发明内容
本发明的目的是提供一种电动装载机双行走电机驱动控制方法和系统,保障电机驱动效率和综合能量转换效率,解决个别工况下动力不足的问题。
本发明采取的技术方案为:一种电动装载机双行走电机驱动控制方法,包括:
获取整车所需扭矩;
获取前轮、前轮驱动电机、后轮或后轮驱动电机的实时转速信号;
根据所获取的实时转速信号,查找预先存储的转速扭矩映射表,得到转速扭矩映射表中与实时转速对应的、对应不同扭矩的能量转换效率值;其中,所述转速转矩映射表中预存储有预先标定的电机在不同转速、不同扭矩下的能量转换效率值;
根据查找得到的实时转速对应的不同扭矩下的能量转换效率,利用预先构建的扭矩分配优化模型,将整车需求扭矩分配至前轮驱动电机和后轮驱动电机,得到前轮驱动电机和后轮驱动电机的扭矩分配量;其中,所述扭矩分配优化模型的优化目标为前轮驱动电机和后轮驱动电机的总能量转换效率最高;
按照需求扭矩分配量控制前轮驱动电机和后轮驱动电机运行。
可选的,所述获取整车所需扭矩包括:实时获取油门踏板和/或刹车踏板信号,根据油门踏板和/或刹车踏板信号计算实时所需的整车所需扭矩。具体为现有技术。
可选的,所述扭矩分配优化模型为:
式中,P为总能量转换效率;T
总为整车所需扭矩;N
i为电机实时转速;T
1、T
2分别为分配至前驱动电机、后驱动电机的扭矩;
为转速扭矩映射表中电机转速为N
i、扭矩为T
1所对应的电机能量转换效率值。
以上方案中,总能量转换效率采用前后两驱动电机的平均能量转换效率。
除此之外,总能量转换效率也可采用整车能量转换效率,即前后两驱动电机的能量转换效率的乘积。则,所述扭矩分配优化模型为:
式中,P为总能量转换效率;T
总为整车所需扭矩;N
i为电机实时转速;T
1、T
2分别为分配至前驱动电机、后驱动电机的扭矩;
为转速扭矩映射表中电机转速为N
i、扭矩为T
1所对应的电机能量转换效率值。
本发明中,前后两驱动电机通常采用相同的电机,因此转速扭矩映射表可采用同一个,并事先对其中一个电机进行能量转换效率的标定,若采用不同电机,则可分别对两种电机进行能量转换效率的标定。电机在不同转速、不同扭矩下的能量转换效率值的标定方法可采用现有技术,为了使得扭矩分配达到的总能量转换效率更高,转速扭矩映射表应尽可能做到细致,不同扭矩以及不同转速的间隔尽量小。
可选的,所述按照需求扭矩分配量控制前轮驱动电机和后轮驱动电机运行为:将包括前轮驱动电机扭矩分配量和后轮驱动电机扭矩分配量的需求扭矩信号,分别传输至前轮驱动电机对应的电机控制器和后轮驱动电机对应的电机控制器,使得电机控制器根据接收到的需求扭矩信号控制相应的驱动电机运行,输出扭矩分配量对应的扭矩。
第二方面,本发明提供一种电动装载机双行走电机驱动系统,包括前驱动电机、后驱动电机和整车控制器;前驱动电机传动连接前驱动桥,后驱动电机传动连接后驱动桥;前驱动电机的输出轴与后驱动电机的输出轴之间通过一中间传动轴传动连接;
所述整车控制器执行第一方面所述的电动装载机双行走电机驱动控制方法,控制前驱动电机和后驱动电机的运行。
可选的,电动装载机双行走电机驱动系统还包括前驱动电机控制器和后驱动电机控制器;前驱动电机和后驱动电机的控制端分别对应连接前驱动电机控制器和后驱动电机控制器;所述前驱动电机控制器和后驱动电机控制器分别与整车控制器连接通信;
