一種電動汽車坡道識別裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種電動汽車坡道識別裝置及方法，數(shù)據(jù)測量模塊分別負責采集電動車車速，電動汽車縱向X軸、側(cè)向Y軸、垂直方向Z軸的加速度，X軸、Y軸、Z軸角速度；重力加速度補償算法模塊能夠接收數(shù)據(jù)測量模塊的數(shù)據(jù)；基于陀螺儀的算法方法模塊能夠接收數(shù)據(jù)測量模塊的電動汽車X軸、Y軸、Z軸的角速度，和重力加速度補償算法模塊的重力加速度在X軸、Z軸的分量，并解算出坡度角，坡度角CAN發(fā)送模塊能將識別出的坡度角通過CAN總線發(fā)送給需要坡度信息的控制單元；本發(fā)明專利技術(shù)的一種電動汽車坡道識別裝置及方法采用的參數(shù)由傳感器直接測得，不從電動汽車通訊系統(tǒng)中(如CAN總線)獲取任何參數(shù)，所以不受電動汽車故障等因素的影響。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及坡道識別領(lǐng)域，特別涉及到電動汽車坡道識別，實現(xiàn)快速坡道判斷，及時改變TCU等控制策略，提高平電動汽車安全性、經(jīng)濟性、舒適性。
技術(shù)介紹
我國大力發(fā)展新能源汽車特別是電動汽車，然而，電動汽車存在許多問題，涉及到安全性、經(jīng)濟性、舒適性方面。目前，電動汽車VCU沒有坡道識別功能，難以判斷坡道情況。在坡道起步時，電機的驅(qū)動力矩取決于加速踏板開度，如果駕駛員對所需的踏板開度判斷失誤，極易驅(qū)動力矩不足、坡道溜車現(xiàn)象。電動汽車下坡時，制動能量回收率取決于制動踏板開度，易造成制動能量回收率低的現(xiàn)象。依據(jù)坡道信息設(shè)計電動汽車VCU可解決坡道溜車、能量回收率低等問題。依據(jù)坡道信息設(shè)計電動汽車TCU可避免坡道頻繁換擋，提高安全性與舒適性。目前，對電動汽車坡道識別技術(shù)的研究主要分兩類，其一：基于汽車縱向動力學，由于影響汽車縱向力的因素眾多，且涉及的算法復(fù)雜，這種方法實時性差，易受干擾。其二，基于驅(qū)動電機工作參數(shù)，這種識別方法在電動汽車工況穩(wěn)定時，能夠精確識別坡道角，當電動汽車工況發(fā)生變化時，識別精度差，且波動大。本專利技術(shù)能夠解決目前坡道識別實時性差、誤差大、波動大等問題。目前，關(guān)于載體姿態(tài)解算的方法普遍使用基于陀螺儀的姿態(tài)解算算法，此方法廣泛應(yīng)用于無人機、機器人、輪船等準靜態(tài)載體的姿態(tài)解算，但是，單純的將此方法應(yīng)用于汽車這種具有很大的縱向、側(cè)向、垂直加速度的載體上，具有很大的缺陷。本專利技術(shù)通過設(shè)計重力加速度補償算法解決了這個缺陷，使基于陀螺儀的姿態(tài)解算算法成功的應(yīng)用于汽車上，特別是電動汽車的坡度識別上。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了解決電動汽車坡度判斷實時性差、誤差大、波動大的問題，提出一種電動汽車坡道識別裝置及方法，實現(xiàn)各種工況下都能準確識別坡度角，及時改變能量回饋策略，提高經(jīng)濟性；及時改變VCU控制策略，解決電動汽車坡道起步溜車，提高安全性；及時改變TCU控制策略，解決匹配AMT的電動汽車坡道頻繁換擋，提高舒適性坡道行駛安全性。本專利技術(shù)所提出的技術(shù)實施方案如下：一種電動汽車坡道識別裝置，包括數(shù)據(jù)測量模塊、重力加速度補償算法模塊、基于陀螺儀的解算方法模塊、坡度角CAN發(fā)送模塊。所述的數(shù)據(jù)測量模塊由安裝在電動汽車上的車速測量裝置、安裝在電動汽車中心處的加速度計、安裝在中心處的陀螺儀構(gòu)成，分別負責采集電動車車速，電動汽車縱向X軸、側(cè)向Y軸、垂直方向Z軸的加速度，X軸、Y軸、Z軸角速度。所述的重力加速度補償算法模塊能夠接收數(shù)據(jù)測量模塊的數(shù)據(jù)，通過加速度補償，解耦出重力加速度在電動汽車X軸、Y軸、Z軸的分量，并將重力加速度在Y軸的分量補償?shù)絑軸。所述的基于陀螺儀的算法方法模塊能夠接收數(shù)據(jù)測量模塊的電動汽車X軸、Y軸、Z軸的角速度，和重力加速度補償算法模塊的重力加速度在X軸、Z軸的分量，并解算出坡度角。