CN107757341A - 一种自动导引车专用的混合动力总成控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动导引车专用的混合动力总成控制系统，包括驱动单元、发电机组单元、电源模块以及主控单元；驱动单元分别与电源模块和主控单元连接，根据主控单元输出的驱动控制信号驱动导引车运行及旋转；发电机组单元分别与电源模块和主控单元连接，产生交流电并转换为直流电输出，发电机组单元根据主控单元输出的发电控制信号工作在燃油效率预设范围内；电源模块与主控单元连接，根据主控单元输出的电源分配控制信号向驱动单元输出相应的电能；主控单元还实时获取电源模块的电量信息，并根据所获取的电量信息输出发电控制信号以控制发电机组单元工作在燃油效率预设范围内。本方案的自动导引车工作效率高，可避免来回机械刹车。

Description

一种自动导引车专用的混合动力总成控制系统
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，更具体地说，涉及一种自动导引车专用的混合动力总成控制系统。
背景技术
随着全球贸易的不断增长，世界主要港口的集装箱码头吞吐量也在迅速增加，集装箱码头的调度作业变得日益复杂，进而影响到集装箱码头的整体作业效率。这势必要求原先主要依靠人工操作与管理的集装箱装卸和搬运工作要逐步的实现完全的自动化作业。而这其中最重要的环节之一就是集装箱搬运车辆要实现完全的无从驾驶，这样车辆的行驶路线也能够实现随时优化和统一管理。这便是码头自动导引车(简称AGV车辆)兴起的主要原因。
一般的AGV车辆多为常规动力车辆，主要依靠柴油机等为动力驱动车辆行走。这种车辆的运行特点是里程短，车辆在码头和堆场间来回一次总里程一般不超过3公里，而且每个工作循环有2次的停车待货(装货和卸货)，期间发动机可以选择怠速运转和停止后再启动，由于待货时间很短，这两种运行方式都会造成油耗的浪费。而且整个车辆运行过程中有非常频繁的加减速，车辆起步时发动机的工作效率较低，常规车辆的机械刹车又使得车辆从燃油中获得的能量白白浪费掉。纯电动车理论上可以解决上述的各项问题，但是续航里程短和不方便充电的结果又很大程度上限制了车辆的出勤率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的自动导引车油耗高、燃油效率及工作效率低、且车辆在运行过程中需要频繁的加减速及重复机械刹车的缺陷，提供一种自动导引车专用的混合动力总成控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种自动导引车专用的混合动力总成控制系统，包括驱动单元、发电机组单元、电源模块以及主控单元；
所述驱动单元分别与所述电源模块和主控单元连接，用于根据所述主控单元输出的驱动控制信号驱动导引车运行及旋转；
所述发电机组单元分别与所述电源模块和主控单元连接，用于产生交流电并转换为直流电输出，且所述发电机组单元根据所述主控单元输出的发电控制信号工作在燃油效率预设范围内；
所述电源模块与所述主控单元连接，用于根据所述主控单元输出的电源分配控制信号向所述驱动单元输出相应的电能；且所述主控单元还实时获取所述电源模块的电量信息，并根据所获取的电量信息输出所述发电控制信号以控制所述发电机组单元工作在燃油效率预设范围内。
优选地，所述驱动单元包括驱动电机控制器、车桥差速器和驱动电机，其中，所述驱动电机为正反转全功率运转的驱动电机；且所述驱动电机包括两个驱动电机，每一个驱动电机与一车桥差速器配对；
所述驱动电机控制器与所述驱动电机通过电缆连接，用于控制交流电输入所述驱动电机；所述驱动电机的输出轴连接所述车桥差速器的输入法兰，用于根据所述驱动电机控制器输出的控制信号驱动车辆掉头和/或转向。
优选地，所述驱动电机的输出轴与所述车桥差速器的输入法兰连接处设有弹性联轴器。
优选地，所述发电机组单元包括柴油发动机、交流发电机以及发电机控制器；
所述柴油发动机的输出轴与所述交流发电机的输入轴连接，交流发电机通过电缆与发电机控制器连接；
柴油发动机通过其机械扭矩将能量传递给所述交流发电机的转子，所述交流发电机输出的交流电输入所述发电机控制器，通过所述发电机控制器将所述交流电转换为直流电输出。
优选地，所述交流发电机包括机轴，所述柴油发动机包括飞轮；所述交流发电机的机轴与所述柴油发动机的飞轮采用薄钢片的连接结构连接。
