CN110406392B - 一种非公路车辆电传动系统控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非公路车辆电传动系统控制方法，获取当前柴油机发电系统的运行参数，根据预先构建柴油机发电系统运行参数与牵引电机第一功率之间的关系模型确定牵引电机的第一功率；根据所述第一功率计算确定牵引电机当前的最大输出转矩，根据所述最大输出转矩计算牵引电机的输出转矩，控制牵引电机的输出。具有可迅速响应司机加减速指令，最大效率控制功率输出，有效防止过快响应造成牵引故障，为牵引系统提供有效保护等优点。

Description

一种非公路车辆电传动系统控制方法
技术领域
本发明涉及非公路车辆传动控制技术领域，尤其涉及一种非公路车辆电传动系统控制方法。
背景技术
非公路车辆是一种广泛应用于矿山现场的大型矿山开发工程机械，牵引电驱动系统是非公路车辆的核心组成部分，如图1所示。但是非公路车辆运行环境恶劣，路况复杂多变，非公路车辆电驱动系统装配大型柴油机，排量超甚至过100升，总功率超过3700马力，如此大的功率，油耗惊人，并且造成极大的大气污染物排放。
非公路车辆在正常作业有两种工况：牵引工况牵引整车向前或者向后运转，制动工况是将非公路车辆通过电机电制动减速，制动能量消耗在制动电阻上。牵引电传动系统电路原理图如下图所示：柴油机驱动发电机发出三相交流电送至变流器，变流器内整流单元将三相直流电整流成直流，逆变单元将直流逆变成交流，实现整车的无级调速功能，整车制动采用电制动，每个逆变单元包含一路制动回路，制动能量由制动电阻消耗。
目前非公路车辆牵引系统采用交流电传动系统驱动，为典型的内燃机车交流传动系统，通过柴油机带动连轴的发电机提供车辆动力能源，通过牵引逆变器驱动电机；由于矿用车存在道路复杂多变，牵引电传动系统需要迅速响应司机加减速指令，存在驱动系统柴油发电系统是慢速系统、而牵引变流器及电机为快速响应系统矛盾，系统在运行过程中，响应太快容易在成牵引电传动系统过流过压及整车失去牵引故障事故，响应太慢容易造成加减速性能差，不满足矿山实际应用需求。目前非公路车辆牵引电传动系统在功率控制方面，牵引电传动系统需要迅速响应司机加减速指令，存在驱动系统柴油发电系统是慢速系统、而牵引变流器及电机为快速响应系统矛盾，系统在运行过程中，响应太快容易在成牵引电传动系统过流过压及整车失去牵引故障事故，响应太慢容易造成加减速性能差，不满足矿山实际应用需求
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可迅速响应司机加减速指令，最大效率控制功率输出，有效防止过快响应造成牵引故障，为牵引系统提供有效保护的非公路车辆电传动系统控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种非公路车辆电传动系统控制方法，获取当前柴油机发电系统的运行参数，根据预先构建柴油机发电系统运行参数与牵引电机第一功率之间的关系模型确定牵引电机的第一功率；根据所述第一功率计算确定牵引电机当前的最大输出转矩，根据所述最大输出转矩计算牵引电机的输出转矩，控制牵引电机的输出。
进一步地，获取所述柴油机发电系统中发电机的目标输出电压和实际输出电压，将所述目标输出电压和实际输出电压的比值划分为不同区间，在每个区间分别独立的根据所述最大输出转矩计算输出转矩。
进一步地，柴油机发电系统的运行参数包括油门踏板信号、柴油机转速、柴油机最大可用功率和发电机目标输出电压。
进一步地，根据所述第一功率计算确定牵引电机当前的最大输出转矩如式(1)所示：
Figure GDA0002719740440000021
式(1)中，Tc为牵引电机当前的最大输出转矩，N为预设的常量，PC为牵引电机的第一功率，n为牵引电机当前的转速。
进一步地，根据所述最大输出转矩计算牵引电机的输出转矩如式(2)所示：
Figure GDA0002719740440000022
式(2)中，Ts为牵引电机的输出转矩，Tc为牵引电机当前的最大输出转矩，UD为发电机的目标输出电压，Ud为发电机的实际输出电压。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过评估当前柴油机转速情况下可用最大功率，在整车控制器内建立柴油机发电系统运行参数与牵引电机第一功率之间的关系模型，该关系模型是柴油机在动态调速状态下的最大功率模型，通过该关系模型来确定牵引电机的第一功率，进而计算得到牵引电机当前的最大输出转矩，并计算确定牵引电机的输出转矩来控制牵引电机的输出，可以最大效率控制功率输出，防止过快响应造成牵引故障。
2、本发明通过将所述目标输出电压和实际输出电压的比值划分为不同区间，在每个区间分别独立的根据所述最大输出转矩计算输出转矩，控制精确性高；并且通过采集发电机的目标输出电压和实际输出电压，判断此时执行的功率是否超出柴油机的当前允许最大功率，控制实际输出功率，可达到非公路车辆功率控制和功率保护的效果。