所述整车控制器执行第一方面所述的电动装载机双行走电机驱动控制方法,将包括前轮驱动电机扭矩分配量和后轮驱动电机扭矩分配量的需求扭矩信号,分别传输至前驱动电机控制器和后驱动电机控制器,从而通过前驱动电机控制器和后驱动电机控制器分别对应控制前驱动电机和后驱动电机的运行。
可选的,所述整车控制器通过CAN总线分别与前驱动电机控制器和后驱动电机控制器连接通信。
可选的,所述前驱动电机通过一前桥传动轴传动连接前驱动桥;所述后驱动电机通过一后桥传动轴传动连接后驱动桥。
除此前后驱动电机也可直接连接前后驱动桥。
可选的,电动装载机双行走电机驱动系统还包括对应前驱动电机/前轮,和/或后驱动电机/后轮设置的转速传感器,转速传感器的信号输出端连接整车控制器。该设计使得系统能够支持:整车控制器根据实时转速,改变对前后驱动电机的需求扭矩分配,以适应实时工况,在减少能量损失的基础上提升综合能量转换效率。
具体的,转速传感器采用旋转变压器,前驱动电机和后驱动电机上分别安装一旋转变压器,旋转变压器的信号输出端连接相应的前驱动电机控制器或后驱动电机控制器,从而通过前驱动电机控制器或后驱动电机控制器,将转速信号传输至整车控制器。
有益效果
本发明的电动装载机双行走电机驱动控制方法能够实现双电机传动连接情况下的整车所需扭矩分配优化,从而实现前后驱动电机的总能量转换效率优化。具体的:
电动装载机双行走电机驱动系统,通过在前后驱动电机之间设计中间传动轴,能够实现:当前/后轮抓地不足或悬空时,相应的前/后驱动电机的输出扭矩可通过中间传动轴传递至后/前轮,从而补偿因前/后轮抓地不足或悬空导致的动力损失,减小能耗,减少个别工况下的车轮打滑、动力不足等问题。
电动装载机双行走电机驱动控制方法,能够根据电机实时转速以及电机在相应转速下的能量转换效率分布,向前后驱动电机分配相同或不同的需求扭矩,使得前后驱动电机的总能量转换效率得到优化。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
实施例1
本实施例介绍一种电动装载机双行走电机驱动控制方法,参考图3,方法包括:
获取整车所需扭矩;
获取前轮、前轮驱动电机、后轮或后轮驱动电机的实时转速信号;
根据所获取的实时转速信号,查找预先存储的转速扭矩映射表,得到转速扭矩映射表中与实时转速对应的、对应不同扭矩的能量转换效率值;其中,所述转速转矩映射表中预存储有预先标定的电机在不同转速、不同扭矩下的能量转换效率值;
根据查找得到的实时转速对应的不同扭矩下的能量转换效率,利用预先构建的扭矩分配优化模型,将整车需求扭矩分配至前轮驱动电机和后轮驱动电机,得到前轮驱动电机和后轮驱动电机的扭矩分配量;其中,所述扭矩分配优化模型的优化目标为前轮驱动电机和后轮驱动电机的总能量转换效率最高;
按照需求扭矩分配量控制前轮驱动电机和后轮驱动电机运行。
本实施例的方法能够适用于前轮驱动电机与后轮驱动电机传动连接的电动装载机,实现扭矩可传递基础上的能量转换效率优化。
获取整车所需扭矩包括:实时获取油门踏板和/或刹车踏板信号,根据油门踏板和/或刹车踏板信号计算实时所需的整车所需扭矩。具体为现有技术。
结合图2所示,本实施例方法适用于对应前轮驱动电机和后轮驱动电机分别设置驱动电机控制器的架构,则,按照需求扭矩分配量控制前轮驱动电机和后轮驱动电机运行具体为:将包括前轮驱动电机扭矩分配量和后轮驱动电机扭矩分配量的需求扭矩信号,分别传输至前轮驱动电机对应的电机控制器和后轮驱动电机对应的电机控制器,使得电机控制器根据接收到的需求扭矩信号控制相应的驱动电机运行,输出扭矩分配量对应的扭矩。
