CN105253243B - 一种智能爬坡控制***、电动车及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能爬坡控制***、电动车及其方法，其主要技术特点是：智能爬坡控制***包括整车数据采集单元、数据分析单元、爬坡判定单元和电机控制单元；智能爬坡电动车安装有智能爬坡控制***；爬坡控制方法包括：判断整车线电流是否达到初始限流值且转把电压大于有效最高值；当整车线电流达到初始限流值且转把电压大于有效最高值时，进入爬坡识别阶段；若爬坡扭矩不足，则进入预设定爬坡程序；当满足爬坡程序退出条件时，恢复初始程序。本发明能够智能识别爬坡路况，可以使电动车既可以在平路可靠行驶，又能够在爬坡时动力充足，有效提升了电动自行车的使用性能，更好的满足广大用户的需求。

Description

一种智能爬坡控制***、电动车及其方法

技术领域

本发明涉及电动车技术领域，一种智能爬坡控制***、一种智能爬坡控制方法和一种电动车。

背景技术

传统电动车控制模式比较单一，根据不同路况在限流值内自适应输出电流。由于限流值唯一且不可变，所以当电动车爬陡坡时，会因限流值限制导致爬坡扭矩不足，功率无法提升，转速下降，效率降低。若为了满足爬坡需求，将限流值设置足够大，则会使起步电流过大，平路允许载重量增多，当负载较重时，输出电流长时间维持在较大电流值，导致电机发热严重，电池性能透支加速老化。

为了使电动车在平路和爬坡时都有较佳状态，常规做法是设置三档限流值，对应省电、经济、爬坡三个档位，通过组合开关进行状态切换。平路时用省电档，限流值设置较小；爬坡时用爬坡档，限流值设置较大。砂石土路用中档，限流值适中。通常用户喜欢在动力强劲的爬坡档骑行，很少会随着路况手动切换档位，更有些用户对档位用途概念模糊，实用性差。

还有一些厂家在电动车上安装水平传感器，用来判断整车是否处于爬坡状态。当接收到爬坡信号时，限流值自动提升，扭矩增大。但是，该方法安装条件严苛，成本较高，通用性差。

综上所述，如何智能识别爬坡路段并快速提升转矩是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能爬坡控制***、电动车及其方法，解决了电动车智能识别爬坡路段并快速提升转矩的问题。

本发明解决技术难题的具体方案如下：

一种智能爬坡控制***，包括整车数据采集单元、数据分析单元、爬坡判定单元和电机控制单元，其中：

整车数据采集单元：用于实时采集电动车行驶过程中的转把电压、整车线电流、电机转速和爬坡时间；

数据分析单元：根据整车数据采集单元采集的转把电压和整车线电流判断是否需要进行爬坡判断；

爬坡判定单元：用于在数据分析单元确定需要进行爬坡判断时，继续判断当前扭矩是否满足爬坡需求；

电机控制单元：用于在爬坡判定单元判断出爬坡扭矩不足时，切入爬坡程序，提高电动车限流值，直至爬坡结束电流自动降至初始限流值。

而且，所述整车数据采集单元包括：

转把电压检测子单元：用于实时检测电动车的转把电压；

电流检测子单元：用于实时检测电动车的整车线电流；

电机转速检测子单元：用于实时检测所述驱动电机的转速；

时间记录子单元：进入爬坡程序后，用于累计爬坡时间。

而且，所述转把电压检测子单元在数据分析单元中用于判断转把电压是否大于或等于最高有效电压；在电机控制单元进入爬坡程序后实时检测电动车的转把电压并判断转把电压是否大于或等于最高有效电压。

而且，所述电流检测子单元在初始程序中用于判断整车线电流是否达到初始限流值，在电机控制单元进入爬坡程序后，实时检测电动车的整车线电流，并判断整车线电流是否小于初始限流值或达到二档限流值。

而且，所述电机转速检测子单元在爬坡判定单元判断出扭矩不足时，设定目标速度值，将此目标速度与预设爬坡最低转速做比较，当目标速度低于预设转速时，重置目标速度为预设转速。。

而且，所述时间记录子单元实时检测累计爬坡时间是否达到预设时间，当爬坡时间达到预设时间后，退出爬坡程序。

而且，所述电机控制单元在进入爬坡程序后以目标速度做闭环控制。

一种智能爬坡电动车，包括智能爬坡控制***。

一种智能爬坡电动车的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、实时采集电动车的整车数据，通过数据分析判断整车线电流是否达到初始限流值且转把电压大于有效最高值；

