CN102493510A - 一种混合动力推土机、其驱动电机控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力推土机的驱动电机控制系统，包括用于检测推土机的横摆角速度的第一检测元件和控制元件，控制元件将横摆角速度与目标横摆角速度比较，得到横摆角速度误差，并根据横摆角速度误差和控制策略计算出两驱动电机各自的目标转速，从而分别调整两驱动电机以达到各自的目标转速。这样，能够直接进行电机速度控制，出现横摆角速度误差时，使一侧车轮增速，另一侧车轮减速，迅速产生纠偏横摆力矩，控制反应快，控制效果较好，能够实现两驱动电机的协调控制，更加符合推土机载荷剧烈变化的工况要求，提高了混合动力推土机的性能。本发明还提供一种包括上述驱动电机控制系统的混合动力推土机，以及基于该控制系统的控制方法。

Description

一种混合动力推土机、其驱动电机控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及土建机械技术领域，特别涉及一种用于混合动力推土机的驱动电机控制系统。本发明还涉及一种使用上述驱动电机控制系统的控制方法，以及包括上述驱动电机控制系统的混合动力推土机。
背景技术
随着我国经济建设的发展，推土机等土建机械得到了越来越广泛地应用，也对各种土建机械的性能提出了更高的要求。
推土机是一种用于土木建设的工程车辆，车身前方安装有大型的金属推土刀，使用时放下推土刀，向前铲削并推送泥、沙及石块等。混合动力推土机以其能耗低、环保性能好等优势日渐成为推土机开发的主流趋势。
典型的混合动力推土机的驱动系统包括两个驱动电机，两电机独立驱动以简化驱动系统的结构，减轻整车质量。驱动电机的控制系统采取与电动汽车相类似的跟踪控制策略，也即，对其中一个驱动电机进行监控，根据实际情况调整其转速，调整该驱动电机的转速等参数，而另外一个驱动电机一直按预先输入的跟踪目标值工作。
但是，推土机负荷工况与电动汽车有明显差别，推土机工作过程中载荷剧烈变化，因此简单地把电动汽车的控制策略应用到电传动履带推土机上并不合适，必须根据推土机工况特点开发相应的控制策略。独立驱动推土机工作过程中由于两侧路况和负载不断变化，推土机难以按照驾驶员的意图行驶，直线行驶时容易发生跑偏，转弯时容易发生转弯过度或转弯不足。
因此，结合推土机工况要求，设计出适合推土机的独立驱动电机的控制系统，就成为本领域技术人员亟须解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力推土机的驱动电机控制系统，其能够实现两驱动电机的协调控制，更加符合推土机载荷剧烈变化的工况要求，提高了混合动力推土机的性能；本发明的另一目的是提供一种使用上述驱动电机控制系统的控制方法；本发明的再一目的是提供一种包括上述驱动电机控制系统的混合动力推土机。
为解决上述技术问题，本发明提供一种混合动力推土机的驱动电机控制系统，包括第一检测元件和控制元件；
所述第一检测元件用于检测推土机的横摆角速度，并将检测的横摆角速度信号传递至控制元件；
所述控制元件用于接收所述横摆角速度信号，并将横摆角速度与目标横摆角速度比较，并得到横摆角速度误差；所述控制元件根据所述横摆角速度误差和控制策略计算出两所述驱动电机各自的目标转速，并分别调整两所述驱动电机达到各自的目标转速。
优选地，还包括第二检测元件，所述第二检测元件检测转向角信号和节气门开度信号，并将检测到的所述转向角信号和节气门开度信号传递至所述控制元件；
所述控制元件接收所述转向角信号和所述节气门开度信号，并根据检测到的转向角、节气门开度和推土机的结构参数，计算出所述横摆角目标值。