优选地，所述电源模块包括动力电池组和高压配电箱；所述动力电池组与所述高压配电箱通过高压直流电缆连接。
优选地，所述电源模块还包括电源管理系统，所述电源管理系统与所述动力电池组连接，用于实时监测所述动力电池组的工作状态并获取所述动力电池组的工作信息。
优选地，所述电池管理系统包括电池控制器以及监测模块，所述电池控制器与所述监测模块通过信号线连接。
优选地，所述电池控制器设置在所述高压配电箱中，所述监测模块设置在所述动力电池组中；或者
所述电池控制器和所述监测模块均设置在所述动力电池组中；或者
所述电池控制器和所述监测模块均设置在所述高压配电箱中。
优选地，所述主控单元包括分别与所述驱动单元、所述发电机组单元、所述电源模块连接的整车控制器。
实施本发明的自动导引车专用的混合动力总成控制系统，具有以下有益效果：该混合动力总成控制系统可节约油耗，在保证车辆出勤率的前提下，最大程度的降低了车辆燃油消耗，可避免车辆在运行过程中频繁的加减速，提升发动机的工作效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
如图1所示，为本发明的自动导引车专用的混合动力总成控制系统第一实施例，本实施例的自动导引车专用的混合动力总成控制系统包括驱动单元11、发明机组单元12、电源模块13以及主控单元14。驱动单元11分别与电源模块13和主控单元14连接，用于根据主控单元14输出的驱动控制信号驱动导引车运行及旋转。发电机组单元12分别与电源模块13和主控单元14连接，用于产生交流电并转换为直流电输出，且发电机组单元12根据主控单元14输出的发电控制信号工作在燃油效率预设范围内。电源模块13与主控单元14连接，用于根据主控单元14输出的电源分配控制信号向驱动单元11输出相应的电能；且主控单元14还实时获取电源模块13的电量信息，并根据所获取的电量信息输出发电控制信号以控制发电机组单元12工作在燃油效率预设范围内。
在本实施例中，驱动单元11包括驱动电机控制器112、车桥差速器以及驱动电机111。其中，驱动电机控制器112与所述驱动电机111通过电缆连接，用于控制交流电输入所述驱动电机111；所述驱动电机111的输出轴连接所述车桥差速器的输入法兰，用于根据所述驱动电机控制器112输出的控制信号驱动车辆掉头和/或转向。
可以理解地，前述交流电可以为三相交流电。
在本实施例中，驱动电机111为正反转全功率运转的驱动电机111。优选地，本实施例的驱动电机111包括两个驱动电机111，且每一个驱动电机111与一个车桥差速器配对。
例如，在本实施例中，自动导引车包括前后两个驱动电机111，且前后两个驱动电机111为独立的驱动电机111，互不影响。此时，在自动导引车的前后分别设有一个与驱动电机111配对的车桥差速器，且每一个驱动电机111的输出轴连接车桥差速器的输入法兰。可以理解地，通过该设计方式更适于自动导引车(AGV车辆)的使用场合，可减少车辆看着和转向的次数，车辆可以根据下一目的地所在的方位，选择正对前进方向的一侧为车头，另外一侧为车尾，车辆前、后桥驱动电机111在同一时刻的旋转方向相反。此刻车辆的车尾(后桥)驱动电机111正向旋转推动车辆，车头(前桥)驱动电机111反向旋转拉动车辆。下一时刻，如果需要调换车辆的先驱方向时，只需要将前后两个驱动电机111的旋转方向同时改变即可。
在此需要说明的是，为了适应车辆的前后(头尾)切换，车辆的前后车桥设计为转向桥机构。进一步地，将车辆的前后车桥设计为转向桥机构还可大大减小车辆的转弯半径。
发电机组单元12，包括柴油发动机121、交流发电机122以及发电机控制器123。柴油发动机121的输出轴与交流发电机122的输入轴连接，交流发电机122通过电缆与发电机控制器123连接。其中，柴油发动机121通过其机械所知将能量传递给交流发电机122的转子，交流发电机122输出的交流电输入发电机控制器123，通过发电机控制器123将交流电转换为直流电输出。
可以理解地，本实施例的交流发电机122可以为三相交流发电机122，该三相交流发电机122设有定子绕组，定子绕组采用三根电缆与发电机控制器123电连接，通过该三根电缆将三相交流发电机122输出的三相交流电输入发电机控制器123中，由发电机控制器123将所接收的三相交流电整流处理为直流电输出。
电源模块13包括动力电池组131和高压配电箱132，其中，动力电池组131与高压配电箱132通过高压直流电线连接。动力电池组131的高压直流电全部输入或输出均由高压配电箱132控制，即由高压配电箱132完成与外部各用电(或发电)设备的直流电连接，完成动力电池组131输出能量的分配(或输入充电电流的汇合)工作。
