CN110295635A - 一种电动推土机系统及其功率自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及推土机技术领域，尤其涉及一种电动推土机系统及其功率自适应控制方法。电动推土机系统包括动力电池，动力电池通过高压线路连接电机控制器，电机控制器通过CAN总线连接整车控制器，电机控制器通过高压线路连接动力电机，动力电机与液压泵连接，液压泵与液压马达连接，液压马达通过传动系统与履带连接。本发明提供的电动推土机系统，通过用动力电池和动力电机代替原有的燃油系统和柴油机，切断了推土机对石油的依赖，是一种真正意义的纯电驱动系统，实现了零排放、零污染以及低噪声。本发明提供的功率自适应控制方法，使得推土机能适应不同负载需求，有效的实现了动力电机与整机传动系统高效的动力耦合，保证了推土机的动力输出。

Description

一种电动推土机系统及其功率自适应控制方法

技术领域

本发明涉及推土机技术领域，尤其涉及一种电动推土机系统及其功率自适应控制方法。

背景技术

近年燃油需求量不断大幅度上涨，大气污染也日趋严重，工程车辆排放产生的CO₂量、固体颗粒物不断增加，全球气候出现反常变化，能源短缺和环境污染已成为当今社会亟需解决的问题，发展低排放尤其是无污染工程车辆是缓解这一问题最直接有效的方法。

在现有技术中，工程机械已较普遍采用混合动力技术，采用混合动力节能技术后，发动机的效率虽然得到了一定的改善，但难以真正实现零排放和降低噪声。推土机作为工程机械的重要一员，对经济建设起着关键的作用，同时也是能源消耗的重要设备，因此纯电驱动推土机的研究，对推土机产品转型及对其发展有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动推土机系统，以解决现有推土机没有真正实现零排放和降低污染的问题。

本发明的另一目的在于提供一种电动推土机系统的功率自适应控制方法，以保证推土机的动力输出。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电动推土机系统，包括动力电池，所述动力电池通过高压线路连接电机控制器，所述电机控制器通过CAN总线连接整车控制器，所述电机控制器通过高压线路连接动力电机，所述动力电机与液压泵连接，所述液压泵与液压马达连接，所述液压马达通过传动系统与履带连接。

作为电动推土机系统的优选技术方案，所述电动推土机系统还包括电池管理模块，所述动力电池通过CAN总线连接所述电池管理模块。

作为电动推土机系统的优选技术方案，所述动力电池通过高压线路连接DC/DC高低压转换器，所述DC/DC高低压转换器通过低压线路连接低压蓄电池，所述低压蓄电池通过CAN总线连接所述整车控制器。

作为电动推土机系统的优选技术方案，所述整车控制器通过CAN总线连接仪表。

作为电动推土机系统的优选技术方案，所述液压马达包括左液压马达和右液压马达，所述传动系统包括左终传动和右终传动，所述履带包括左履带和右履带，所述左液压马达通过所述左终传动与所述左履带连接，所述右液压马达通过所述右终传动与所述右履带连接。

一种如以上任一项所述电动推土机系统的功率自适应控制方法，包括如下步骤：

整车控制器采集手柄及油门信号，并输出相应的转速和转矩指令给电机控制器、输出相应的电流指令给液压泵和液压马达；

电机控制器将动力电机的转速回传给整车控制器，液压泵和液压马达将液压系统的压力以及整车的车速回传给整车控制器，整车控制器确定当前负载；

整车控制器根据当前负载调节输出给动力电机的转速和转矩的大小、以及调节输出给液压泵和液压马达的电流的大小。

作为功率自适应控制方法的优选技术方案，所述整车控制器根据当前负载调节输出给动力电机的转速和转矩的大小、以及调节输出给液压泵和液压马达的电流的大小具体包括如下步骤：

判断当前负载是否小于等于第一预设负载，若是，则保持当前动力电机的转速和转矩不变，并保持液压泵和液压马达的电流不变；若否，则进一步判断当前负载是否小于等于第二预设负载，第二预设负载大于第一预设负载；

若是，则增大动力电机的转矩，并保持当前液压泵和液压马达的电流不变；若否，则保持动力电机的最大转矩，并降低液压泵和液压马达的电流。

作为功率自适应控制方法的优选技术方案，当电机控制器接收到整车控制器发送的减速或者制动信号时，电机控制器控制动力电机降速或者制动的同时，通过电池管理模块向动力电池充电。