优选地，所述控制策略为，根据所述横摆角误差经过PD运算得到两所述驱动电机各自的转速，根据所述转速和两所述驱动电机各自的目标速度计算出两所述驱动电机各自的所述目标转速。
本发明还提供一种推土机，包括两个驱动电机和控制两所述驱动电机的驱动电机控制系统，所述驱动电机控制系统为如上所述的驱动电机控制系统。
本发明还提供一种混合动力推土机的驱动电机控制方法，包括以下步骤：
1)实时检测推土机的横摆角速度，并将检测的横摆角速度信号传递至控制元件；
2)接收所述横摆角速度信号，并将横摆角速度与目标横摆角速度比较，并得到横摆角速度误差；
3)根据所述横摆角速度误差和控制策略计算出两所述驱动电机各自的目标转速；
4)调整两所述驱动电机达到各自的目标转速。
进一步地，上述步骤2)之前还包括以下步骤：
21)实时检测转向角信号和节气门开度信号，并将检测到的所述转向角信号和节气门开度信号传递至所述控制元件；
22)接收所述转向角信号和所述节气门开度信号，并根据检测到的转向角、节气门开度和推土机的结构参数，计算出所述横摆角目标值。
优选地，所述控制策略为，根据所述横摆角误差经过PD运算得到两所述驱动电机各自的转速，根据所述转速和两所述驱动电机各自的目标速度计算出两所述驱动电机各自的所述目标转速。
本发明所提供的驱动电机控制系统用于混合动力推土机，该驱动电机控制系统包括第一检测元件和控制元件，其中，第一检测元件用于检测推土机的横摆角速度，并将检测的横摆角速度信号传递至控制元件；所述控制元件用于接收所述横摆角速度信号，并将横摆角速度与目标横摆角速度比较，并得到横摆角速度误差；所述控制元件根据所述横摆角速度误差和控制策略计算出两所述驱动电机各自的目标转速，并分别调整两所述驱动电机达到各自的目标转速。
这样，采用横摆角速度误差调整两侧驱动电机的运行速度，能够根据车速自适应调节控制参数；且能够直接进行电机速度控制，出现横摆角速度误差时，使一侧车轮增速，另一侧车轮减速，迅速产生纠偏横摆力矩，控制反应快，控制效果较好，能够实现两驱动电机的协调控制，更加符合推土机载荷剧烈变化的工况要求，提高了混合动力推土机的性能。
本发明的提供的驱动电机控制方法是基于上述驱动电机控制系统的，控制方法也具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明所提供的驱动电机控制系统一种具体实施方式的结构框图。
图2为本发明所提供的驱动电机控制系统另一种具体实施方式的结构框图。
图3为本发明所提供的驱动电机控制方法一种具体实施方式的流程图。
图4为本发明所提供的驱动电机控制方法另一种具体实施方式的流程图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种混合动力推土机的驱动电机控制系统，其能够实现两驱动电机的协调控制，更加符合推土机载荷剧烈变化的工况要求，提高了混合动力推土机的性能；本发明的另一核心是提供一种使用上述驱动电机控制系统的控制方法；本发明的再一核心是提供一种包括上述驱动电机控制系统的混合动力推土机。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供的驱动电机控制系统一种具体实施方式的结构框图。
在一种具体实施方式中，本发明所提供的驱动电机3控制系统用于混合动力推土机，混合动力推土机通常具有位于车体两侧的两个驱动电机3，通过两侧驱动电机3的速度调整实现推土机的前进、转弯等动作。本发明所提供的驱动电机3控制系统包括第一检测元件1和控制元件2；其中，所述第一检测元件1用于检测推土机的横摆角速度，并将检测的横摆角速度信号传递至控制元件2；所述控制元件2用于接收所述横摆角速度信号，并将横摆角速度与目标横摆角速度比较，并得到横摆角速度误差；所述控制元件2根据所述横摆角速度误差和控制策略计算出两所述驱动电机3各自的目标转速，并分别调整两所述驱动电机3达到各自的目标转速。