主控单元14，包括整车控制器，整车控制器作为本发明的自动导引车最上层的控制器，其可通过CAN总线或相应的信号线与驱动单元11、发电机组单元12以及电源模块13连接。通过整车控制器可对柴油发动机121输出功率的控制、对交流发电机122的工作状态进行监测及控制、对前后桥驱动电机111的旋转方向、功率以及工作情况等进行监测和控制、对动力电池组131的工作情况及高压配电箱132的能量流向及工作安全进行监测与控制。通过整车控制器从整体上对自动导引车的整体工作进行监测与控制以实现自动导引车以最优的模式工作，降低油耗。
如图2所示，为本发明的自动导引车专用的混合动力总成控制系统第二实施例的结构示意图。
在该实施例中，驱动电机111的输出轴与车桥差速器的输入法兰的连接处设有弹性联轴器，通过设置该弹性联轴器可减轻前后桥同步驱动时产生的瞬间速度差所造成的对另一桥轮胎的冲击。
可以理解地，在实际应用中，前后桥驱动电机111的瞬时输出功率可由整车控制器进行计算和分配。例如，在正常直线行驶时，前后两车桥的驱动电机111所知转速保持一致。在车辆转弯时，整车控制器可控制前后车桥驱动电机111的输出功率相同；或者在车辆转弯时整车控制器控制前桥驱动电机111空载运行，仅依靠后桥驱动电机111输出功率以驱动车辆前进。
本实施例中，发电机组单元12包括柴油发动机121、交流发电机122以及发电机控制器123；柴油发动机121的输出轴与交流发电机122的输入轴连接，交流发电机122通过电缆与发电机控制器123连接；柴油发动机121通过其机械扭矩将能量传递给交流发电机122的转子，交流发电机122输出的交流电输入发电机控制器123，通过发电机控制器123将交流电转换为直流电输出。
在选配交流发电机122时，一般可选择机壳与柴油发动机121机壳相匹配的交流发电机122。进一步地，交流发电机122包括机轴，柴油发动机121包括飞轮。交流发电机122的机轴与柴油发动机121的飞轮连接。优选地，本实施例的交流发电机122的机轴与柴油发动机121的连接可选用薄钢片式结构实现连接，如薄钢片连接法兰。通过采用薄钢片的连接结构实现交流发电机122与柴油发动机121的连接，可使得交流发电机122的轴向尺寸可以做到最紧凑，同时也比传统的花键连接方式成本更低，可做到真正的免维护运行。
在此需要说明的是，由于柴油发动机121冷却水出口温度和进口温度与交流发电机122、发电机控制器123的进出口温度相差较大，因此，在本实用新型的交流发电机122、柴油发动机121以及发电机控制器123三者之间的距离可以设置的很近，但是交流发电机122与发电机控制器123的冷却水不能与柴油发动机121的冷却水系统串连使用。另外，由于交流发电机122和发电机控制器123的散热量和进出口温度要求相近，因此，为了减少车辆冷却系统的复杂性，本实施例的交流发电机122和发电机控制器123的冷却水路可串连后经过一个单独的散热器进行冷却。
电源模块13主要包括动力电池组131与高压配电箱132，其中，动力电池组131与高压配电箱132可通过高压直流电缆连接。
优选地，本实施例的电源模块13还包括电源管理系统，电源管理系统与动力电池组131连接，用于实时监测动力电池组131的工作状态并获取动力电池组131的工作信息。其中，电池管理系统包括电池控制器以及通过信号线与电池控制器连接的监测模块。作为选择，电池控制器设置在高压配电箱132中，监测模块设置在动力电池组131中；或者电池控制器和监测模块均可设置在动力电池组131中。换言之，电池管理系统可以如图2中所示装入电池箱中，也可以装在高压配电箱132中，还可以分开安装(即电池控制器装在高压配电箱132中，监测模块装在电池箱中，再通过信号线将电池控制器与监测模块连接)。
进一步地，如图2所示，高压配电箱132除设有高压直流电输入输出接口、信号接口外，还可根据实际需要增加相应的电力接口。例如，可设置给低压蓄电池充电的DC/DC接口、给气泵电机供电的DC/AC转换接口。若车辆为插电式混合动力汽车，高压配电箱132上还可设计直流快充接口。
主控单元14，包括整车控制器(VCU)。整车控制器作为最上层的控制器，可通过CAN总线或相应的信号线与其他模块连接，主要用于对柴油发动机121输出功率和转速的控制，对交流发电机122的工作情况进行监测与控制，对前后驱动电机111的旋转方向、功率和工作情况等进行监测与控制，对动力电池组131的工作情况及高压配电箱132的能量流向及安全工作进行监测与控制。
