CN106379311B - 一种电传动非公路自卸车柴油机节油控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电传动非公路自卸车柴油机节油控制方法及装置，涉及电传动非公路自卸车领域。节油控制装置安装在电传动非公路自卸车上，节油控制装置包括：逆变器、传感器组和节油控制器；逆变器包括并联设置的n个逆变模块；传感器包括均与所述节油控制器通信连接的第一传感器组和第二传感器组；节油控制器包括底板和多块插件板。本发明结构简单、自成体系和成本较低。

Description

一种电传动非公路自卸车柴油机节油控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电传动非公路自卸车，特别是关于一种电传动非公路自卸车柴油机节油控制方法及装置。

背景技术

目前国内几十家使用电传动自卸车的单位主要分布在冶金、煤炭等行业和大型水利工程，载重量主要在百吨以上，数量有数千台，主要以柴油机为动力源，柴油为燃料。现有电传动自卸车的耗油量大，每台车每年的柴油消耗量十分惊人，以载重240t车为例，每天的燃油消耗量为4200升左右，每年以工作300天计消耗燃油为126万升。在当前能源紧张及污染严重的大环境下，节能降耗对于企业和社会都有着非常积极的作用，针对于此，亟需一种节能型的电传动自卸车。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电传动非公路自卸车柴油机节油控制方法及装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明所述电传动非公路自卸车柴油机节油控制装置，所述节油控制装置安装在电传动非公路自卸车上，所述节油控制装置包括：逆变器、传感器组和节油控制器；

所述逆变器包括并联设置的n个逆变模块，所述n大于等于3，每个逆变模块包括两个驱动板、两个开关元件、电容、复合母排和散热器，所述两个开关元件并排设置在所述散热器上，每个开关元件连接一块驱动板，通过所述复合母排，所述两个开关元件分别与所述电容连接，所述逆变模块的输出端均为电传动非公路自卸车发电机的绕组连接；

所述传感器包括均与所述节油控制器通信连接的第一传感器组和第二传感器组；所述第一传感器组包括逆变器输入电压传感器、逆变器电流输入传感器和逆变器输出电流传感器，逆变器输入电压传感器、逆变器电流输入传感器设置在所述逆变器的输入端，所述逆变器输出电流传感器设置在所述逆变器的输出端；所述第二传感器组包括发电机磁极位置传感器和发电机励磁电流传感器；

所述节油控制器包括底板和多块插件板；所述插件板包括DSP控制板和均与所述DSP控制板连接的数字量输出板、数字量输入板、温度采集板、模拟量输入板、光纤信号板和电源板；

优选地，所述数字量输出板分别与所述逆变器的散热器的散热风机和电传动非公路自卸车的控制单元连接，所述数字量输出板用于接收DSP控制板发出的指令信号控制散热风机工作，并将从DSP控制板获取的逆变器工作状态信号传递到矿车控制单元；

数字量输入板将得到获取电传动非公路自卸车的车行进方向、牵引制动信号、柴油机转速信号处理后发送至DSP控制板；

所述温度采集板采集逆变器的散热器温度，并将该温度传递给DSP控制板；

模拟量输入板的数量为2块，第一模拟量输入板连接第一传感器组，用于将第一传感器组的信号调理后发送至DSP控制板；第二模拟量输入板连接第二传感器组，用于将第二传感器组的信号调理后发送至DSP控制板；

光纤信号板的数量为2块，每块光纤信号板连接一块驱动板，用于将DSP控制板输出的控制电信号转换成光信号后输送到驱动板并驱动开关元件工作，并将驱动板返回的光信号转换成电信号送到DSP控制板；

