一种集成MCU和TCU的电动汽车控制器

技术领域

本发明涉及汽车控制器，具体涉及一种集成MCU和TCU的电动汽车控制器。

背景技术

随着能源枯竭和环境污染问题日益严重，世界各国正积极寻求开发低排放、高效率的新能源交通工具，新能源汽车被视为解决上述问题的重要途径之一而得到广泛关注。

纯电动汽车中的变速器对车辆的整体性能有着显著作用，电机的运行曲线相对于传统发动机来说有着明显优势。动力换挡过程具有更优的换挡品质，其控制过程较非动力换挡过程更为复杂，电机转速同步过程要求电机调速快速、准确、稳定，电机的调速性能直接影响换挡时间及换挡的平顺性，换挡规律和变速箱速比分配是否合理直接关系到整车动力性、经济性及平顺性。

电动汽车的关键技术是电机驱动与控制，为了充分发挥电机与驱动电路的效率，使得两者处于高效工作状态，自动变速箱得到应用，因此在传统电机控制器MCU的模式上，增加了变速箱控制器TCU，两者协同工作共同完成电机的驱动与控制。

分体式MCU、TCU协同工作时，需要通过外部通讯来实现相互之间协同工作，因此会产生相应延时，同时还会增加系统的复杂性，带来一些系统故障。而直接将TCU集成到MCU之中，形成一个整体，带来的性能优势显而易见，同时还能降低应用系统的整体成本，提高经济效益。

现阶段，电动汽车在行驶过程中的平顺性较差，更换挡位时体验感较为明显，影响了乘车人员的乘车体验，并且不具备安全控速功能，在一定程度上缺乏对于乘客安全的保障。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种集成MCU和TCU的电动汽车控制器，能够有效克服现有技术所存在的行驶过程中平顺性较差、不具备安全控速功能的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种集成MCU和TCU的电动汽车控制器，包括集成TCU的ECU，所述ECU与用于采集车辆控制信号的操控信号采集单元相连，所述操控信号采集单元包括用于采集模拟输入信号的模拟信号采集模块，以及用于采集数字输入信号的数字信号采集模块；

所述ECU与用于采集车辆状态数据的状态数据采集模块相连，所述ECU与用于对车辆控制信号、车辆状态数据进行处理生成变化率数据的数据处理模块相连，所述ECU与用于将变化率数据与设定参数进行对比的数据对比模块相连，所述ECU与用于根据数据对比结果判断行车状态的行车状态判断模块相连，所述ECU根据行车状态分别通过MCU、TCU对电机、变速箱进行控制。

优选地，所述模拟信号采集模块包括模拟输入信号采集端，所述模拟输入信号采集端连接第一输入滤波模块，所述第一输入滤波模块连接用于匹配模拟输入信号幅值的输入分压模块，所述输入分压模块连接运算放大器，所述接运算放大器连接第一输出滤波模块，所述第一输出滤波模块连接用于限制输出信号电压的输出限压模块，所述输出限压模块连接信号输出模块。