可以理解地，在实际应用上，整车控制器还可设置其他相应的控制功能接口。例如，对车辆的转向助力设备的启停及助力大小控制接口、机械刹车的信号接入和电刹车扭矩控制接口、加速踏板信号输入接口以及车辆显示仪表的信息接口等等。
综上，本发明的自动导引车专用的混合动力总成控制系统，利用动力电池存储容量对车辆需求功率进行“削峰补谷”，即柴油发动机121驱动交流发电机122长期工作在其燃油效率最高的一个小范围内，整车控制器通过计算车辆实时功率需求，并将此需求功率与发电机组单元12的发电功率进行差值计算：当实时需求功率大于发电功率时，从电池输出电能以补足差值功率；当实时需求功率小于发电功率时，剩余的差值功率给电池充电。从而实现了以最高能效工作的目的，在保证车辆出勤率的前提下，最大程度的降低了车辆的燃油耗率。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动导引车专用的混合动力总成控制系统，其特征在于，包括驱动单元、发电机组单元、电源模块以及主控单元；
所述驱动单元分别与所述电源模块和主控单元连接，用于根据所述主控单元输出的驱动控制信号驱动导引车运行及旋转；
所述发电机组单元分别与所述电源模块和主控单元连接，用于产生交流电并转换为直流电输出，且所述发电机组单元根据所述主控单元输出的发电控制信号工作在燃油效率预设范围内；
所述电源模块与所述主控单元连接，用于根据所述主控单元输出的电源分配控制信号向所述驱动单元输出相应的电能；且所述主控单元还实时获取所述电源模块的电量信息，并根据所获取的电量信息输出所述发电控制信号以控制所述发电机组单元工作在燃油效率预设范围内。
2.根据权利要求1所述的自动导引车专用的混合动力总成控制系统，其特征在于，所述驱动单元包括驱动电机控制器、车桥差速器和驱动电机，其中，所述驱动电机为正反转全功率运转的驱动电机；且所述驱动电机包括两个驱动电机，每一个驱动电机与一车桥差速器配对；
所述驱动电机控制器与所述驱动电机通过电缆连接，用于控制交流电输入所述驱动电机；所述驱动电机的输出轴连接所述车桥差速器的输入法兰，用于根据所述驱动电机控制器输出的控制信号驱动车辆掉头和/或转向。
3.根据权利要求2所述的自动导引车专用的混合动力总成控制系统，其特征在于，所述驱动电机的输出轴与所述车桥差速器的输入法兰连接处设有弹性联轴器。
4.根据权利要求1所述的自动导引车专用的混合动力总成控制系统，其特征在于，所述发电机组单元包括柴油发动机、交流发电机以及发电机控制器；
所述柴油发动机的输出轴与所述交流发电机的输入轴连接，交流发电机通过电缆与发电机控制器连接；
柴油发动机通过其机械扭矩将能量传递给所述交流发电机的转子，所述交流发电机输出的交流电输入所述发电机控制器，通过所述发电机控制器将所述交流电转换为直流电输出。
5.根据权利要求4所述的自动导引车专用的混合动力总成控制系统，其特征在于，所述交流发电机包括机轴，所述柴油发动机包括飞轮；所述交流发电机的机轴与所述柴油发动机的飞轮采用薄钢片的连接结构连接。
6.根据权利要求1所述的自动导引车专用的混合动力总成控制系统，其特征在于，所述电源模块包括动力电池组和高压配电箱；所述动力电池组与所述高压配电箱通过高压直流电缆连接。
7.根据权利要求6所述的自动导引车专用的混合动力总成控制系统，其特征在于，所述电源模块还包括电源管理系统，所述电源管理系统与所述动力电池组连接，用于实时监测所述动力电池组的工作状态并获取所述动力电池组的工作信息。
8.根据权利要求7所述的自动导引车专用的混合动力总成控制系统，其特征在于，所述电池管理系统包括电池控制器以及监测模块，所述电池控制器与所述监测模块通过信号线连接。
9.根据权利要求8所述的自动导引车专用的混合动力总成控制系统，其特征在于，所述电池控制器设置在所述高压配电箱中，所述监测模块设置在所述动力电池组中；或者
所述电池控制器和所述监测模块均设置在所述动力电池组中；或者
所述电池控制器和所述监测模块均设置在所述高压配电箱中。
10.根据权利要求1所述的自动导引车专用的混合动力总成控制系统，其特征在于，所述主控单元包括分别与所述驱动单元、所述发电机组单元、所述电源模块连接的整车控制器。
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