电源板分别与逆变器、传感器组供电连接，电源板还与节油控制器中剩余插件板供电连接。

优选地，所述开关元件为IGBT，所述驱动板为IGBT驱动板，所述散热器为IGBT散热器。

优选地，所述节油控制装置设置在电传动非公路自卸车的同步发电机和变流装置之间；在所述变流装置上还连接有制动电阻；

所述电传动非公路自卸车包括顺次连接的柴油机、同步发电机、变流装置、牵引电机、减速器和车轮。

更优选地，所述DSP控制板负责节油控制装置的主循环控制和主定时器中断控制，其中：

所述主循环控制，具体按照下述步骤实现：

S11，主循环控制系统初始化

主循环控制系统接通电源后，首先进行内部及外部端口初始化；

S12，参数读写与存储

读取并存储电传动非公路自卸车的工作参数，判断当前节油控制装置是否发生故障，如果是，则DSP控制板保存当前节油控制装置的工作参数信息；如果否，则继续判断；

S13，调用通讯程序

调用串行通信子程序，DSP控制板通过CAN通信接口将节油控制装置的当前参数信息发送到电传动非公路自卸车的控制单元；

所述主定时器中断控制，具体按照下述步骤实现：

S21，分时调用模拟量数据子程序、数字量输入子程序和频率量输入子程序，并对采集到对应插件板的数据量进行初步定标计算；

S22，调用数据运算子程序，计算逆变器输入的电压电流值及输出的电流值和温度值，以及发电机磁场位置、励磁电流和发动机转速；

S23，调用故障诊断子程序，判断逆变器的故障值是否超过预先设定的阈值，如果是，则若判断出故障严重，则中断S11、S12、S13任意一个步骤，停止逆变器工作；如果否，则继续判断；

S24，调用逻辑控制子程序，根据采集到的数字量进行逻辑计算，并计算出当前电传动非公路自卸车的工况及其所需输出的数字量，输送给数字量输出板；

S25，调用电机控制子程序，结合步骤S2和步骤S4中的结果，通过矢量控制算法计算发电机的调速结果；

S26，调用逆变器控制信号输出子程序，根据SVPWM算法计算出逆变器所需要的控制信息，继而控制逆变器进行工作。

一种基于电传动非公路自卸车柴油机节油控制装置的控制方法，所述控制方法包括：

S1，节油控制器获取车辆的电制动状态，同时，从逆变器输入电压传感器获取当前逆变器的电压，判断当前逆变器的电压是否大于预先设置的阈值，如果是，则节油控制器发出逆变器工作指令；所述逆变器控制所述电传动非公路自卸车的同步发电机变为电动机状态；如果否，则继续判断；

S2，节油控制器发送给柴油机怠速信号，同时控制同步发电机变为电动机状态驱动电传动非公路自卸车的柴油机至某一高怠速状态，根据自控原理，柴油机控制器检测到当前柴油机实际转速大于给定转速信号，则柴油机控制器控制柴油机喷油装置减少喷油直至不喷油。

本发明的有益效果是：

1、本发明原理可行，方法简单，易于理解，成果明显，易于推广。2、由于本发明采用了模块化结构，自成体系，在已运行的车上加装不需要改动原车大部件，在新造的车上可以直接安装在整车牵引控制柜中，且客户可以根据检修维护等具体情况轻松方便的选择投入或切除节油装置。3、由于本发明成本较低，成本回收时间短，一般在半年至两年间可收回成本，而在自卸车约十年的寿命周期中绝大部分时间内均可以创造效益。

附图说明

图1是本发明针对的自卸车牵引状态下工作原理简图；

图2是本发明针对的带节能装置的自卸车电制动状态下工作原理简图；

图3是本发明节油控制装置组成图；

图4是本发明逆变器组成图；

图5是本发明控制器结构图；

图6是本发明的主循环模块工作流程图；

图7是本发明的主定时器中断模块工作流程图；

图8是本发明所用传感器图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本实施例所述电传动非公路自卸车柴油机节油控制装置，所述节油控制装置安装在电传动非公路自卸车上，所述节油控制装置包括：逆变器、传感器组和节油控制器；

所述逆变器包括并联设置的3个逆变模块，每个逆变模块包括两个IGBT驱动板、两个开关元件IGBT、电容、复合母排和IGBT散热器，所述两个开关元件IGBT并排设置在所述散热器上，每个开关元件IGBT连接一块IGBT驱动板，通过所述复合母排，所述两个开关元件IGBT分别与所述电容连接，所述逆变模块的输出端均为电传动非公路自卸车发电机的绕组连接；

所述传感器包括均与所述节油控制器通信连接的第一传感器组和第二传感器组；所述第一传感器组包括逆变器输入电压传感器、逆变器电流输入传感器和逆变器输出电流传感器，逆变器输入电压传感器、逆变器电流输入传感器设置在所述逆变器的输入端，所述逆变器输出电流传感器设置在所述逆变器的输出端；所述的二传感器组包括发电机磁极位置传感器和发电机励磁电流传感器；

所述节油控制器包括底板和多块插件板；所述插件板包括DSP控制板和均与所述DSP控制板连接的数字量输出板、数字量输入板、温度采集板、模拟量输入板、光纤信号板和电源板。

