CN112078387A - 多源组合工程运输车的控制系统及控制方法 - Google Patents

多源组合工程运输车的控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

多源组合工程运输车的控制系统，包括整车控制器HCU，发动机、发动机控制器ECU、发电机及发电机控制器GMCU构成的车载发电系统，动力电池及高压柜供电系统，主驱动电机及主驱动电机控制器MCU，传动系统；整车控制器HCU通过通讯总线分别与发动机控制器ECU、动力电池、主驱动电机控制器MCU、发电机控制器GMCU通讯连接；车载发电系统通过动力线缆分别与高压柜供电系统﹑主驱电机控制器并行电连接，主驱电机控制器与主驱电机通过动力电缆电连接，实现车载发电系统和动力电池系统直接给主驱电机控制器供电；同时实现车载发电与驱动电机反拖充电通过高压柜供电系统间接回馈给动力电池。双源组合对现有能源进行有效组合，降低车辆运行能耗，回收能量有效利用，同时解决了下坡制动毂严重发热影响制动毂使用寿命。

Description

多源组合工程运输车的控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及工程运输车控制技术领域，尤其涉及多源组合工程运输车的控制系统及控制方法。
背景技术
工程运输领域工况复杂多变，根据重载、空载，爬升高度，下降高度将之分为重载上坡，重载下坡和平路工况，且工况既定后运输过程是循环往返的。其中，重载下坡工况，传统工程运输车只由内燃机作为整车唯一的动力源驱动车辆。工程运输领域的工况特点是线路固定、运距短﹑重复往返运输，但路面条件差，坡度范围变化大。针对目前传统燃油车在上坡工况下内燃机工作在高负荷区域油耗高，在下坡路况下内燃机没有动力输出需求，但仍须工作以保证车辆其它辅件正常，油耗不低，且下坡过程长时间制动，制动毂发热严重，严重影响使用寿命。对于发动机处于高负荷区，下坡制动毂发热严重这两个问题，显然目前的传统油车配置方案是不能从根本上解决的。
近几年，绿色矿山工程建设已经出台了新标准，要求矿业开采必须对绿色，节能，减排等环保指标落到实处。因此为了响应国家绿色矿上建设的宏伟目标，矿山开采绿色化必然对运输过程中的车辆能耗，排放做实际性要求。在降耗，降排放方面，单纯依靠内燃机驱动的矿山运输设备能源消耗量和排放量巨大，已经成为建设绿色矿山过程中必须要解决的问题。
因此，针对上述问题提出多源组合工程运输车的控制系统和方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述工程运输车发动机高能耗，下坡制动毂严重发热的问题而提供多源组合工程运输车的控制系统和方法，具有节约能源，使用寿命长的优点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
多源组合工程运输车的控制系统，其特征在于，包括整车控制器HCU，发动机、发动机控制器ECU、发电机及发电机控制器GMCU构成的车载发电系统，动力电池及高压柜供电系统，主驱动电机及主驱动电机控制器MCU，传动系统；
所述整车控制器HCU通过第一通讯总线CAN1分别与所述发动机控制器 ECU、动力电池连接；
所述整车控制器HCU通过第二通讯总线CAN2分别与所述主驱动电机控制器MCU、发电机控制器GMCU连接；
所述车载发电系统通过动力线缆分别与动力电池系统﹑主驱电机控制器并行电连接，主驱电机控制器与主驱电机通过动力电缆电连接，以实现车载发电系统发的电和动力电池系统输出电通过电缆直接提供给主驱电机控制器供电；同时实现车载发电或与驱动电机反拖充电回馈给动力电池。
还包括用以接受外部线路供电的受电弓，该受电弓与所述动力电池通过线缆连接以给所述主驱动电机供电，且该受电弓受控于所述整车控制器HCU。
前述多源组合工程运输车的控制系统，还包括辅助驱动系统，该辅助驱动系统包括多合一控制器、电动气泵、电动油泵和电动空调；
所述多合一控制器分别驱动电动气泵、电动油泵满足车辆主制动，转向系统正常工作；
所述电动空调通过循环管道与车厢连通，实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化；
所述多合一控制器与所述整车控制器HCU通过总线通讯连接。
一种权利要求1所述控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、整车控制器HCU在车辆进入准备行车状态，控制高压柜输出高压电；
S2、整车控制器HCU接收到高压上电后，控制多合一控制器分别驱动电动气泵，电动油泵满足车辆主制动，转向系统正常工作；
S3、整车控制器HCU在车辆正常上坡或平路运行过程，依据车辆动力需求和动力电池实时电量，控制车载发电系统的发电功率和/或受电弓外部受电功率，以满足车辆动力需求；
S4、整车控制器HCU依据司机的驾驶意图，通过主驱动电机控制器MCU 控制主驱动电机的目标扭矩和目标转速；
S5、整车控制器HCU依据主驱动电机的实时转矩、转速及坡道情况，以控制自动变速箱换挡；