附图说明
图1为非公路车辆的电驱动系统原理图。
图2为本发明具体实施例流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图2所示，本实施例的非公路车辆电传动系统控制方法，获取当前柴油机发电系统的运行参数，根据预先构建柴油机发电系统运行参数与牵引电机第一功率之间的关系模型确定牵引电机的第一功率；根据所述第一功率计算确定牵引电机当前的最大输出转矩，根据所述最大输出转矩计算牵引电机的输出转矩，控制牵引电机的输出。柴油机发电系统的运行参数包括油门踏板信号、柴油机转速、柴油机最大可用功率和发电机目标输出电压。
在本实施例中，整车控制器ACU通过采集油门踏板A的模拟量信号，调整柴油机转速Nc。同时励磁控制单元ECU给定不同的发电机目标输出电压UD，励磁控制单元ECU通过励磁控制回路控制发电机输出不同电压(实际输出电压)给整流单元。整车控制器ACU根据当前柴油机转速Nc计算出柴油机当前转速可提供的柴油机最大可用功率Pc，整车控制器ACU在柴油机最大可用功率Pc基础上计算出当前单个电机最大转矩Tc。
在本实施例中，整车控制器ACU根据油门踏板A的模拟量信号调整柴油机转速Nc的方法如式(3)所示：
Figure GDA0002719740440000031
式(3)中，Nc为柴油机转速，A为油门踏板信号，Amax为油门踏板信号的最大值，NR为柴油机的额定转速，N0为柴油机的怠速。
在本实施例中，根据柴油机的功率曲线，可以查找确定与柴油机转速Nc对应的柴油机输出功率P。考虑辅助风机及液压泵等辅助设备的辅助功率为Pf，可计算确定在该转速下柴油机的最大可用功率Pc＝P-Pf。
在本实施例中，柴油机发电系统运行参数与牵引电机第一功率之间的关系模型可表示为PC＝f(A,Nc,Pc,UD)的形式，其中，PC为牵引电机第一功率，A为油门踏板信号，Nc为柴油机转速，Pc为柴油机最大可用功率，UD为发电机目标输出电压。在本实施例中，该关系模型为预先确定的包含上述五个参数的关系表，通过以油门踏板信号、柴油机转速、柴油机最大可用功率和发电机目标输出电压四个参数查询该表，可以确定牵引电机第一功率的值。
在本实施例中，根据所述第一功率计算确定牵引电机当前的最大输出转矩如式(1)所示：
Figure GDA0002719740440000041
式(1)中，Tc为牵引电机当前的最大输出转矩，N为预设的常量，PC为牵引电机的第一功率，n为牵引电机当前的转速。本实施例中预设的常量N的取值为9550。
在本实施例中，获取所述柴油机发电系统中发电机的目标输出电压和实际输出电压，将所述目标输出电压和实际输出电压的比值划分为不同区间，在每个区间分别独立的根据所述最大输出转矩计算输出转矩。
在本实施例中，根据所述最大输出转矩计算牵引电机的输出转矩如式(2)所示：
Figure GDA0002719740440000042
式(2)中，Ts为牵引电机的输出转矩，Tc为牵引电机当前的最大输出转矩，UD为发电机的目标输出电压，Ud为发电机的实际输出电压。
通过对目标输出电压和实际输出电压的判断，分区间的实时控制电机实际输出转矩Ts，可以有效的利用当前柴油机转速情况下最大功率，最大程度响应整车及司机对响应的需求，实现非公路车辆的牵引传动系统的功率控制及保护。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (3)

1.一种非公路车辆电传动系统控制方法，其特征在于：获取当前柴油机发电系统的运行参数，根据预先构建柴油机发电系统运行参数与牵引电机第一功率之间的关系模型确定牵引电机的第一功率；根据所述第一功率计算确定牵引电机当前的最大输出转矩，根据所述最大输出转矩计算牵引电机的输出转矩，控制牵引电机的输出；
根据所述最大输出转矩计算牵引电机的输出转矩如式(2)所示：
Figure FDA0002719740430000011
式(2)中，Ts为牵引电机的输出转矩，Tc为牵引电机当前的最大输出转矩，UD为发电机的目标输出电压，Ud为发电机的实际输出电压。
2.根据权利要求1所述的非公路车辆电传动系统控制方法，其特征在于：获取所述柴油机发电系统中发电机的目标输出电压和实际输出电压，将所述目标输出电压和实际输出电压的比值划分为不同区间，在每个区间分别独立的根据所述最大输出转矩计算输出转矩。
3.根据权利要求2所述的非公路车辆电传动系统控制方法，其特征在于：柴油机发电系统的运行参数包括油门踏板信号、柴油机转速、柴油机最大可用功率和发电机目标输出电压。
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