作为功率自适应控制方法的优选技术方案，在推土机运行过程中，整车控制器将整车运行参数以及动力电池性能参数通过CAN总线上传给仪表进行监控。

本发明的有益效果：

本发明提供的电动推土机系统，用动力电池和动力电机代替原有的燃油系统和柴油机，切断了推土机对石油的依赖，是一种真正意义的纯电驱动系统，实现了零排放、零污染以及低噪声。

本发明提供的电动推土机系统的功率自适应控制方法，在推土机轻载时，动力电机根据负载情况输出所述转矩；在推土机负载增大时，电机增大转矩输出；在推土机负载继续增大时，电机转矩输出达上限，此时通过降低液压系统的排量，进而降低液压系统的吸收功率，以增大负载输出，使得推土机能适应不同负载需求，有效的实现了动力电机与整机传动系统高效的动力耦合，保证了推土机的动力输出。

附图说明

图1是本发明电动推土机系统的原理示意图一；

图2是本发明电动推土机系统的原理示意图二；

图3是本发明电动推土机系统的功率自适应控制方法的流程示意图一；

图4是本发明电动推土机系统的功率自适应控制方法的流程示意图二。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本发明提供一种电动推土机系统，如图1所示，包括整车控制器，整车控制器通过CAN总线连接电机控制器，动力电池通过高压线路连接电机控制器，动力电池输出高压直流母线给电机控制器，电机控制器将高压直流母线逆变为三相可控交流电，电机控制器通过高压线路连接动力电机，三相可控交流电驱动动力电机输出扭矩，控制动力电机的旋转方向以及转速，动力电机与液压泵连接，液压泵与液压马达连接，液压马达通过传动系统与履带连接。在本实施例中，液压马达包括左液压马达和右液压马达，传动系统包括左终传动和右终传动，履带包括左履带和右履带，左液压马达通过左终传动与左履带连接，右液压马达通过右终传动与右履带连接。该电动推土机系统用动力电池和动力电机代替原有的燃油系统和柴油机，切断了推土机对石油的依赖，是一种真正意义的纯电驱动系统，实现了零排放、零污染以及低噪声。

进一步地，动力电池还通过高压线路连接DC/DC高低压转换器，DC/DC高低压转换器通过低压线路连接低压蓄电池，低压蓄电池通过CAN总线连接整车控制器，为整车控制器供电。此外，低压蓄电池还能够通过CAN总线连接其他车载用电设备，为其他车载用电设备供电，例如空调和仪表等。通过上述设置，达到了动力电池为整车提供动力源的目的。

进一步地，整车控制器除了通过CAN总线连接电机控制器外，还通过CAN总线连接仪表，整车控制器将整车运行参数以及动力电池性能参数通过CAN总线上传给仪表进行监控。此外，整车控制器还能够通过CAN总线与其他CAN设备连接，具体可根据需要进行连接设置。

进一步地，该电动推土机系统还包括电池管理模块，动力电池通过CAN总线连接该电池管理模块。电池管理模块主要对动力电池充放电时的电压、电流、放电深度、再生制动反馈电流、电池温度等进行智能控制。动力电池是由多个单体电池构成的动力电池组，由于个别单体电池性能变化后，会影响整个动力电池组性能，电池管理模块对整个动力电池组及其每个单体电池进行监控，保持各个单体电池间的一致性，延长动力电池的寿命。