步骤2、当整车线电流达到初始限流值且转把电压大于有效最高值时，进入爬坡识别阶段，继续判断当前扭矩是否满足爬坡需求；

步骤3，若爬坡扭矩不足，则转速下降，进入预设定爬坡程序，并开始计时；

步骤4，当满足爬坡程序退出条件时，恢复初始程序，将限流值变为初始限流值。

而且，所述步骤4爬坡程序退出条件是满足如下条件之一：(1)实际转把电压小于转把电压最高有效值；(2)实际电流低于初始限流值；(3)爬坡累积时间达到预设时间。

本发明的优点和积极效果是：

本爬坡控制***能够实时检测电动车的行使信息，通过数据分析智能识别爬坡路况，在电动车爬坡扭矩不足时，临时提升整车动力，以使电动车既可以在平路可靠行驶，又能够在爬坡时动力充足，所有过程无需人为调节，具有启动电流小、高效节能、无安装限制、使用方便等优点，有效提升了电动自行车的使用性能，更好的满足广大用户的需求。

附图说明

图1为本发明的智能爬坡控制***框图；

图2为本发明的智能爬坡控制方法流程图；

图3为具体实施例的程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。需要说明的是，为了便于充分理解本发明，下面描述中阐述了很多具体细节，但是，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

根据本发明的实施例，图1示出了智能爬坡控制***的框图。

如图1所示，智能爬坡控制***包括：

⑴整车数据采集单元：用于在电动车行驶过程中实时采集转把电压、整车线电流、电机转速和爬坡时间等整车数据，将此行驶数据作为后续数据分析、路况判断及电机控制的重要依据。

⑵数据分析单元：用于分析整车数据中的转把电压和整车线电流，判断是否需要进行爬坡判断。

⑶爬坡判定单元：用于在数据分析单元确定需要进行爬坡判断时，继续判断当前扭矩是否满足爬坡需求。

⑷电机控制单元：用于在爬坡判定单元判断出爬坡扭矩不足时，切入爬坡程序，提高电动车限流值，电机控制单元在进入爬坡程序后将以目标速度做闭环控制；假使爬坡判定单元判断结果为扭矩可以满足爬坡需求，电动车将维持原程序。

通过实时采集整车数据，分析数据，对比各单元的判断结果，从而智能识别爬坡路况，自动调整电动车行驶状态，使整车行驶信息与当前路况相符，既能使平路骑行安全可靠，又能保证爬坡时动力充足。

所述整车数据采集单元包括：

①转把电压检测子单元：用于实时检测电动车的转把电压。在数据分析单元中用于判断转把电压是否大于或等于最高有效电压。在电机控制单元进入爬坡程序后实时检测电动车的转把电压并判断转把电压是否大于或等于最高有效电压。

②电流检测子单元：用于实时检测电动车的整车线电流。在初始程序中用于判断整车线电流是否达到初始限流值，在电机控制单元进入爬坡程序后，实时检测电动车的整车线电流，并判断整车线电流是否小于初始限流值或达到二档限流值，

③电机转速检测子单元：用于实时检测所述驱动电机的转速。在爬坡判定单元中判断转速是否下降，转速下降即可判断出扭矩不足，切入爬坡程序。在电机控制单元中记录转速开始掉落的速度值，将此速度设为目标速度，并与预设爬坡最低转速n做比较，当目标速度低于预设转速时，重置目标速度为预设爬坡最低转速n。

④时间记录子单元：进入爬坡程序后，用于累计爬坡时间。当爬坡时间达到预设时间后，退出爬坡程序。

需要说明的是，在电动车未进入爬坡程序提升动力以前，数据分析的关键点在于：只有转把电压大于或等于最高有效电压且整车线电流达到初始限流值时，才会进行后续爬坡识别。仅满足其中一个条件时，电动车不会进行爬坡判断。

因为如果转把电压小于最高有效电压，则说明转把没有拧到底，用户主观上不需要加力。另一方面，即使转把拧到底，电流却没有达到限流值，说明整车扭矩仍有提升空间，此时无需进入爬坡程序。

只有同时满足上述两个条件时，才说明整车正处于扭矩需求较大(电流已达限流值)且用户仍在加力(转把拧到底)状态。此时再进行扭矩判断。

爬坡判定单元用以判断扭矩情况，重要意义在于：爬坡时如果初始限流值即可满足爬坡扭矩需求，则不开放二档限流值。也就是说，即使转把到底，电流也达到初始限流值，如果此时转速仍在增加，说明初始限流值提供的扭矩可以满足爬坡需求，则不会进入爬坡程序；否则，当爬坡扭矩不足，转速下降，即可进入爬坡程序。

