CN112721836B - 一种多轴混合动力车辆配电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种多轴混合动力车辆配电系统及方法，包括：高压交流配电子系统，高压直流配电子系统，低压直流配电子系统和机械连接子系统，所述高压直流配电子系统分别与高压交流配电子系统、低压直流配电子系统电连接，高压交流配电子系统与机械连接子系统电连接。本发明提供了一种整车底盘低压、高压的上电和下电的方式。为车辆的正常运行和可靠停机提供可靠保证。

Description

一种多轴混合动力车辆配电系统及方法

技术领域

本发明涉及多轴混合动力车辆技术领域，更具体的说是涉及一种多轴混合动力车辆配电系统及方法。

背景技术

随着世界各国对环境保护的措施越来越严格，对汽车尾气排放的标准也越来越严格，新能源汽车已成为未来的发展趋势，多轴混合动力车辆就是新能源汽车的一种，由于其节能环保的特点成为了各大车厂研究与开发的重点。研究多轴混合动力车辆的重点在于研究其配电系统，由于多轴混合动力车辆有高压电源和低压电源两套电源设备，多轴混合动力车辆的配电系统一方面需要根据车辆的运行状态和电源的电量储备合理配电，还要兼容高压电源向低压电源充电，同时为了车辆能够安全启动，还需要设定车辆的上下电顺序。所以如何实现多轴混合动力车辆的高压与低压的联系与分配，是我们亟待解决的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种多轴混合动力车辆配电系统及方法，提供了一种整车底盘低压、高压的上电和下电的方式。为车辆的正常运行和可靠停机提供可靠保证。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种多轴混合动力车辆配电系统，包括：高压交流配电子系统，高压直流配电子系统，低压直流配电子系统和机械连接子系统，所述高压直流配电子系统分别与高压交流配电子系统、低压直流配电子系统电连接，高压交流配电子系统与机械连接子系统电连接。

高压直流配电子系统包括：高压配电箱、桥驱控制器、电池箱、DCDC电源模块、空调、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、智能动力单元、上装接口和充电接口，所述高压配电箱分别与桥驱控制器、电池箱、DCDC电源模块、空调、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、智能动力单元、上装接口和充电接口电连接。

进一步，高压交流配电子系统包括转向驱动电机，所述转向驱动电机分别与桥驱控制器、机械连接子系统电连接。

进一步，低压直流配电子系统包括低压配电盒、低压蓄电池、保险盒、钥匙开关、上装低压接口、散热风扇、散热水泵、驾驶室配电盒；所述低压配电盒分别与低压蓄电池，保险盒，钥匙开关电连接，保险盒分别与DCDC电源模块、上装低压接口，散热风扇，散热水泵、驾驶室配电盒电连接。

进一步，机械连接子系统包括差速器和驱动桥，所述差速器分别与转向驱动电机、驱动桥电连接；所述桥驱控制器用于接收多轴混合动力车辆的驱动主控制器向驱动桥发送的表征扭矩分配信息的第一信号；转向驱动电机根据桥驱控制器的控制信号调节转速和扭矩，并通过所述差速器将动力传给多轴混合动力车辆的驱动轮。

进一步，桥驱控制器通过第一网段与多轴混合动力车辆的驱动主控制器信号连接；所述驱动主控制器、高压配电箱、智能动力单元、多轴混合动力车辆的BMS控制器分别通过第二网段与多轴混合动力车辆的VCU控制器信号连接；所述VCU控制器通过第三网段分别与DCDC电源模块、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、多轴混合动力车辆的仪表、多轴混合动力车辆的转向ECU、多轴混合动力车辆的ABSECU、多轴混合动力车辆的悬挂ECU、多轴混合动力车辆的综合显控模块信号连接；所述仪表通过第四网段与多轴混合动力车辆的车身控制器信号连接。