在考虑总能量转换效率优化问题时,本实施例中,总能量转换效率可采用前后两驱动电机的平均能量转换效率,也可采用整车能量转换效率,即前后两驱动电机的能量转换效率的乘积。两种考虑下的扭矩分配优化模型分别为:
式中,P为总能量转换效率;T
总为整车所需扭矩;N
i为电机实时转速;T
1、T
2分别为分配至前驱动电机、后驱动电机的扭矩;
为转速扭矩映射表中电机转速为N
i、扭矩为T
1所对应的电机能量转换效率值。
由于电动装载机的前后两驱动电机通常采用相同的电机,因此转速扭矩映射表可采用同一个,并事先对其中一个电机进行能量转换效率的标定,若采用不同电机,则可分别对两种电机进行能量转换效率的标定。电机在不同转速、不同扭矩下的能量转换效率值的标定方法可采用现有技术。结合图4的电机能量转换效率分布,转速扭矩映射表参考图5所示,其中记录了事先标定的电机在多个转速和多个扭矩下的能量转换效率。
为了使得扭矩分配达到的总能量转换效率更高,转速扭矩映射表应尽可能做到细致,不同扭矩以及不同转速的跨度间隔尽量小。
由于电机的特性决定:不同的扭矩和转速下,能量转换效率大小不同,为了保障较高的能量转换效率,本实施例方法根据实时转速为前后量电机分配符合较高总能量转换效率的转矩,进而分别对前后驱动电机执行控制。以下举例说明本发明方法的扭矩分配优化原理:
结合图4和图5,利用本发明中的扭矩分配优化模型,当整车需求扭矩为1700nm,实时转速为500rpm时,每个电机平均分配扭矩850nm可达到总能量转换效率最高。当整车所需扭矩为1700nm,实时转速为1000rpm时,每个电机平均分配850nm的能量转换效率为94.5%,如果一个1000nm,一个700nm,则效率高于95%。当整车所需扭矩为600nm,实时转速为1500rpm时,每个电机300rpm,效率89%,如果一个600nm,一个停机,效率就是95.5%。
此外,本发明的方法还可结合车辆实时工况进行扭矩分配,如后轮悬空,则可关闭后轮,不为其进行扭矩分配,实现更全面的能量转化效率提高。
而由于在不同的工况下,如某车轮打滑或悬空,因为前后驱动电机通过传动轴传动连接,故部分车轮的打滑或悬空会影响前后驱动电机的转速,此时根据实时转速调整扭矩分配即可优化总能量转换效率,因此可以看出,本实施例的方法能够适应各种不同的实时工况,保障电动装载机的能量转化效率和可靠性。
实施例2
本实施例介绍一种适用实施例1中电动装载机双行走电机驱动控制方法的电动装载机双行走电机驱动系统,参考图1,其包括前驱动电机4、后驱动电机9、前驱动电机控制器10、后驱动电机控制器11和整车控制器7;
前驱动电机传动连接前驱动桥2,后驱动电机驱动连接后驱动桥8,前驱动电机和后驱动电机的控制端分别对应连接前驱动电机控制器和后驱动电机控制器;所述前驱动电机控制器和后驱动电机控制器分别与整车控制器连接通信;
所述前驱动电机的输出轴与后驱动电机的输出轴之间通过一中间传动轴5传动连接。
以上,前驱动电机直接连接前驱动桥,或者通过前桥传动轴传动连接前驱动桥。同样的,后驱动电机可直接连接后驱动桥,或者通过一后桥传动轴传动连接后驱动桥。
本实施例在应用时,由于前后驱动电机之间通过中间传动轴传动连接,因此能够实现:当前/后轮抓地不足或悬空时,相应的前/后驱动电机的输出扭矩可通过中间传动轴传递至后/前轮,从而补偿因前/后轮抓地不足或悬空导致的动力损失,减小能耗,减少个别工况下的车轮打滑、动力不足等问题。