本发明还提供一种电动推土机系统的功率自适应控制方法，如图2和图3所示，包括如下步骤：

S10、整车控制器采集手柄及油门信号，并输出相应的转速和转矩指令给电机控制器、输出相应的电流指令给液压泵和液压马达。

于该步骤中，当电机控制器接收到整车控制器发送的减速或者制动信号时，电机控制器控制动力电机降速或者制动的同时，通过电池管理模块向动力电池充电，回收电能。

S20、电机控制器将动力电机的转速回传给整车控制器，液压泵和液压马达将液压系统的压力以及整车的车速回传给整车控制器，整车控制器确定当前负载。

S30、整车控制器根据当前负载调节输出给动力电机的转速和转矩的大小、以及调节输出给液压泵和液压马达的电流的大小。

具体地，如图4所示，步骤S30包括：

S31、判断当前负载是否小于等于第一预设负载，若是，则执行步骤S32；若否，则执行步骤S33；

S32、保持当前动力电机的转速和转矩不变，并保持液压泵和液压马达的电流不变；

S33、判断当前负载是否小于等于第二预设负载，第二预设负载大于第一预设负载，若是，则执行步骤S34；若否，则执行步骤S35；

S34、增大动力电机的转矩，并保持当前液压泵和液压马达的电流不变；

S35、保持动力电机的最大转矩，并降低液压泵和液压马达的电流。

推土机工况较为恶劣，在整个推土过程中负载波动较大，该电动推土机系统的功率自适应控制方法，在推土机轻载(当前负载小于等于第一预设负载)时，动力电机根据负载情况输出所述转矩；在推土机负载增大(当前负载大于第一预设负载且小于等于第二预设负载)时，电机增大转矩输出；在推土机负载继续增大(当前负载大于第二预设负载)时，电机转矩输出达上限，此时通过降低液压泵和液压马达的电流，即通过降低液压系统的排量，进而降低液压系统的吸收功率，以增大负载输出，使得推土机能适应不同负载需求，有效的实现了动力电机与整机传动系统高效的动力耦合，保证了推土机的动力输出。

此外，在推土机运行过程中，整车控制器将整车运行参数以及动力电池性能参数通过CAN总线上传给仪表进行实时监控，以便于驾驶员了解当前运行情况。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动推土机系统，其特征在于，包括动力电池，所述动力电池通过高压线路连接电机控制器，所述电机控制器通过CAN总线连接整车控制器，所述电机控制器通过高压线路连接动力电机，所述动力电机与液压泵连接，所述液压泵与液压马达连接，所述液压马达通过传动系统与履带连接。

2.根据权利要求1所述的电动推土机系统，其特征在于，所述电动推土机系统还包括电池管理模块，所述动力电池通过CAN总线连接所述电池管理模块。

3.根据权利要求1所述的电动推土机系统，其特征在于，所述动力电池通过高压线路连接DC/DC高低压转换器，所述DC/DC高低压转换器通过低压线路连接低压蓄电池，所述低压蓄电池通过CAN总线连接所述整车控制器。

4.根据权利要求1所述的电动推土机系统，其特征在于，所述整车控制器通过CAN总线连接仪表。

5.根据权利要求1所述的电动推土机系统，其特征在于，所述液压马达包括左液压马达和右液压马达，所述传动系统包括左终传动和右终传动，所述履带包括左履带和右履带，所述左液压马达通过所述左终传动与所述左履带连接，所述右液压马达通过所述右终传动与所述右履带连接。

6.一种如权利要求1-5任一项所述电动推土机系统的功率自适应控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

整车控制器采集手柄及油门信号，并输出相应的转速和转矩指令给电机控制器、输出相应的电流指令给液压泵和液压马达；

电机控制器将动力电机的转速回传给整车控制器，液压泵和液压马达将液压系统的压力以及整车的车速回传给整车控制器，整车控制器确定当前负载；

整车控制器根据当前负载调节输出给动力电机的转速和转矩的大小、以及调节输出给液压泵和液压马达的电流的大小。

7.根据权利要求6所述的功率自适应控制方法，其特征在于，所述整车控制器根据当前负载调节输出给动力电机的转速和转矩的大小、以及调节输出给液压泵和液压马达的电流的大小具体包括如下步骤：

判断当前负载是否小于等于第一预设负载，若是，则保持当前动力电机的转速和转矩不变，并保持液压泵和液压马达的电流不变；若否，则进一步判断当前负载是否小于等于第二预设负载，第二预设负载大于第一预设负载；

若是，则增大动力电机的转矩，并保持当前液压泵和液压马达的电流不变；若否，则保持动力电机的最大转矩，并降低液压泵和液压马达的电流。

8.根据权利要求6所述的功率自适应控制方法，其特征在于，当电机控制器接收到整车控制器发送的减速或者制动信号时，电机控制器控制动力电机降速或者制动的同时，通过电池管理模块向动力电池充电。

9.根据权利要求6所述的功率自适应控制方法，其特征在于，在推土机运行过程中，整车控制器将整车运行参数以及动力电池性能参数通过CAN总线上传给仪表进行监控。