本发明的爬坡判定方法可以很好的避免电动车起步阶段误进入爬坡程序。由于电动车在起步时扭矩需求较大，电流会瞬间达到限流值，通常转把也会转到底，此时整车状态与爬坡状态相似，只有通过电机转速情况加以区分。起步时，转速会越来越快；爬陡坡时，转速则会下降。

通过多种条件共同判断电动车行车路况，提高了智能识别爬坡的准确性。

根据本发明的实施例，图2示出了智能爬坡电动车的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、实时采集所述电动车的整车数据，通过数据分析判断整车是否处于大电流供电且用户需要加力状态，即电流达到初始限流值且转把电压大于有效最高值。

步骤2、当电流达到初始限流值且转把电压大于有效最高值时，进入爬坡识别阶段，继续判断当前扭矩是否满足爬坡需求，即转速是否下降。

步骤3，若爬坡扭矩不足，则转速下降，程序进入爬坡设定，同时开始计时。

步骤4，当满足爬坡程序退出条件时，恢复初始程序设定，即限流值变为初始限流值。

在本步骤中，爬坡程序退出条件是：当满足以下任一条件时，爬坡程序结束，恢复初始限流值：(1)实际转把电压小于转把电压最高有效值；(2)实际电流低于初始限流值；(3)爬坡累积时间达到预设时间。

本发明的智能爬坡电动车控制方法是通过智能爬坡电动车控制软件设计来实现的，图3给出了该控制软件的流程图。在图中，I₁表示初始限流值，I₂表示二挡限流值，V₀表示上次循环电机转速,V_i表示本次循环电机转速,a表示转把最高有效电压,n表示爬坡最低转速,T表示进入爬坡程序累计时间。此程序流程图严格按照图2所示的控制方法编写，在电动车控制器中用程序代码将其实现后，即可智能识别爬坡路况，自动调整限流值。

本发明的工作原理是：对平路和爬坡两种路况设定不同程序，基本参数为：平路时对应较小初始限流值；爬坡且扭矩不足时，进入较大二档限流值。其功效为：既可以保证起步电流较小，限制平路时的负载量，又可以保证爬坡时的动力充足。具体如下：电动车每次起步时，电流通常会达到限流值，此时以较小初始限流值起步，可减少瞬时放电对电池的伤害。并且当电动车平路骑行，负载量超出标准承载量时，电流将受初始限流值限制，使电机转速下降，用户感到整车无力，即知负载过重，如此可自行避免不合理用车，从而保证电器件性能良好；另一方面当电动车爬坡时，由于重力作用，整车克服阻力做功增加，扭矩需求变大，此时本程序将自动进行数据分析判断扭矩情况，当爬坡扭矩不足时控制器迅速切换到爬坡程序用以提升限流值，获得较大动力，保证用户骑行体验。

上述两种程序切换由智能爬坡控制***自动完成，通过实时采集行车数据、分析数据，再根据分析结果判断是否需要进入爬坡程序。本发明既可以在起步时限制电流，平路行驶时限制载重，又可以满足电动车在爬坡时的扭矩需求，真正实现电动车在不同路况下行驶状态最优化，运行模式智能化。

本发明中应用智能爬坡控制***的电动车具体工作过程如下：

【爬坡识别条件】电动车控制器进入爬坡识别的前提条件：转把电压达到有效最高值，同时电流达到初始限流值。当转把电压低于有效最高值，说明电动车性能及动力仍有提升空间；当电流值低于初始限流值，说明负载较轻，扭矩可以满足需求。

【爬坡程序的判断】进入爬坡识别程序后，采集转速信息进行比较。当转速提升或不变时，判断为电动车正在加速或匀速行驶，扭矩能够满足行车需求，限流值维持初始值不变；当转速下降时，判断为电动车正在爬坡，扭矩不足，此时进入二档限流值。

本发明通过转速信息判断扭矩需求，仅在爬坡扭矩不足时提升动力。即当电动车爬行平缓小坡，初始限流值可满足扭矩需求时，此程序不会进入爬坡程序，真正实现电流输出最优化。而水平传感器则会在感知到有爬坡斜度时即会加大限流值，提升动力，这种做法不能自动判断当前扭矩能否爬过缓坡，增加了整车能量流失。

