CN111959415A - 一种基于整车vcu控制的能量分配系统算法 - Google Patents

一种基于整车vcu控制的能量分配系统算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法，该系统算法通过整车VCU控制器读取动力系统、变流系统、驱动系统、冷却系统、储能系统和耗散系统的参数信息，获得整车能量流的分布状态，并且本系统算法辅以称重系统、倾角传感器、加速度传感器和温度传感器，达到精准控制车辆的能量分配工作目的。相比传统的电传动自卸车能量控制，本次发明的能量分配系统算法可以最大限度的发挥发动机输出功率，合理调配能量分布，充分利用车辆制动时产生的回馈能量，起到节能减排，降低燃油使用成本的目的。

Description

一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法。
背景技术
矿用自卸车是露天矿山开采和大规模土方建设中的重要关键设备之一，主要用于各种松散物料的运输。矿用自卸车的运输路径相对固定，道路坡度大，运输路径长，运输工况较为单一，多为满载上坡，空载下坡。在这种运输工况下，采用电传混合动力的矿用自卸车能够较好的发挥能量回收再利用的优势，达到节能减排，降低燃油使用成本的目的。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法，最大限度的发挥发动机输出功率，合理调配能量分布，充分利用车辆制动时产生的回馈能量，起到节能减排，降低燃油使用成本的目的。
一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法，包括整车VCU控制器，整车VCU控制器通过读取动力系统、变流系统、驱动系统、冷却系统、储能系统和耗散系统的参数信息来获得整车能量流的分布状态；整车VCU控制器再根据称重系统、倾角传感器、加速度传感器和温度传感器反馈的信息进一步精准控制车辆的能量分配工作；
动力系统由柴油发动机和三相无刷励磁同步发电机构成；冷却系统包括鼓风机，鼓风机的冷却风用于变流系统、储能系统和驱动系统的冷却散热；驱动系统由三相交流异步电机和轮边减速机构成；储能系统包括蓄电池；耗散系统包括电阻栅和风机。
进一步地，整车VCU控制器采集加速踏板和制动踏板的开合度可以获知司机的操作意图；整车VCU控制器采集发动机及发电机提供的转速、电流和电压可以获知能量产生的额度；整车VCU控制器采集变流系统、驱动系统、冷却系统和储能系统返回的参数状态可以获知能量的消耗额度。
进一步地，通过获取的车辆通路阻力、加速阻力、传动效率、驱动效率、冷却系统使用情况和储能系统的充放电情况，整车VCU控制器控制动力系统的能量输出，以达到最佳的燃油经济性。
进一步地，根据储能系统的当前状态以及司机操作意图，当蓄电池即将过度充电时，断开储能系统充电电路或使其担任动力输出源；当蓄电池即将过度放电时，发动机将额外输出功率对蓄电池充电。
进一步地，整车VCU控制器通过获取倾角传感器的参数，能够判别车辆的当前姿态；若车辆在行驶中，结合称重系统的载重量能够计算车辆当前的通路阻力；若车辆在举升卸货状态，能够提供防侧翻报警信息。
进一步地，采用制动能量回馈装置，当车辆在长下坡路况下，可以对储能系统充电。
进一步地，当车辆在长下坡路况下，整车VCU控制器对蓄电池达到过度充电临界值时采取制动充电限制，并将多余能量通过电阻栅消耗释放。
进一步地，整车VCU控制器通过获取加速度传感器的参数，能够计算车辆当前的加速阻力和颠簸程度；若车辆颠簸程度超过限定值，整车VCU控制器能够决定是否短时断开储能系统以提高车辆的安全性。
进一步地，整车VCU控制器通过获取温度传感器的参数，以决定低温启动时储能系统参与的百分比。
电传混动矿用自卸车运行原理如下：柴油发动机带动三相无刷励磁同步发电机，发电机输出的三相交流电进入变流系统，变流系统经过“交流—直流—交流”的整流逆变过程后，输出的三相可控交流电驱动三相交流异步电机，并通过轮边减速机将动力输出至轮胎。在变流系统的整流过程中，多余的能量可输送给储能系统；同样的，在车辆制动过程，三相交流异步电机反馈回来的能量经过变流系统的整流也可以把回收的能量输送给储能系统；储能系统需要释放能量时，通过变流系统的逆变将电能输送至驱动系统。
本发明的有益效果是：相比传统的电传动矿用自卸车，基于整车VCU控制的能量分配系统算法的电传混动矿用自卸车能够有效感知车辆的各个系统状态，及时调配子系统的参与度，合理分配能量流向，达到节能减排，降低燃油使用成本的目的。
附图说明
图1是本发明的系统构成拓扑示意图；
图2是本发明的VCU信息采集示意图；
图3是本发明的加速状态整车能量流程图；
图4是本发明的制动状态整车能量流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法，包括整车VCU控制器，整车VCU控制器通过读取动力系统、变流系统、驱动系统、冷却系统、储能系统和耗散系统的参数信息来获得整车能量流的分布状态；整车VCU控制器再根据称重系统、倾角传感器、加速度传感器和温度传感器反馈的信息进一步精准控制车辆的能量分配工作；
动力系统由柴油发动机和三相无刷励磁同步发电机构成；冷却系统包括鼓风机，鼓风机的冷却风用于变流系统、储能系统和驱动系统的冷却散热；驱动系统由三相交流异步电机和轮边减速机构成；储能系统包括蓄电池；耗散系统包括电阻栅和风机。
如图1所示，柴油发动机、三相无刷励磁同步发电机、鼓风机为同轴刚性连接。柴油发动机带动三相无刷励磁同步发电机，发电机输出的三相交流电进入变流系统，变流系统经过“交流—直流—交流”的整流逆变过程后，输出的三相可控交流电驱动三相交流异步电机，并通过轮边减速机将动力输出至轮胎。在变流系统的整流过程中，多余的能量可输送给储能系统；同样的，在车辆制动过程，三相交流异步电机反馈回来的能量经过变流系统的整流也可以把回收的能量输送给储能系统；储能系统需要释放能量时，通过变流系统的逆变将电能输送至驱动系统。
如图2所示，整车VCU控制器为了能够准确调控车辆的能量分配，需要采集动力系统的转速、电压、电流信息，变流系统的输入功率、输出功率，冷却系统的消耗功率，驱动系统的消耗功率、回馈功率，储能系统的输入功率、输出功率，耗散系统的消耗功率，以及加速踏板、制动踏板的开合度，加速度传感器、倾角传感器、温度传感器的信息。根据车辆当前状态，整车VCU控制器调配能量在变流系统、驱动系统、储能系统和耗散系统之间流动。
如图3所示，当司机踩下加速踏板时，发动机响应加速信号达到相应的转速，冷却系统从动力系统获取一部分能量用于各系统的散热；整车VCU控制器根据倾角传感器信息可以得知当前车辆处于上坡还是下坡路况，同时根据储能系统的能量储备情况决定是否将其投入到逆变系统中参与动力输出，并实时监测车辆的颠簸情况随时断开储能系统以提高车辆的安全性。
如图4所示，当司机踩下制动踏板时，动力系统输出功率维持冷却系统的散热需求；制动状态的三相交流异步电机处于发电状态，反馈的能量经过变流系统整流后，可以选择给储能系统充电，也可以直接通过耗散系统消耗掉。整车VCU控制器会根据各个子系统的状态决定能量的流向与分配比例。
整车VCU控制器采集加速踏板和制动踏板的开合度，以获知司机的操作意图；根据发动机及发电机提供的转速、电流和电压信息可以获知能量产生的额度；根据变流系统、驱动系统、冷却系统和储能系统返回的参数状态可以获知能量的消耗额度，为VCU控制能量分配提供参考。
综上所述，基于整车VCU控制的能量分配系统算法可以最大限度的发挥发动机输出功率，合理调配能量分布，充分利用车辆制动时产生的回馈能量，起到节能减排，降低燃油使用成本的目的，提高客户使用的满意度。