更详细的解释说明为：

（一）两个开关元件IGBT直接固定在IGBT散热器上。三个规格相同的逆变模块的输入正极接在一起，输入负极接在一起。

（二）逆变器输出电流传感器的数量为2个。

逆变器输入电压传感器、逆变器电流输入传感器安装在逆变器的输入端，检测逆变器的输出参数，并将参数传递给节油控制器。

逆变器输出电流传感器安装在逆变器输出端，用以检测逆变器输出电流，并将信号传递给节油控制器。

发电机磁极位置传感器安装在发电机上，用以检测发电机磁极位置并将信号传递至节油控制器。

发电机励磁电流传感器安装在节油控制器内，用以检测发电机励磁电流。

（三）所述传感器包括：一逆变器输入电压传感器、一逆变器电流输入传感器、两逆变器输出电流传感器、一发电机磁极位置传感器和一发电机励磁电流传感器。

（四）所述节油控制器包括底板和多块插件版，所述各插件板通过插槽与底板连接并输送相应的信号。

DSP控制板与其他各板相连接，对各输入信号进行综合分析然后输出控制信号对逆变器进行控制保护。

所述数字量输出板与所述电传动非公路自卸车的控制单元连接，用于接收DSP控制板发出的指令信号控制散热器的散热风机工作，并将从DSP控制板发出的逆变器工作状态信号传递到矿车控制单元。

数字量输入板将得到获取电传动非公路自卸车的车行进方向、牵引制动信号、柴油机转速信号处理后发送至DSP控制板。

所述温度采集板采集逆变器的散热器温度，并将该温度传递给DSP控制板，用以报警及保护逆变器。

模拟量输入板的数量为2块，第一模拟量输入板连接第一传感器组，用于将第一传感器组的信号调理后发送至DSP控制板；第二模拟量输入板连接第二传感器组，用于将第二传感器组的信号调理后发送至DSP控制板。

光纤信号板的数量为2块，每块光纤信号板连接一块驱动板，用于将DSP控制板输出的控制电信号转换成光信号后输送到驱动板并驱动IGBT工作，并将驱动板返回的光信号转换成电信号送到DSP控制板。

电源板是一电压转换电路，电源板采用隔离电源模块。分别与逆变器、传感器组供电连接，电源板还与节油控制器中剩余插件板供电连接。

其中，所述DSP控制板负责节油控制装置的主循环控制和主定时器中断控制，其中：

所述主循环控制，具体按照下述步骤实现：

S11，主循环控制系统初始化

主循环控制系统接通电源后，首先进行内部及外部端口初始化；

S12，参数读写与存储

读取并存储电传动非公路自卸车的工作参数，判断当前节油控制装置是否发生故障，如果是，则DSP控制板保存当前节油控制装置的工作参数信息；如果否，则继续判断；

S13，调用通讯程序

调用串行通信子程序，DSP控制板通过CAN通信接口将节油控制装置的当前参数信息发送到电传动非公路自卸车的控制单元；

所述主定时器中断控制，具体按照下述步骤实现：

S21，分时调用模拟量数据子程序、数字量输入子程序和频率量输入子程序，并对采集到对应插件板的数据量进行初步定标计算；

S22，调用数据运算子程序，计算逆变器输入的电压电流值及输出的电流值和温度值，以及发电机磁场位置、励磁电流和发动机转速；

S23，调用故障诊断子程序，判断逆变器的故障值是否超过预先设定的阈值，如果是，则若判断出故障严重，则中断S11、S12、S13任意一个步骤，停止逆变器工作；如果否，则继续判断；

S24，调用逻辑控制子程序，根据采集到的数字量进行逻辑计算，并计算出当前电传动非公路自卸车的工况及其所需输出的数字量，输送给数字量输出板；

S25，调用电机控制子程序，结合步骤S2和步骤S4中的结果，通过矢量控制算法计算发电机的调速结果；

S26，调用逆变器控制信号输出子程序，根据SVPWM算法计算出逆变器所需要的控制信息，继而控制逆变器进行工作。

（五）所述节油控制装置设置在电传动非公路自卸车的同步发电机和变流装置之间；在所述变流装置上还连接有制动电阻；所述电传动非公路自卸车包括顺次连接的柴油机、同步发电机、变流装置、牵引电机、减速器和车轮。

基于本实施例所述电传动非公路自卸车柴油机节油控制装置的控制方法，所述控制方法包括：

S1，节油控制器获取车辆的电制动状态，同时，从逆变器输入电压传感器获取当前逆变器的电压，判断当前逆变器的电压是否大于预先设置的阈值，如果是，则节油控制器发出逆变器工作指令；所述逆变器控制所述电传动非公路自卸车的同步发电机变为电动机状态；如果否，则继续判断；