【爬坡保护程序】为了避免开放二档限流值后，用户在爬坡过程中加速骑行，导致输出电流过大，引发电机及电池性能衰减，本发明设置了保护程序。具体为：记录爬坡时转速开始下降的速度值，维持此速度爬坡。这种以恒定速度(恒速)过坡的做法可以避免用户加速过坡，抑制爬坡扭矩过胜，避免电流过量输出。即电流自动维持在刚好满足爬坡扭矩需求的数值上，减少能量损失。

【爬坡最低速度限定】当电动车坡底起步，初速度较小时，即使判断出扭矩不足，由于上述保护程序限制，电动车仍将维持在较小速度过坡，影响用户行车体验。所以针对这种恒速值较小的情况，本发明在设定恒速值时增加了最低爬坡速度限制条件，即当恒速值小于阈值n时，电动车将以最低转速n进行恒速爬坡，这样可以确保爬坡速度不会很低，保证了用户的行车体验。

【爬坡时限】进入爬坡程序后，为了避免电动车因爬坡时间过长引发电池及电机损坏，本发明对爬坡时间进行了限制。检测爬坡电流是否达到二档限流值，当爬坡电流小于二档限流值，预设爬坡时间为五分钟；当爬坡电流持续维持在二档限流值时，预设时间为两分钟。达到预设时间后，自动退出爬坡程序，限流值由较大值平滑降回初始限流值。

【退出爬坡程序设定】爬坡结束后，整车扭矩减小，电流值下降，当电流低于初始限流值时，自动退出爬坡程序，回到初始限流值状态。这样设置可以避免程序切换时产生波动，使用户行车速度无落差，真正实现转速的无缝衔接，工作模式的智能转换。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种智能爬坡控制***，其特征在于：包括整车数据采集单元、数据分析单元、爬坡判定单元和电机控制单元，其中：

整车数据采集单元：用于实时采集电动车行驶过程中的转把电压、整车线电流、电机转速和爬坡时间；

数据分析单元：根据整车数据采集单元采集的转把电压和整车线电流判断是否需要进行爬坡判断；

爬坡判定单元：用于在数据分析单元确定需要进行爬坡判断时，继续判断当前扭矩是否满足爬坡需求；

电机控制单元：用于在爬坡判定单元判断出爬坡扭矩不足时，切入爬坡程序，提高电动车限流值，直至爬坡结束电流自动降至初始限流值；

转把电压检测子单元：用于实时检测电动车的转把电压；

电流检测子单元：用于实时检测电动车的整车线电流；

电机转速检测子单元：用于实时检测驱动电机的转速；

时间记录子单元：进入爬坡程序后，用于累计爬坡时间；

所述电机转速检测子单元在爬坡判定单元判断出扭矩不足时，设定目标速度值，将此目标速度与预设爬坡最低转速做比较，当目标速度低于预设转速时，重置目标速度为预设转速；

所述时间记录子单元实时检测累计爬坡时间是否达到预设时间，当爬坡时间达到预设时间后，退出爬坡程序；

转把电压大于或等于最高有效电压且整车线电流达到初始限流值时，进行后续爬坡识别。

2.根据权利要求1所述的一种智能爬坡控制***，其特征在于：所述转把电压检测子单元在数据分析单元中用于判断转把电压是否大于或等于最高有效电压；在电机控制单元进入爬坡程序后实时检测电动车的转把电压并判断转把电压是否大于或等于最高有效电压。

3.根据权利要求1所述的一种智能爬坡控制***，其特征在于：所述电流检测子单元在初始程序中用于判断整车线电流是否达到初始限流值，在电机控制单元进入爬坡程序后，实时检测电动车的整车线电流，并判断整车线电流是否小于初始限流值或达到二档限流值。

4.根据权利要求1所述的一种智能爬坡控制***，其特征在于：所述电机控制单元在进入爬坡程序后以目标速度做闭环控制。

5.一种智能爬坡电动车，其特征在于：包括如权利要求1至4任一项所述的智能爬坡控制***。

6.一种如权利要求5所述智能爬坡电动车的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、实时采集电动车的整车数据，通过数据分析判断整车线电流是否达到初始限流值且转把电压大于有效最高值；

步骤2、当整车线电流达到初始限流值且转把电压大于有效最高值时，进入爬坡识别阶段，继续判断当前扭矩是否满足爬坡需求；

步骤3，若爬坡扭矩不足，则转速下降，进入预设定爬坡程序，并开始计时；

步骤4，当满足爬坡程序退出条件时，恢复初始程序，将限流值变为初始限流值；

所述步骤4爬坡程序退出条件是满足如下条件之一：(1)实际转把电压小于转把电压最高有效值；(2)实际电流低于初始限流值；(3)爬坡累计时间达到预设时间。