上述控制策略可以为，根据所述横摆角误差经过PD运算得到两所述驱动电机3各自的转速，根据所述转速和两所述驱动电机3各自的目标速度计算出两所述驱动电机3各自的所述目标转速；通过PD控制策略调整两侧电机运行速度，能够根据车速自适应调节PD控制参数，进一步提高了控制性能。
第一检测元件1可以为速度传感器，使用速度传感器直接测量横摆角速度。第一检测元件1也不局限于为速度传感器，其也可以为其他类型的传感器，测量其他类型的参数后，间接得到上述横摆角速度，该其他类型的参数显然应该是与横摆角速度有关的参数，从而能够基于该测量参数间接得到横摆角速度。
控制元件2可以是集成的，也就是两个驱动电机3由一个控制元件2控制；控制元件2也可以是独立的，也就是两各驱动电机3分别由两个控制元件2控制。
这样，采用横摆角速度误差调整两侧驱动电机3的运行速度，能够根据车速自适应调节控制参数；且能够直接进行电机速度控制，出现横摆角速度误差时，使一侧车轮增速，另一侧车轮减速，迅速产生纠偏横摆力矩，控制反应快，控制效果较好，能够实现两驱动电机3的协调控制，更加符合推土机载荷剧烈变化的工况要求，提高了混合动力推土机的性能。
在上述具体实施方式的基础上，上述横摆角目标值可以通过以下控制策略得到。
请参考图2，图2为本发明所提供的驱动电机3控制系统另一种具体实施方式的结构框图。
在另一种具体实施方式中，本发明所提供的驱动电机3控制系统还可以包括第二检测元件4，所述第二检测元件4检测转向角信号和节气门开度信号，并将检测到的所述转向角信号和节气门开度信号传递至所述控制元件2；所述控制元件2接收所述转向角信号和所述节气门开度信号，并根据检测到的转向角、节气门开度和推土机的结构参数，计算出所述横摆角目标值。这样，能够根据使用工况，实时得到较为精准的横摆角目标值，控制更为精准。
根据第二检测元件4检测参数可知，第二检测元件4包括转向角传感器和节气门开度传感器，两传感器独立工作，互不干扰。
除了上述驱动电机3控制系统，本发明还提供一种包括上述驱动电机3控制系统的推土机，该推土机的其他各部分结构请参考现有技术，在此不再赘述。
请参考图3，图3为本发明所提供的驱动电机3控制方法一种具体实施方式的流程图。
在一种具体实施方式中，本发明所提供的混合动力推土机的驱动电机3控制方法包括以下步骤：
S11：实时检测推土机的横摆角速度，并将检测的横摆角速度信号传递至控制元件2；
S12：接收所述横摆角速度信号，并将横摆角速度与目标横摆角速度比较，并得到横摆角速度误差；
S13：根据所述横摆角速度误差和控制策略计算出两所述驱动电机3各自的目标转速；
S14：调整两所述驱动电机3达到各自的目标转速。
上述控制策略可以为，根据所述横摆角误差经过PD运算得到两所述驱动电机3各自的转速，根据所述转速和两所述驱动电机3各自的目标速度计算出两所述驱动电机3各自的所述目标转速；通过PD控制策略调整两侧电机运行速度，能够根据车速自适应调节PD控制参数，进一步提高了控制性能。
第一检测元件1可以为速度传感器，使用速度传感器直接测量横摆角速度。第一检测元件1也不局限于为速度传感器，其也可以为其他类型的传感器，测量其他类型的参数后，间接得到上述横摆角速度，该其他类型的参数显然应该是与横摆角速度有关的参数，从而能够基于该测量参数间接得到横摆角速度。
控制元件2可以是集成的，也就是两个驱动电机3由一个控制元件2控制；控制元件2也可以是独立的，也就是两各驱动电机3分别由两个控制元件2控制。
这样，采用横摆角速度误差调整两侧驱动电机3的运行速度，能够根据车速自适应调节控制参数；且能够直接进行电机速度控制，出现横摆角速度误差时，使一侧车轮增速，另一侧车轮减速，迅速产生纠偏横摆力矩，控制反应快，控制效果较好，能够实现两驱动电机3的协调控制，更加符合推土机载荷剧烈变化的工况要求，提高了混合动力推土机的性能。
