换档执行机构驱动拨叉动作，直到档位位置反馈信号为低档，mcu控制可翻转12v直流电停止输出，变速器挂入低档。

步骤二，一体化总成控制器控制驱动电机工作在转矩模式；

具体控制过程：此时一体化总成控制器采集实际的加速踏板信号和制动踏板信号，在mcu内部以转矩闭环方式控制主驱动电机运转，使主驱动电机工作在驱动模式或者制动能量回收模式。

步骤三，一体化总成控制器根据车辆反馈信号和驾驶员输入信号判断是否需要换档，需要换档则进入步骤四，不需要换档则进入步骤二；

具体控制过程：此时一体化总成控制器根据车辆反馈信号(动力电池直流母线电压信号、动力电池直流母线流信号、驱动电机转子位置信号、驱动电机温度信号、驱动电机三相电流信号、变速器档位位置信号、车速信号、换档电机电流信号)和驾驶员输入信号(加速踏板信号和制动踏板信号)判断是否需要换档，判断是否换档时采用双层控制模式，包括动力性层和经济性层。动力性和安全相关，保证车辆具备最短的加速需求，可快速的完成超车等危险工况，因此在控制模式的选择上动力性层的优先级高于经济性层。在满足动力性的前提后，再尽量使驱动电机工作在高效率区，延长纯电动客车的续驶里程。如果需要换档，设定目标档位值，进入第四步；如果不需要换档，进入第二步。

步骤四，一体化总成控制器切断驱动电机供电，控制驱动电机进入自由模式；

具体控制过程：此时一体化总成控制器忽略实际采集的加速踏板信号和制动踏板信号，一体化总成控制器通过驱动电机三相mosfet驱动电路，关闭mosfet组成的驱动电机三相h桥电路，切断驱动电机的供电，驱动电机没有动力输出。

步骤五，一体化总成控制器控制换档执行机构将两档变速器挂入空档；

具体控制过程：mcu通过换档直流电机mosfet驱动电路，控制mosfet组成的换档直流电机h桥电路，输出特定极性的12v直流电给换档直流电机，驱动换档直流电机沿特定方向旋转，通过换档执行机构驱动拨叉动作，直到档位位置反馈信号为空档，mcu控制可翻转12v直流电停止输出，变速器挂入空档。

步骤六，一体化总成控制器控制驱动电机进入转速模式；

具体控制过程：此时一体化总成控制器忽略实际采集的加速踏板信号和制动踏板信号，根据车速反馈信号和变速器待接合档位速比计算驱动电机目标转速，一体化总成控制器根据该目标转速对驱动电机进行调速控制，使驱动电机转速快速接近该目标转速。

步骤七，判断驱动电机转速和目标转速是否匹配，匹配则进入步骤八，不匹配则进入步骤六；

具体控制过程：匹配条件为主驱动电机转速和该目标转速的差值的绝对值小于一定的阈值，该阈值可以选取为50r/min。如不匹配进入第六步；如果匹配进入第八步。

步骤八，一体化总成控制器切断驱动电机供电，控制驱动电机进入自由模式；

具体控制过程：此时一体化总成控制器忽略实际采集的加速踏板信号和制动踏板信号，一体化总成控制器通过驱动电机三相mosfet驱动电路，关闭mosfet组成的驱动电机三相h桥电路，切断驱动电机的供电，驱动电机没有动力输出。

步骤九，一体化总成控制器控制换档执行机构将两档变速器挂入待接合档位，进入步骤二；

具体控制过程：mcu通过换档直流电机mosfet驱动电路，控制mosfet组成的换档直流电机h桥电路，输出特定极性的12v直流电给换档直流电机，驱动换档直流电机沿特定方向旋转，通过换档执行机构驱动拨叉动作，直到档位位置反馈信号为目标档位值，mcu控制可翻转12v直流电停止输出，变速器挂入目标档位，进入步骤二。