进一步，高压配电箱接收所述VCU控制器发送的表征继电器开启或关闭的第二信号；所述智能动力单元接收所述BMS控制器发送的表征补充或消耗能量的第三信号，将能量经高压配电箱传递给电池箱进行充电，或将桥区控制器产生的能量转换为热量消耗；所述VCU控制器和智能动力单元接收所述BMS控制器向第二网段发送表征电池信息的第四信号，用于控制整车能量分配和流动。

相应的，本发明还公开了一种多轴混合动力车辆配电方法，包括：上电策略和下电策略。

上电策略包括：

低压配电盒的电源总开关闭合，低压配电盒将低压蓄电池通过保险盒分别为驾驶室配电盒、散热风扇、散热水泵供电；驾驶室配电盒将电源分配给预设控制器。

钥匙开关打到ON档，驾驶室配电盒将激活信号分配给多轴混合动力车辆的预设控制器；其中，多轴混合动力车辆的VCU控制器得到信号后，驾驶室配电盒将激活信号分配给多轴混合动力车辆的VCU控制器控制的每个控制器。

钥匙开关打到START档，多轴混合动力车辆的车身控制器获得启动信号，所述车身控制器向第四网段发送表征启动信息的第五信号，仪表接收第五信号通过第三网段发给所述VCU控制器，所述VCU控制器通过第二网段向高压配电箱发送表征预充命令的第六信号，预充成功后，高压配电箱向VCU控制器发送表征预充成功的第七信号，VCU控制器接收到第七信号后，向高压配电箱发送表征继电器开启或关闭的第二信号，高压配电箱接收到第二信号将电池箱的能量通过高压线分配给桥驱控制器、DCDC电源模块、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、上装接口和空调，此时上电完成，进入待机状态。

进一步，下电策略包括：

钥匙开关ON档关闭，所述VCU控制器丢失激活信号后停止输出信号，驾驶室配电盒无激活信号分配所述预设控制器。

多轴混合动力车辆的BMS控制器丢失激活信号后向第二网段发送表征进入待下电状态的第八信号，所述VCU控制器接收到第八信号后，向第二网段发送表征关机指令的第九信号，多轴混合动力车辆的驱动主控制器和智能动力单元接收到第九信号进行关机动作；关机完成后，所述VCU控制器向高压配电箱发送表征下电状态的第十信号，高压配电箱接收第十信号后关断各路高压线路；电源总开关关闭，至此整车底盘完全下电。

对比现有技术，本发明有益效果在于：本发明提供一种多轴混合动力车辆配电系统及方法，系统采用模块式结构，每个驱动桥采用相同的配电方式，可根据车辆驱动桥的数量进行增加或减少配电模块。满足不同的载重和越野需求。多轴混合动力车辆的车身控制器通过与多个用于信号传输的网段的连接，对各网段内的控制器发送和接收控制信号，提供了一种整车底盘低压、高压的上电和下电的方式。为车辆的正常运行和可靠停机提供可靠保证。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

附图1是本发明的系统结构图。

附图2是本发明的信号传输示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出说明。

本发明基于多轴混合动力车辆，多轴混合动力车辆内设有车身控制器、驱动主控制器、BMS控制器、VCU控制器、仪表、转向ECU、ABS ECU、悬挂ECU、综合显控模块。

VCU控制器用于计算整车扭矩并实现各网段节点通讯。VCU控制器根据油门踏板开度、制动踏板开度、当前驱动电机转速、车速等信息进行总扭矩计算。将第二网段和第三网段不同的通讯速率下的节点实现数据共享。

驱动主控制器用于各驱动电机扭矩分配。驱动主控制器根据扭矩需求和系统效率确定电机开启个数和单桥驱动电机扭矩分配，能够实现制动工况下的制动能量回收管理，并且能协调制动能量回收过程中电机制动、ABS系统及机械制动之间的关系，保证制动安全。