S6、整车控制器HCU在车辆正常停车等待过程中，根据高压柜发送的高压的上电或下电状态信号、动力电池送出的实时电量SOC，控制车载发电系统的启动、停止、发电功率，和/或受电弓的启动、停止、接受外部电功率；
S7、整车控制器HCU在车辆平路或下坡过程，控制主驱动电机控制器MCU 使主驱动电机工作在滑行制动或者电制动回馈，回收电能存储到动力电池系统。
其中，S6的具体过程是：
当SOC<SOCmin时，整车控制器HCU控制车载发电系统启动，并以动力模式发电存储到动力电池，和/或控制受电弓启动接受电工，介入外网给动力电池充电；
当SOC≥SOCmin时，整车控制器HCU控制车载发电系统和/或受电弓关闭。
有益效果：
本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：
1、该种多源组合工程运输车的控制系统，在工程运输车上用增程器或接受外部架线受电方式再结合现有电池能源，以实现将内燃机或电网电协和电池能量的有效结合，下坡利用控制算法将制动能量回收有效地将重力势能转化成电能，上坡循环利用下坡所回收的电能根据实际工况开启增程，架线或纯电模式；既解决了下坡制动毂严重发热严重影响整车寿命问题，又将回收能量有效利用避免内燃机高能耗问题，且对比传统车节油率明显提高。
2、本发明的结构简单、使用方便，实用性强，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
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。
图1所示为本实施例为克服现有工程运输车存在的油耗高，且下坡过程长时间制动，制动毂发热严重，严重影响使用寿命的问题，本实施例提供了一种工程运输车上用增程器(即由发动机、发动机控制器ECU、发电机及发电机控制器GMCU构成的车载发电系统)或接收外部架线受电方式再结合现有电池能源(即车载动力电池系统)，既解决了下坡制动毂严重发热严重影响整车寿命问题，又将回收能量有效利用避免内燃机高能耗问题，且对比传统车节油率明显提高。
该多源组合工程运输车的控制系统，主要包括整车控制器HCU，发动机、发动机控制器ECU、发电机及发电机控制器GMCU构成的车载发电系统，动力电池及高压柜供电系统，主驱动电机及主驱动电机控制器MCU，传动系统及受电弓；
整车控制器HCU通过第一通讯总线CAN1分别与车载发电系统(包含发动机控制器ECU和发电机控制器GMCU)、动力电池连接；整车控制器HCU通过第二通讯总线CAN2分别与主驱动电机控制器MCU、发电机控制器GMCU连接；车载发电系统通过动力线缆分别与动力电池系统﹑主驱电机控制器并行电连接，主驱电机控制器与主驱电机通过动力电缆电连接，以实现车载发电系统发的电和动力电池系统输出电通过电缆直接提供给主驱电机控制器供电；同时实现车载发电与驱动电机反拖充电回馈给动力电池；受电弓与动力电池通过线缆连接以给主驱动电机供电，且受电弓的工作与否，由整车控制器HCU 根据实际架线路段和电池SOC值，控制受电弓是否正常工作；当行驶路段没有架线网络或者SOC>SOCmin，整车控制器HCU控制受电弓工作，否则整车控制器HCU控制受电弓不工作。
前述多源组合工程运输车的控制系统，还包括辅助驱动系统，该辅助驱动系统包括多合一控制器、电动气泵、电动油泵和电动空调；多合一控制器分别驱动电动气泵、电动油泵满足车辆主制动，转向系统正常工作；电动空调通过循环管道与车厢连通，实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化；多合一控制器与整车控制器HCU通过总线通讯连接。
在工程运输车上用增程器或接收外部架线受电方式再结合现有电池能源，既解决了下坡制动毂严重发热严重影响整车寿命问题，又将回收能量有效利用避免内燃机高能耗问题，且对比传统车节油率明显提高。
多源组合工程运输车的控制系统的控制方法，包括以下具体操作过程：
S1、整车控制器HCU在车辆进入准备行车状态，控制高压柜输出高压电；具体是当车速＝0，挡位＝N，有刹车信号时，标志着准备行车，此时，整车控制器HCU控制高压柜输出高压电，做好行车准备。
S2、整车控制器HCU接收到高压上电后，控制多合一控制器分别驱动电动气泵，电动油泵满足车辆主制动，转向系统正常工作；气压传感器反馈整车气路气压值有序增加，标志着气泵正常工作或者VCU读取多合一控制器对气泵的控制状态，没有故障，即气泵工作正常；转向油路气压均相等，或者 VCU读取多合一控制器对油泵的控制状态，没有故障，即油泵工作正常；
S3、整车控制器HCU在车辆正常上坡或平路运行过程，依据车辆动力需求和动力电池实时电量，控制车载发电系统的发电功率和/或受电弓外部受电功率，以满足车辆动力需求；其中，车辆行驶在平路和上/下坡的判定是根据车上的坡度传感器获取的车辆实时坡度信号为依据，当该信号为0时，车辆行驶在平路上，当该信号>0时，车辆行驶在上坡路，当该信号为<0时，车辆行驶在下坡。
S4、整车控制器HCU依据司机的驾驶意图，通过主驱动电机控制器MCU 控制主驱动电机的目标扭矩和转速。