S2，节油控制器发送给柴油机怠速信号，同时控制同步发电机变为电动机状态驱动电传动非公路自卸车的柴油机至某一高怠速状态，根据自控原理，柴油机控制器检测到当前柴油机实际转速大于给定转速信号，则柴油机控制器控制柴油机喷油装置减少喷油直至不喷油。

如图1所示，在没有加装节油装置的电传动自卸车一般工作模式是，在牵引运行时，柴油机1带动同步发电机2工作，发电机发出的电经变流装置3驱动牵引电机4，牵引电机驱动减速器5继而驱动车轮6运转。

如图2所示，在没有加装节油装置的电传动自卸车一般工作模式是，在电制动运行时，车辆在下坡时具有的动能由车轮6传递至减速器5，减速器带动牵引电机4，变流装置3控制牵引电机工作在发电机状态，发出的电经制动电阻7以热能的方式散发至空气中。此时柴油机需工作在高怠速状态，带动与其直连的散热风扇为牵引电机等提供散热。

实现节能的方法为：加入节油装置8后在进行电制动过程中可以利用部分原本消耗在制动电阻上的能量通过节油装置驱动同步发电机工作在电动机状态，驱动柴油机在不喷油的情况下至高怠速状态，实现满足系统通风散热要求的同时节省制动过程中柴油机的燃油，达到节油的目的。

如图3所示，本发明中节油装置包括逆变器9、控制器10和传感器组11。

整车节能控制策略为：当节油装置控制器10检测到司机操作车辆处于电制动状态并且判断一传感器组11中的逆变器输入电压传感器检测到的电压值大于某一特定值时，控制器控制逆变器工作使得发电机工作在电动机状态。此时节能控制器接管柴油机转速控制，给定柴油机转速信号为怠速信号，所述电动机驱动柴油机至某一高怠速下，由于实际柴油机转速大于给定柴油机转速，柴油机会控制其喷油系统减少喷油直至不喷油，从而达到节油目的。

如图4所示，本发明节油装置中逆变器9包含支撑电容12、复合母排13、IGBT14、IGBT散热器15、IGBT驱动16。

如图5所示，本发明节油装置中控制器10采用标准3U机箱模式，其包括底板17和多块插件板。其中底板17是一块具有多个插槽的电路板，各插件板通过插槽与底板17连接并输送相应的信号。插设在底板17上的各插件板包括：一块备用插件板18、一块数字量输出板19、一块数字量输入板20、一块温度采集板21、两块模拟量输入板22、一块DSP控制板23、两块光纤信号板24和一块电源板25。

上述实施例中，DSP控制板23中设置有主循环程序模块和主定时器中断程序模块，程序模块流程图分别如图6和图7所示。

如图8所示，本发明节油装置中传感器组11包含一个逆变器输入电压传感器26、一个逆变器电流输入传感器27、两个逆变器输出电流传感器28、一个发电机磁极位置传感器29、一个发电机励磁电流传感器30。所述传感器组11信号均被控制器10用以进行同步发电机控制与保护用，从而实现节能控制及节能装置保护。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：1、本发明原理可行，方法简单，易于理解，成果明显，易于推广。2、由于本发明采用了模块化结构，自成体系，在已运行的车上加装不需要改动原车大部件，在新造的车上可以直接安装在整车牵引控制柜中，且客户可以根据检修维护等具体情况轻松方便的选择投入或切除节油装置。3、由于本发明成本较低，成本回收时间短，一般在半年至两年间可收回成本，而在自卸车约十年的寿命周期中绝大部分时间内均可以创造效益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电传动非公路自卸车柴油机节油控制装置，其特征在于，所述节油控制装置安装在电传动非公路自卸车上，所述节油控制装置包括：逆变器、传感器组和节油控制器；

所述逆变器包括并联设置的n个逆变模块，所述n大于等于3，每个逆变模块包括两个驱动板、两个开关元件、电容、复合母排和散热器，所述两个开关元件并排设置在所述散热器上，每个开关元件连接一块驱动板，通过所述复合母排，所述两个开关元件分别与所述电容连接，所述逆变模块的输出端均为电传动非公路自卸车发电机的绕组连接；

所述传感器包括均与所述节油控制器通信连接的第一传感器组和第二传感器组；所述第一传感器组包括逆变器输入电压传感器、逆变器电流输入传感器和逆变器输出电流传感器，逆变器输入电压传感器、逆变器电流输入传感器设置在所述逆变器的输入端，所述逆变器输出电流传感器设置在所述逆变器的输出端；所述第二传感器组包括发电机磁极位置传感器和发电机励磁电流传感器；