BMS控制器用于监控电池系统状态。BMS控制器实时监控电池单体最低、最高电压、温度、故障和绝缘情况。

仪表用于监控车身控制器信号。仪表主要功能包括车辆故障报警提示、工作指示、网关和监控车身控制模块信号。

车身控制器用于实现车辆的灯光、雨刮器、喇叭等设备的控制。

转向ECU用于控制整车转向系统。

ABS ECU用于缩短和优化制动距离。ABS ECU在制动期间监视和控制车辆速度，防止由于制动力过大造成的车轮抱死(尤其是在光滑的路面上)，从而使得即使全制动也能维持横向牵引力，保证了驾驶的稳定性和车辆的转向控制性和制动协调性的最佳效果。同时保证了可利用的轮胎和路面之间的制动摩擦力以及车辆减速度和制动距离的最优化。

悬挂ECU用于调整车姿状态。

综合显控模块用于显示底盘各系统状态数据。综合显控模块安装于车辆驾驶舱内实现了底盘、转向、悬架和驾驶感知设备的基本状态信息与故障信息的显示，并为驾驶员提供便捷的控制操作接口。

在上述基础上，如图1所示，本实施例提供了一种多轴混合动力车辆配电系统，包括：高压交流配电子系统，高压直流配电子系统，低压直流配电子系统和机械连接子系统，所述高压直流配电子系统分别与高压交流配电子系统、低压直流配电子系统电连接，高压交流配电子系统与机械连接子系统电连接。

1、高压直流配电子系统包括：高压配电箱、桥驱控制器、电池箱、DCDC电源模块、空调、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、智能动力单元、上装接口和充电接口，所述高压配电箱分别与桥驱控制器、电池箱、DCDC电源模块、空调、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、智能动力单元、上装接口和充电接口电连接。

其中，电池箱用于整车存储能量和提供能量。充电接口用于给电池箱充电。上装接口用于给上装设备提供高压直流能量。高压配电箱用于整车高压直流能量分配，每个高压配电箱采用相同的硬件设备，接口设计，可完全互换。根据VCU控制器的指令控制对高压设备进行配电，可监控各路高压设备的的电压值、通断情况和故障情况。

桥驱控制器能够根据整车扭矩需求对永磁驱动电机的输出扭矩进行实时调节，每个桥驱控制器具备较强的“带故”工作能力，在非致命性故障情况下，允许部分性能降低。

DCDC电源模块采用能够将高压直流电转换为低压直流电的DC/DC转换器，每个DC/DC转换器输入电压范围为200—750Vdc，通过强制风冷散热，具有输入过欠压告警与保护、输出过流告警与保护、输出过压保护、输出短路保护、过温保护以及CAN通讯功能。

气泵DCAC电源模块能够将高压直流电转换为高压交流电，气泵DCAC电源模块用于为电动空气压缩机提供能量，保证制动系统所需气压。

转向液压泵DCAC电源模块能够将高压直流电转换为高压交流电，转向液压泵DCAC电源模块用于为电动转向液压泵提供能量，保证转向系统所需油压。

悬架液压泵DCAC电源模块能够将高压直流电转换为高压交流电，悬挂液压泵DC/AC转换器用于为电动悬挂液压泵提供能量，保证主动悬挂系统所需油压。

智能动力单元为车辆运行提供能量，智能动力单元在正常行驶时为整车提供能量并根据储能单元SOC水平为储能单元补充电能；车辆制动时，作为耗功单元，消耗部分制动能量，以减少机械制动热负荷，提高长坡制动安全性。

2、高压交流配电子系统包括转向驱动电机，所述转向驱动电机分别与桥驱控制器、机械连接子系统电连接。转向驱动电机采用用于提供整车驱动扭矩的永磁驱动电机，每个永磁驱动电机能够实现正反旋转且性能无差别。

3、低压直流配电子系统包括低压配电盒、低压蓄电池、保险盒、钥匙开关、上装低压接口、散热风扇、散热水泵、驾驶室配电盒；所述低压配电盒分别与低压蓄电池，保险盒，钥匙开关电连接，保险盒分别与DCDC电源模块、上装低压接口，散热风扇，散热水泵、驾驶室配电盒电连接。