其中司机的驾驶意图，整车控制器HCU依据坡度传感器的坡度信号进行控制判断：即当坡度>＝0，油门>0，VCU控制电机控制器输出驱动力矩，车辆正常平路或爬坡；当坡度<k，油门＝＝0，车速>Vmax，VCU控制电机控制器执行发电指令，电机反拖发电，能量回馈至电池。
S5、整车控制器HCU依据主驱动电机的实时转矩、转速及坡道情况，以控制自动变速箱换挡；
S6、整车控制器HCU在车辆正常停车等待过程中，根据高压柜发送的高压的上电或下电状态信号、动力电池送出的实时电量SOC，控制车载发电系统的启动、停止、发电功率，和/或受电弓的启动、停止、接受外部电功率；
其中，S6的具体过程是：
当SOC<SOCmin时，整车控制器HCU控制发电机启动，并以动力模式发电存储到动力电池，和/或控制受电弓启动接受电工，介入外网给动力电池充电；
当SOC≥SOCmin时，整车控制器HCU控制发电机和/或受电弓关闭。
S7、整车控制器HCU在车辆平路或下坡过程，控制主驱动电机控制器MCU 使主驱动电机工作在滑行制动或者电制动回馈，回收电能存储到动力电池系统，具体运行过程是：
坡度>＝0，油门>0，VCU控制电机控制器输出驱动力矩，车辆正常平路或爬坡；
坡度<k，油门＝＝0，车速>Vmax，VCU控制电机控制器执行发电指令，电机反拖发电，能量回馈至电池。
本发明控制方法中，当动力电池发送出的实时电量小于实时电量最小值时，整车控制器控制增程器控制器启动，并以动力模式发电存储到动力电池；或受电弓启动接受电工，介入外网给动力电池充电。当动力电池发送出的实时电量大于等于实时电量最小值时，整车控制器控制增程器控制器和受电弓关闭。本发明在某增程式新能源矿车上做了实施，与同工况同吨位的油车相比油耗节约40％以上，轮毂也得到了保护。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.多源组合工程运输车的控制系统，其特征在于，包括整车控制器HCU，发动机、发动机控制器ECU、发电机及发电机控制器GMCU构成的车载发电系统，动力电池及高压柜供电系统，主驱动电机及主驱动电机控制器MCU，传动系统；
所述整车控制器HCU通过第一通讯总线CAN1分别与所述发动机控制器ECU、动力电池连接；
所述整车控制器HCU通过第二通讯总线CAN2分别与所述主驱动电机控制器MCU、发电机控制器GMCU连接；
所述车载发电系统通过动力线缆分别与动力电池系统﹑主驱电机控制器并行电连接，主驱电机控制器与主驱电机通过动力电缆电连接，以实现车载发电系统发的电和动力电池系统输出电通过电缆直接提供给主驱电机控制器供电；同时实现车载发电或与驱动电机反拖充电回馈给动力电池。
2.根据权利要求1所述的多源组合工程运输车的控制系统，其特征在于，还包括用以接受外部线路供电的受电弓，该受电弓与所述动力电池通过线缆连接以给所述主驱动电机供电，且该受电弓受控于所述整车控制器HCU。
3.根据权利要求1或2所述的多源组合工程运输车的控制系统，其特征在于，还包括辅助驱动系统，该辅助驱动系统包括多合一控制器、电动气泵、电动油泵和电动空调；
所述多合一控制器分别驱动电动气泵、电动油泵满足车辆主制动，转向系统正常工作；
所述电动空调通过循环管道与车厢连通，实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化；
所述多合一控制器与所述整车控制器HCU通过总线通讯连接。
4.一种权利要求1所述控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、整车控制器HCU在车辆进入准备行车状态，控制高压柜输出高压电；
S2、整车控制器HCU接收到高压上电后，控制多合一控制器分别驱动电动气泵，电动油泵满足车辆主制动，转向系统正常工作；
S3、整车控制器HCU在车辆正常上坡或平路运行过程，依据车辆动力需求和动力电池实时电量，控制车载发电系统的发电功率和/或受电弓外部受电功率，以满足车辆动力需求；
S4、整车控制器HCU依据司机的驾驶意图，通过主驱动电机控制器MCU控制主驱动电机的目标扭矩和目标转速；
S5、整车控制器HCU依据主驱动电机的实时转矩、转速及坡道情况，以控制自动变速箱换挡；
S6、整车控制器HCU在车辆正常停车等待过程中，根据高压柜发送的高压的上电或下电状态信号、动力电池送出的实时电量SOC，控制车载发电系统的启动、停止、发电功率，和/或受电弓的启动、停止、接受外部电功率；
S7、整车控制器HCU在车辆平路或下坡过程，控制主驱动电机控制器MCU使主驱动电机工作在滑行制动或者电制动回馈，回收电能存储到动力电池系统。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述S6的具体过程是：
当SOC<SOCmin时，整车控制器HCU控制车载发电系统启动，并以动力模式发电存储到动力电池，和/或控制受电弓启动接受电工，介入外网给动力电池充电；
当SOC≥SOCmin时，整车控制器HCU控制车载发电系统和/或受电弓关闭。
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