请参考图4，图4为本发明所提供的驱动电机3控制方法另一种具体实施方式的流程图。
在另一种具体实施方式中，本发明所提供的驱动电机3控制方法包括以下步骤：
S21：实时检测推土机的横摆角速度，并将检测的横摆角速度信号传递至控制元件2；
S22：实时检测转向角信号和节气门开度信号，并将检测到的所述转向角信号和节气门开度信号传递至所述控制元件2；
S23：接收所述转向角信号和所述节气门开度信号，并根据检测到的转向角、节气门开度和推土机的结构参数，计算出所述横摆角目标值。
S24：接收所述横摆角速度信号，并将横摆角速度与目标横摆角速度比较，并得到横摆角速度误差；
S25：根据所述横摆角速度误差和控制策略计算出两所述驱动电机3各自的目标转速；
S26：调整两所述驱动电机3达到各自的目标转速。
这样，能够根据使用工况，实时得到较为精准的横摆角目标值，控制更为精准。
以上对本发明所提供的一种混合动力推土机、其驱动电机控制系统及控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种混合动力推土机的驱动电机控制系统，其特征在于，包括第一检测元件和控制元件；
所述第一检测元件用于检测推土机的横摆角速度，并将检测的横摆角速度信号传递至控制元件；
所述控制元件用于接收所述横摆角速度信号，并将横摆角速度与目标横摆角速度比较，并得到横摆角速度误差；所述控制元件根据所述横摆角速度误差和控制策略计算出两所述驱动电机各自的目标转速，并分别调整两所述驱动电机达到各自的目标转速。
2.根据权利要求1所述的混合动力推土机的驱动电机控制系统，其特征在于，还包括第二检测元件，所述第二检测元件检测转向角信号和节气门开度信号，并将检测到的所述转向角信号和节气门开度信号传递至所述控制元件；
所述控制元件接收所述转向角信号和所述节气门开度信号，并根据检测到的转向角、节气门开度和推土机的结构参数，计算出所述横摆角目标值。
3.根据权利要求1所述的混合动力推土机的驱动电机控制系统，其特征在于，所述控制策略为，根据所述横摆角误差经过PD运算得到两所述驱动电机各自的转速，根据所述转速和两所述驱动电机各自的目标速度计算出两所述驱动电机各自的所述目标转速。
4.一种推土机，包括两个驱动电机和控制两所述驱动电机的驱动电机控制系统，其特征在于，所述驱动电机控制系统为如权利要求1至3任一项所述的驱动电机控制系统。
5.一种混合动力推土机的驱动电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)实时检测推土机的横摆角速度，并将检测的横摆角速度信号传递至控制元件；
2)接收所述横摆角速度信号，并将横摆角速度与目标横摆角速度比较，并得到横摆角速度误差；
3)根据所述横摆角速度误差和控制策略计算出两所述驱动电机各自的目标转速；
4)调整两所述驱动电机达到各自的目标转速。
6.根据权利要求5所述的混合动力推土机的驱动电机控制方法，其特征在于，上述步骤2)之前还包括以下步骤：
21)实时检测转向角信号和节气门开度信号，并将检测到的所述转向角信号和节气门开度信号传递至所述控制元件；
22)接收所述转向角信号和所述节气门开度信号，并根据检测到的转向角、节气门开度和推土机的结构参数，计算出所述横摆角目标值。
7.根据权利要求5所述的混合动力推土机的驱动电机控制方法，其特征在于，所述控制策略为，根据所述横摆角误差经过PD运算得到两所述驱动电机各自的转速，根据所述转速和两所述驱动电机各自的目标速度计算出两所述驱动电机各自的所述目标转速。
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