所述节油控制器包括底板和多块插件板；所述插件板包括DSP控制板和均与所述DSP控制板连接的数字量输出板、数字量输入板、温度采集板、模拟量输入板、光纤信号板和电源板；

所述数字量输出板分别与所述逆变器的散热器的散热风机和电传动非公路自卸车的控制单元连接，所述数字量输出板用于接收DSP控制板发出的指令信号控制散热风机工作，并将从DSP控制板获取的逆变器工作状态信号传递到矿车控制单元；

数字量输入板将得到获取电传动非公路自卸车的车行进方向、牵引制动信号、柴油机转速信号处理后发送至DSP控制板；

所述温度采集板采集逆变器的散热器温度，并将该温度传递给DSP控制板；

模拟量输入板的数量为2块，第一模拟量输入板连接第一传感器组，用于将第一传感器组的信号调理后发送至DSP控制板；第二模拟量输入板连接第二传感器组，用于将第二传感器组的信号调理后发送至DSP控制板；

光纤信号板的数量为2块，每块光纤信号板连接一块驱动板，用于将DSP控制板输出的控制电信号转换成光信号后输送到驱动板并驱动开关元件工作，并将驱动板返回的光信号转换成电信号送到DSP控制板；

电源板分别与逆变器、传感器组供电连接，电源板还与节油控制器中剩余插件板供电连接。

2.根据权利要求1所述电传动非公路自卸车柴油机节油控制装置，其特征在于，所述开关元件为IGBT，所述驱动板为IGBT驱动板，所述散热器为IGBT散热器。

3.根据权利要求1所述电传动非公路自卸车柴油机节油控制装置，其特征在于，所述节油控制装置设置在电传动非公路自卸车的同步发电机和变流装置之间；在所述变流装置上还连接有制动电阻；

所述电传动非公路自卸车包括顺次连接的柴油机、同步发电机、变流装置、牵引电机、减速器和车轮。

4.根据权利要求1所述电传动非公路自卸车柴油机节油控制装置，其特征在于，所述DSP控制板负责节油控制装置的主循环控制和主定时器中断控制，其中：

所述主循环控制，具体按照下述步骤实现：

S11，主循环控制系统初始化

主循环控制系统接通电源后，首先进行内部及外部端口初始化；

S12，参数读写与存储

读取并存储电传动非公路自卸车的工作参数，判断当前节油控制装置是否发生故障，如果是，则DSP控制板保存当前节油控制装置的工作参数信息；如果否，则继续判断；

S13，调用通讯程序

调用串行通信子程序，DSP控制板通过CAN通信接口将节油控制装置的当前参数信息发送到电传动非公路自卸车的控制单元；

所述主定时器中断控制，具体按照下述步骤实现：

S21，分时调用模拟量数据子程序、数字量输入子程序和频率量输入子程序，并对采集到对应插件板的数据量进行初步定标计算；

S22，调用数据运算子程序，计算逆变器输入的电压电流值及输出的电流值和温度值，以及发电机磁场位置、励磁电流和发动机转速；

S23，调用故障诊断子程序，判断逆变器的故障值是否超过预先设定的阈值，如果是，则若判断出故障严重，则中断S11、S12、S13任意一个步骤，停止逆变器工作；如果否，则继续判断；

S24，调用逻辑控制子程序，根据采集到的数字量进行逻辑计算，并计算出当前电传动非公路自卸车的工况及其所需输出的数字量，输送给数字量输出板；

S25，调用电机控制子程序，结合步骤S22和步骤S24中的结果，通过矢量控制算法计算发电机的调速结果；

S26，调用逆变器控制信号输出子程序，根据SVPWM算法计算出逆变器所需要的控制信息，继而控制逆变器进行工作。

5.一种基于如权利要求1所述电传动非公路自卸车柴油机节油控制装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

S1，节油控制器获取车辆的电制动状态，同时，从逆变器输入电压传感器获取当前逆变器的电压，判断当前逆变器的电压是否大于预先设置的阈值，如果是，则节油控制器发出逆变器工作指令；所述逆变器控制所述电传动非公路自卸车的同步发电机变为电动机状态；如果否，则继续判断，重复S1；

S2，节油控制器发送给柴油机怠速信号，同时控制同步发电机变为电动机状态驱动电传动非公路自卸车的柴油机至某一高怠速状态，根据自控原理，柴油机控制器检测到当前柴油机实际转速大于给定转速信号，则柴油机控制器控制柴油机喷油装置减少喷油直至不喷油。