具体的,本实施例在应用时,由整车控制器发出整车需求扭矩信号给前驱动电机控制器和后驱动电机控制器。前驱动电机控制器驱动前驱动电机输出扭矩;后驱动电机控制器驱动后驱动电机输出扭矩。结合图1和图2所示,能够实现以下工况下的能耗及驱动效率优化:
电动装载机前轮与后轮同时着地时,前驱动电机与后驱动电机同时输出扭矩以驱动装载机行走。所输出的扭矩大小可由整车控制器分配,可相同或不同;
当后轮抓地力不足时,后驱动电机通过中间传动轴、前驱动电机、前驱动桥,把因后轮抓地力不足导致的动力损失补偿给前轮。此时装载机前后轮总输出扭矩不会因后轮抓地力不足而减小;
当前轮抓地力不足时,前驱动电机通过中间传动轴、后驱动电机、后驱动桥,把因前轮抓地力不足导致的动力损失补偿给后轮。此时装载机前后轮总输出扭矩不会因前轮抓地力不足而减小。
在铲装物料时导致后轮悬空时,后驱动电机通过中间传动轴、前驱动电机、前驱动桥,把因后轮悬空导致的后轮无法传递扭矩全部补偿给前轮。此时装载机前轮输出扭矩为:前驱动电机的扭矩+后驱动电机的扭矩,装载机总输出扭矩不会因后轮悬空而减小。
在铲装物料时导致前轮悬空时,前驱动电机通过中间传动轴、后驱动电机、后驱动桥,把因前轮悬空导致的后轮无法传递扭矩全部补偿给后轮。此时装载机前后轮输出:前驱动电机的扭矩+后驱动电机的扭矩,装载机总输出扭矩不会因前轮悬空而减小。
电动装载机双行走电机驱动系统还包括对应前驱动电机/前轮,和/或后驱动电机/后轮设置的转速传感器,转速传感器的信号输出端连接整车控制器。该设计使得系统能够支持:整车控制器根据实时转速,改变对前后驱动电机的需求扭矩分配,以适应实时工况,在减少能量损失的基础上提升综合能量转换效率。
转速传感器采用旋转变压器,前驱动电机和后驱动电机上分别安装一旋转变压器,旋转变压器的信号输出端连接相应的前驱动电机控制器或后驱动电机控制器,从而通过前驱动电机控制器或后驱动电机控制器,将转速信号传输至整车控制器。
本实施例中,整车控制器执行实施例1的电动装载机双行走电机驱动控制方法,将包括前轮驱动电机扭矩分配量和后轮驱动电机扭矩分配量的需求扭矩信号,分别传输至前驱动电机控制器和后驱动电机控制器,从而通过前驱动电机控制器和后驱动电机控制器分别对应控制前驱动电机和后驱动电机的运行。
实施例3
本实施例介绍另一种适用实施例1中电动装载机双行走电机驱动控制方法的电动装载机双行走电机驱动系统,与实施例2不同的是,本实施例系统不设置前驱动电机控制器和后驱动电机控制器,前后驱动电机皆由整车控制器进行扭矩分配和运行控制。也即,整车控制器执行实施例1的电动装载机双行走电机驱动控制方法,直接控制前驱动电机和后驱动电机的运行。
相比较实施例2,本实施例会使得整车控制器的计算负荷变大,因此实施例2为较优实施方式。
综上实施例,本发明可实现根据实时转速进行扭矩分配优化,并由整车控制器发出的转矩指令分别控制两台电机执行分配后的扭矩输出。同时,由于双电机同轴,则任一单电机可单独输出给所连驱动桥双倍电机扭矩,不但解决以往双行走电机不同轴造成的车轮打滑、动力不足问题,而且电机直驱,无变速箱、无减速器等齿轮传动结构,使得系统结构更简单、故障率更低,整体能量转换效率更高,降低整机的能耗,提高纯电动装载机的续航能力。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。