所述的坡度角CAN發(fā)送模塊能將識別出的坡度角通過CAN總線發(fā)送給需要坡度信息的控制單元，如VCU、TCU、BMS等需要坡度角信息的控制單元。一種電動汽車坡道識別方法，按照如下方法步驟得出：1.數(shù)據(jù)測量模塊通過安裝電動汽車上的車速測量裝置實時采集車速，并根據(jù)計算電動汽車行駛的縱向加速度，根據(jù)ay＝Vt×ωz計算電動汽車側(cè)向加速度(其中：ax、ay單位為m/s2，Vt為采樣時刻t的車速，單位m/s，Vt-1為采樣時刻t-1的車速，單位m/s，ωz為電動汽車Z軸角速度，單位rad/s，Δt為采樣周期，即t-(t-1)，單位ms)；通過安裝在電動汽車中心處的加速度計采集X軸加速度Ax、Y軸加速度AY、Z軸加速度Az，單位均為m/s2。(Ax、ax可以這樣理解：Ax由加速度計測量的加速度，后面簡稱X軸測量加速度Ax，ax是根據(jù)車速計算的加速度，后面簡稱X軸計算加速度ax，其中，X軸測量加速度Ax包含重力加速度X軸分量、X軸上的震動加速度、X軸計算加速度ax)；通過安裝在電動汽車中心處的陀螺儀采集X軸角速度ωx、Y軸角速度ωy、Z軸角速度ωz，單位是rad/s。2.對數(shù)據(jù)測量模塊的數(shù)據(jù)進行信號處理，如卡爾曼濾波最優(yōu)預(yù)測、巴特沃斯平滑處理，得出真實有效、可用的數(shù)據(jù)。將經(jīng)過信號處理后的X軸加測量速度Ax、Y軸測量加速度AY、Z軸測量加速度Az、Z軸角速度ωz、X軸計算加速度ax、Y軸計算加速度ay傳遞到步驟3，將經(jīng)過處理的ωx、ωy、ωz傳遞到步驟4。3.加速度補償算法模塊接收步驟2傳遞過來的數(shù)據(jù)，對重力加速度在X軸的分量進行加速度補償，即Gx＝Ax-ax，并采用卡爾曼濾波處理，得到重力加速度在X軸上的分量Gx；對重力加速度在Y軸的分量進行加速度補償，即Gy＝Ay-ay(此處ay是電動汽車向心加速度，可用作側(cè)向加速度)，并采用卡爾曼濾波處理，得到重力加速度在Y軸上的分量Gy；對Z軸的測量加速度Az進行均值濾波消除路面隨機震動干擾，得到重力加速度在Z軸上的分量Gz；將重力加速度在Y軸分量Gy補償?shù)絑軸，即(本專利技術(shù)識別的是坡度角，即俯仰角，所以將Gy補償?shù)紾z，且令Gy＝0)。將本模塊得到的Gx、Gz傳遞到步驟4。4.基于陀螺儀的解算方法模塊接收步驟2傳遞過來的ωx、ωy、ωz，接收步驟3傳遞過來的Gx、Gz。令X軸角速度ωx＝0，令Z軸角速度ωz＝0，即認為車載坐標系只能在Y軸有旋轉(zhuǎn)，即只有俯仰角變化。利用基于陀螺儀的算法解算出俯仰角，即坡道角。將坡道角傳遞至5。5.坡道角CAN發(fā)送模塊接收步驟4傳遞過來的坡度角，并通過CAN總線發(fā)送至需要坡度角的控制單元，比如電動汽車整車控制器VCU、電動汽車自動變速器控制單元TCU等。與現(xiàn)有技術(shù)相比本專利技術(shù)的有益效果是：1.本專利技術(shù)一種電動汽車坡道識別裝置及方法所需的傳感器少，涉及的數(shù)據(jù)量小，通過MCU編程容易實現(xiàn)。2.本專利技術(shù)一種電動汽車坡道識別裝置及方法識別速度快、準確度高、誤差小。3.本專利技術(shù)一種電動汽車坡道識別裝置及方法具有很強的通用性和可移植性。該方法可用于固定傳動比電動汽車和匹配自動變速器的電動汽車中。4.本專利技術(shù)一種電動汽車坡道識別裝置及方法采用的參數(shù)由傳感器直接測得，不從電動汽車通訊系統(tǒng)中(如CAN總線)獲取任何參數(shù)，所以不受電動汽車故障等因素的影響。附圖說明圖1是本專利技術(shù)一種電動汽車坡道識別裝置及方法的功能模塊構(gòu)架示意圖。圖2是本專利技術(shù)一種電動汽車坡道識別裝置及方法的軟件算法流程框圖。圖3是本專利技術(shù)一種電動汽車坡道識別裝置及方法的信號處理流程圖。圖4是本專利技術(shù)一種電動汽車坡道識別裝置及方法的信號處理效果圖。圖5是本專利技術(shù)一種電動汽車坡道識別裝置及方法實施布局示意圖。圖6是本專利技術(shù)一種電動汽車坡道識別裝置及方法實施布局俯視示意圖。具體實施方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本專利技術(shù)做進一步的描述，但本專利技術(shù)的保護范圍并不限于此。