其中转矩模式定义：不需进行换档操作的车辆行驶过程中，一体化总成控制器通过采集驾驶员信号和车辆信号采用转矩闭环方式控制驱动电机，驱动车辆行驶的工况；

自由模式定义：需进行换档操作，一体化总成控制器切断驱动电机供电，驱动电机空转以便变速器挂入空档的工况；

转速模式定义：变速器位于空档，根据当前车速和待接合档位速比，计算驱动电机的目标转速，一体化总成控制器采用转速闭环方式控制驱动电机，使驱动电机转速和目标转速匹配，从而符合换档条件的工况；

转速匹配定义：驱动电机转速和目标转速的差值绝对值小于设定阈值。

12v直流母线输出接线可以连接车载低压电器设备，如车灯、车门电机、雨刷电机等设备，为其供电。动力电池直流母线输入接线与动力电池组相连，三相交流电输出接线与汽车电动机相连，可翻转12v直流电的输出接线与换档直流电机相连；驱动电机温度采集电路、加速踏板采集电路、制动踏板采集电路、驱动电机转子位置信号采集电路、车速信号采集电路和档位位置信号采集电路的输入端上的信号采集接线分别与相应的信号采集器相连。

进一步地，一体化总成控制器为驱动电机、变速器、dc/dc转换器一体化总成控制器，通过加速踏板和/或制动踏板能够将驾驶员输入信号传给一体化总成控制器，车辆反馈信号为转子位置反馈信号、电机温度反馈信号、档位位置反馈信号、车速反馈信号中的一种或几种。

进一步地，一体化总成控制器包括控制器壳体、散热器、设置在控制器壳体内的微控制器(mcu)，微控制器ad采集端口分别与12v直流外接供电电流采集电路(4)、12v直流电压采集电路(6)、动力电池直流母线电压采集电路(2)、驱动电机三相电流采集电路(18)、驱动电机温度采集电路(19)、换档直流电机驱动电流采集电路(13)、mosfet温度信号采集电路(9)、制动踏板采集电路(10)、加速踏板采集电路(12)相连；微控制器捕捉端口分别与驱动电机转子位置信号采集电路(3)、车速信号采集电路(11)相连；微控制器io采集端口与档位位置信号采集电路(8)相连；12v直流外接供电电流采集电路(4)、12v直流电压采集电路(6)输入端均与第一dc/dc转换电路输出端相连，12v直流外接供电电流采集电路(4)输出端与12v直流母线输出接线相连，动力电池直流母线电压采集电路(2)与动力电池直流母线输入接线相连；驱动电机温度采集电路(19)、车速信号采集电路(11)、加速踏板采集电路(12)、制动踏板采集电路(10)、驱动电机转子位置信号采集电路(3)、档位位置信号采集电路(8)输入端上分别设置信号采集线；驱动电机三相mosfet驱动电路(16)输入端与微控制器6路pwm输出端口相连；驱动电机三相mosfet驱动电路(16)输出端与mosfet组成的驱动电机三相h桥电路(17)控制端相连，mosfet组成的驱动电机三相h桥电路(17)输出端与驱动电机三相电流采集电路(18)的输入端相连，驱动电机三相电流采集电路(18)输出端设置三相交流电输出接线；换档直流电机mosfet驱动电路(15)输入端与微控制器4路pwm输出端口相连，换档直流电机mosfet驱动电路(15)输出端与mosfet组成的换档直流电机h桥电路(14)控制端相连，与mosfet组成的换档直流电机h桥电路(14)输出端与换档直流电机驱动电流采集电路(13)输入端相连，换档直流电机驱动电流采集电路(13)输出端设置能够翻转12直流电输出接线，驱动电机三相mosfet驱动电路(16)、换档直流电机mosfet驱动电路(15)、mosfet组成的换档直流电机h桥电路(14)电源端均与12v直流母线相连，mosfet组成的驱动电机三相h桥电路(17)电源端设置动力电池直流母线输入接线。

进一步地，第一dc/dc转换电路(1)为能够输出12v直流的dc/dc转换电路；第二dc/dc转换电路(5)为能够输出5v直流的dc/dc转换电路。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。