优选地，所述数字信号采集模块包括依次连接的数字输入信号采集端、第二输入滤波模块、光电耦合器、第二输出滤波模块、输出上拉电阻，以及信号输出模块。

优选地，所述车辆控制信号包括前进踏板开合角度、刹车踏板开合角度，所述车辆状态数据包括行驶速度。

优选地，所述操控信号采集单元采集前进踏板开合角度、刹车踏板开合角度，包括：

在一段时间内，操控信号采集单元连续对前进踏板开合角度、刹车踏板开合角度进行数据采集，并取平均值作为当前时刻的前进踏板开合角度、刹车踏板开合角度。

优选地，所述状态数据采集模块采集行驶速度，包括：

在一段时间内，状态数据采集模块连续对行驶速度进行数据采集，并取平均值作为当前时刻的行驶速度。

优选地，所述数据处理模块对车辆控制信号、车辆状态数据进行处理生成变化率数据，包括：

数据处理模块将当前时刻的前进踏板开合角度与上一采样点的前进踏板开合角度的比值作为当前时刻的前进踏板开合变化率a；

数据处理模块将当前时刻的刹车踏板开合角度与上一采样点的刹车踏板开合角度的比值作为当前时刻的刹车踏板开合变化率b；

数据处理模块根据当前时刻的行驶速度与上一采样点的行驶速度计算当前时刻的加速度c。

优选地，所述数据对比模块将前进踏板开合变化率a、刹车踏板开合变化率b与阈值A，加速度c与阈值B，行驶速度与阈值C进行比较；

当前进踏板开合变化率a大于阈值A，同时加速度c大于阈值B，且行驶速度小于阈值C时，行车状态判断模块判定车辆处于需提前加速状态，ECU分别通过MCU、TCU提前对电机、变速箱进行匹配提升控制；

当刹车踏板开合变化率b大于阈值A，同时加速度c的绝对值大于阈值B，且行驶速度不小于阈值C时，行车状态判断模块判定车辆处于需提前减速状态，ECU分别通过MCU、TCU提前对电机、变速箱进行匹配降速控制；

当前进踏板开合变化率a大于阈值A，同时加速度c大于阈值B，且行驶速度不小于阈值C时，行车状态判断模块判定车辆处于需推后加速状态，ECU分别通过MCU、TCU推后对电机、变速箱进行匹配提升控制；

当刹车踏板开合变化率b大于阈值A，同时加速度c的绝对值大于阈值B，且行驶速度小于阈值C时，行车状态判断模块判定车辆处于需推后减速状态，ECU分别通过MCU、TCU推后对电机、变速箱进行匹配降速控制；

当前进踏板开合变化率a、加速度c中任意一个不大于对应阈值时，行车状态判断模块判定车辆处于缓慢加速状态，ECU分别通过MCU、TCU对电机、变速箱进行缓慢匹配提升控制；

当刹车踏板开合变化率b、加速度c的绝对值中任意一个不大于对应阈值时，行车状态判断模块判定车辆处于缓慢减速状态，ECU分别通过MCU、TCU对电机、变速箱进行缓慢匹配降速控制。

优选地，所述ECU与用于对阈值A、阈值B、阈值C进行设定的参数设定模块相连；

其中，阈值A可设置两个，一个对应前进踏板开合变化率a，另一个对应刹车踏板开合变化率b；阈值C可以根据变速箱中各挡位的调挡速度进行设定。

优选地，所述ECU与用于采集电机工作参数的电机工作参数采集模块相连，所述ECU与用于采集变速箱工作参数的变速箱工作参数采集模块相连。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种集成MCU和TCU的电动汽车控制器，通过对车辆控制信号、车辆状态数据的采集，利用行车状态判断模块对车辆所处行车状态进行有效判断，能够实现对电机、变速箱的提前或推后的匹配控制，大大提升了行驶过程中的平顺性及安全性，并且能够实现有效的安全控速，在行驶速度较快时控制加速进程，进一步提升车辆的可靠性、安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明中操控信号采集单元的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种集成MCU和TCU的电动汽车控制器，如图1和图2所示，包括集成TCU的ECU，ECU与用于采集车辆控制信号的操控信号采集单元相连，操控信号采集单元包括用于采集模拟输入信号的模拟信号采集模块，以及用于采集数字输入信号的数字信号采集模块。

模拟信号采集模块包括模拟输入信号采集端，模拟输入信号采集端连接第一输入滤波模块，第一输入滤波模块连接用于匹配模拟输入信号幅值的输入分压模块，输入分压模块连接运算放大器，接运算放大器连接第一输出滤波模块，第一输出滤波模块连接用于限制输出信号电压的输出限压模块，输出限压模块连接信号输出模块。

数字信号采集模块包括依次连接的数字输入信号采集端、第二输入滤波模块、光电耦合器、第二输出滤波模块、输出上拉电阻，以及信号输出模块。

ECU与用于采集车辆状态数据的状态数据采集模块相连，ECU与用于对车辆控制信号、车辆状态数据进行处理生成变化率数据的数据处理模块相连，ECU与用于将变化率数据与设定参数进行对比的数据对比模块相连，ECU与用于根据数据对比结果判断行车状态的行车状态判断模块相连，ECU根据行车状态分别通过MCU、TCU对电机、变速箱进行控制。