參見圖1，圖1是實現(xiàn)一種電動汽車坡道識別裝置及方法控制器程序的功能模塊構(gòu)架的示意框圖，實施本專利技術(shù)的一種電動汽車坡道識別裝置及方法的軟件程序運行在控制器中。實施本專利技術(shù)所述的一種電動汽車坡道識別裝置及方法的控制器程序由快速數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、加速度補償算法、基于陀螺儀算法、坡度角CAN發(fā)送構(gòu)成。該裝置包括數(shù)據(jù)測量模塊、重力加速度補償算法模塊、基于陀螺儀的解算方法模塊、坡度角CAN發(fā)送模塊。所述的數(shù)據(jù)測量模塊由安裝在電動汽車上的車速測量裝置、安裝在電動汽車中心處的加速度計、安本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種電動汽車坡道識別裝置，其特征在于，包括數(shù)據(jù)測量模塊、重力加速度補償算法模塊、基于陀螺儀的解算方法模塊、坡度角CAN發(fā)送模塊；所述的數(shù)據(jù)測量模塊由安裝在電動汽車上的車速測量裝置、安裝在電動汽車中心處的加速度計、安裝在中心處的陀螺儀構(gòu)成，分別負責采集電動車車速，電動汽車縱向X軸、側(cè)向Y軸、垂直方向Z軸的加速度，X軸、Y軸、Z軸角速度；所述的重力加速度補償算法模塊能夠接收數(shù)據(jù)測量模塊的數(shù)據(jù)，通過加速度補償，解耦出重力加速度在電動汽車X軸、Y軸、Z軸的分量，并將重力加速度在Y軸的分量補償?shù)絑；所述的基于陀螺儀的算法方法模塊能夠接收數(shù)據(jù)測量模塊的電動汽車X軸、Y軸、Z軸的角速度，和重力加速度補償算法模塊的重力加速度在X軸、Z軸的分量，并解算出坡度角，所述的坡度角CAN發(fā)送模塊能將識別出的坡度角通過CAN總線發(fā)送給需要坡度信息的控制單元。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電動汽車坡道識別裝置，其特征在于，包括數(shù)據(jù)測量模塊、重力加速度補償算法模塊、基于陀螺儀的解算方法模塊、坡度角CAN發(fā)送模塊；所述的數(shù)據(jù)測量模塊由安裝在電動汽車上的車速測量裝置、安裝在電動汽車中心處的加速度計、安裝在中心處的陀螺儀構(gòu)成，分別負責采集電動車車速，電動汽車縱向X軸、側(cè)向Y軸、垂直方向Z軸的加速度，X軸、Y軸、Z軸角速度；所述的重力加速度補償算法模塊能夠接收數(shù)據(jù)測量模塊的數(shù)據(jù)，通過加速度補償，解耦出重力加速度在電動汽車X軸、Y軸、Z軸的分量，并將重力加速度在Y軸的分量補償?shù)絑；所述的基于陀螺儀的算法方法模塊能夠接收數(shù)據(jù)測量模塊的電動汽車X軸、Y軸、Z軸的角速度，和重力加速度補償算法模塊的重力加速度在X軸、Z軸的分量，并解算出坡度角，所述的坡度角CAN發(fā)送模塊能將識別出的坡度角通過CAN總線發(fā)送給需要坡度信息的控制單元。2.一種電動汽車坡道識別方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1，數(shù)據(jù)測量模塊通過安裝電動汽車上的車速測量裝置實時采集車速，并根據(jù)計算電動汽車行駛的縱向加速度，根據(jù)ay＝Vt×ωz計算電動汽車側(cè)向加速度，其中：ax、ay單位為m/s2，Vt為采樣時刻t的車速，單位m/s，Vt-1為采樣時刻t-1的車速，單位m/s，ωz為電動汽車Z軸角速度，單位rad/s，Δt為采樣周期，即t-(t-1)，單位ms；通過安裝在電動汽車中心處的加速度計采集X軸加速度Ax、Y軸加速度AY、Z軸加速度Az，單位均為m/s2；步驟2，對數(shù)據(jù)測量模塊的數(shù)據(jù)進行信號處理，通過卡爾曼濾波最優(yōu)預(yù)測或者其他濾波方式如巴特沃斯平滑處理等，得出真實有效、可用的數(shù)據(jù)，將經(jīng)過信號處理后的X軸加測...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅石，鄭超，朱長順，李文賀，湯曉東，范中心，
申請(專利權(quán))人：江蘇大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32