Claims (9)

1.一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法，其特征在于：包括整车VCU控制器，整车VCU控制器通过读取动力系统、变流系统、驱动系统、冷却系统、储能系统和耗散系统的参数信息来获得整车能量流的分布状态；整车VCU控制器再根据称重系统、倾角传感器、加速度传感器和温度传感器反馈的信息进一步精准控制车辆的能量分配工作；
动力系统由柴油发动机和三相无刷励磁同步发电机构成；冷却系统包括鼓风机，鼓风机的冷却风用于变流系统、储能系统和驱动系统的冷却散热；驱动系统由三相交流异步电机和轮边减速机构成；储能系统包括蓄电池；耗散系统包括电阻栅和风机。
2.根据权利要求1所述的一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法，其特征在于：整车VCU控制器采集加速踏板和制动踏板的开合度可以获知司机的操作意图；整车VCU控制器采集发动机及发电机提供的转速、电流和电压可以获知能量产生的额度；整车VCU控制器采集变流系统、驱动系统、冷却系统和储能系统返回的参数状态可以获知能量的消耗额度。
3.根据权利要求2所述的一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法，其特征在于：通过获取的车辆通路阻力、加速阻力、传动效率、驱动效率、冷却系统使用情况和储能系统的充放电情况，整车VCU控制器控制动力系统的能量输出，以达到最佳的燃油经济性。
4.根据权利要求2所述的基于整车VCU控制的能量分配系统算法，其特征在于：根据储能系统的当前状态以及司机操作意图，当蓄电池即将过度充电时，断开储能系统充电电路或使其担任动力输出源；当蓄电池即将过度放电时，发动机将额外输出功率对蓄电池充电。
5.根据权利要求1所述的一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法，其特征在于：整车VCU控制器通过获取倾角传感器的参数，能够判别车辆的当前姿态；若车辆在行驶中，结合称重系统的载重量能够计算车辆当前的通路阻力；若车辆在举升卸货状态，能够提供防侧翻报警信息。
6.根据权利要求5所述的基于整车VCU控制的能量分配系统算法，其特征在于：采用制动能量回馈装置，当车辆在长下坡路况下，可以对储能系统充电。
7.根据权利要求6所述的基于整车VCU控制的能量分配系统算法，其特征在于：当车辆在长下坡路况下，整车VCU控制器对蓄电池达到过度充电临界值时采取制动充电限制，并将多余能量通过电阻栅消耗释放。
8.根据权利要求1所述的一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法，其特征在于：整车VCU控制器通过获取加速度传感器的参数，能够计算车辆当前的加速阻力和颠簸程度；若车辆颠簸程度超过限定值，整车VCU控制器能够决定是否短时断开储能系统以提高车辆的安全性。
9.根据权利要求1所述的一种基于整车VCU控制的能量分配系统算法，其特征在于：整车VCU控制器通过获取温度传感器的参数，以决定低温启动时储能系统参与的百分比。
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