本申请技术方案中，车辆控制信号包括前进踏板开合角度、刹车踏板开合角度，车辆状态数据包括行驶速度。

操控信号采集单元采集前进踏板开合角度、刹车踏板开合角度，包括：

在一段时间内，操控信号采集单元连续对前进踏板开合角度、刹车踏板开合角度进行数据采集，并取平均值作为当前时刻的前进踏板开合角度、刹车踏板开合角度。

状态数据采集模块采集行驶速度，包括：

在一段时间内，状态数据采集模块连续对行驶速度进行数据采集，并取平均值作为当前时刻的行驶速度。

数据处理模块对车辆控制信号、车辆状态数据进行处理生成变化率数据，包括：

数据处理模块将当前时刻的前进踏板开合角度与上一采样点的前进踏板开合角度的比值作为当前时刻的前进踏板开合变化率a；

数据处理模块将当前时刻的刹车踏板开合角度与上一采样点的刹车踏板开合角度的比值作为当前时刻的刹车踏板开合变化率b；

数据处理模块根据当前时刻的行驶速度与上一采样点的行驶速度计算当前时刻的加速度c。

数据对比模块将前进踏板开合变化率a、刹车踏板开合变化率b与阈值A，加速度c与阈值B，行驶速度与阈值C进行比较；

当前进踏板开合变化率a大于阈值A，同时加速度c大于阈值B，且行驶速度小于阈值C时，行车状态判断模块判定车辆处于需提前加速状态，ECU分别通过MCU、TCU提前对电机、变速箱进行匹配提升控制；

当刹车踏板开合变化率b大于阈值A，同时加速度c的绝对值大于阈值B，且行驶速度不小于阈值C时，行车状态判断模块判定车辆处于需提前减速状态，ECU分别通过MCU、TCU提前对电机、变速箱进行匹配降速控制；

当前进踏板开合变化率a大于阈值A，同时加速度c大于阈值B，且行驶速度不小于阈值C时，行车状态判断模块判定车辆处于需推后加速状态，ECU分别通过MCU、TCU推后对电机、变速箱进行匹配提升控制；

当刹车踏板开合变化率b大于阈值A，同时加速度c的绝对值大于阈值B，且行驶速度小于阈值C时，行车状态判断模块判定车辆处于需推后减速状态，ECU分别通过MCU、TCU推后对电机、变速箱进行匹配降速控制；

当前进踏板开合变化率a、加速度c中任意一个不大于对应阈值时，行车状态判断模块判定车辆处于缓慢加速状态，ECU分别通过MCU、TCU对电机、变速箱进行缓慢匹配提升控制；

当刹车踏板开合变化率b、加速度c的绝对值中任意一个不大于对应阈值时，行车状态判断模块判定车辆处于缓慢减速状态，ECU分别通过MCU、TCU对电机、变速箱进行缓慢匹配降速控制。

本申请技术方案中，ECU与用于对阈值A、阈值B、阈值C进行设定的参数设定模块相连；

其中，阈值A可设置两个，一个对应前进踏板开合变化率a，另一个对应刹车踏板开合变化率b；阈值C可以根据变速箱中各挡位的调挡速度进行设定。

通过对阈值进行参数配置，能够调节车辆的操纵性能，满足不同路况和各种环境的使用要求。

ECU与用于采集电机工作参数的电机工作参数采集模块相连，电机工作参数采集模块用于采集电机转速、电机温度；ECU与用于采集变速箱工作参数的变速箱工作参数采集模块相连，变速箱工作参数采集模块用于采集挂挡位置、输出转速。

同时，本申请技术方案设置故障、欠压、过压、过流、过热等保护功能，提升了系统的可靠性；设置蜂鸣器提示各种故障，方便检修。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。