其中，低压蓄电池为整车提供稳压电源，低压蓄电池为各控制器提供预充能量，保证整车上高压后顺利运行，正常行驶过程中吸收低压系统突变电流，保证低压系统电压稳定。

低压配电盒用于低压蓄电池和DCDC电源模块的低压直流能量分配，低压配电盒为DCDC电源模块、各驱动桥的散热风扇和散热水泵配电，模块化和集成化较高，其电器零部件便于更换。

保险盒用于整车低压系统过流和短路保护。散热风扇用于各桥控制模块散热的和液压系统散热。散热水泵用于各桥驱动电机冷却系统。上装低压接口用于给上装设备提供低压直流能量。空调用于给驾驶室提供温度调节。钥匙开关用于控制整车上、下电。

4、机械连接子系统包括差速器和驱动桥，所述差速器分别与转向驱动电机、驱动桥电连接；所述桥驱控制器用于接收驱动主控制器向驱动桥发送的表征扭矩分配信息的第一信号；转向驱动电机根据桥驱控制器的控制信号调节转速和扭矩，并通过所述差速器将动力传给多轴混合动力车辆的驱动轮。

差速器通过机械结构根据不同形式工作实时调整左右车辆扭矩和转速，实现转向和脱困等功能。

如图2所示，本实施例提出的多轴混合动力车辆配电系统采用四个网段实现各系统组件的信号传输。具体为：

桥驱控制器通过第一网段与驱动主控制器信号连接；驱动主控制器、高压配电箱、智能动力单元、BMS控制器分别通过第二网段与VCU控制器信号连接；VCU控制器通过第三网段分别与DCDC电源模块、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、仪表、转向ECU、ABS ECU、悬挂ECU、综合显控模块信号连接；仪表通过第四网段与车身控制器信号连接，车身控制器与钥匙开关信号连接。

其中，高压配电箱接收VCU控制器发送的表征继电器开启或关闭的第二信号；智能动力单元接收BMS控制器发送的表征补充或消耗能量的第三信号，将能量经高压配电箱传递给电池箱进行充电，或将桥区控制器产生的能量转换为热量消耗；VCU控制器和智能动力单元接收BMS控制器向第二网段发送表征电池信息的第四信号，用于控制整车能量分配和流动。

相应的，本发明还公开了一种多轴混合动力车辆配电方法，包括：

上电策略包括：

低压配电盒的电源总开关闭合，低压配电盒将低压蓄电池通过保险盒分别为驾驶室配电盒、散热风扇、散热水泵供电；驾驶室配电盒将电源分配给各控制器。

钥匙开关打到ON档，驾驶室配电盒将激活信号分配给相连的控制器；其中，VCU控制器得到信号后进行自检，自检完成后输出信号激活其控制的每个控制器。

钥匙开关打到START档，车身控制器获得启动信号，车身控制器向第四网段发送表征启动信息的第五信号，仪表接收第五信号通过第三网段发给VCU控制器，VCU控制器通过第二网段向各高压配电箱发送表征预充命令的第六信号。预充成功后，高压配电箱向VCU控制器发送表征预充成功的第七信号，VCU控制器接收到第七信号后，向各高压配电箱发送表征继电器开启或关闭的第二信号，各高压配电箱接收到第二信号将电池箱的能量通过高压线分配给桥驱控制器、DCDC电源模块、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、上装接口和空调，此时上电完成，进入待机状态。在此过程中，任何过程失败都会进入故障模式，上电策略退出。

下电策略包括：

钥匙开关ON档关闭，VCU控制器丢失激活信号后停止输出信号，驾驶室配电盒无激活信号分配给相连的控制器。

BMS控制器丢失激活信号后向第二网段发送表征进入待下电状态的第八信号，VCU控制器接收到第八信号后，向第二网段发送表征关机指令的第九信号，驱动主控制器和智能动力单元接收到第九信号进行关机动作；关机完成后，VCU控制器向高压配电箱发送表征下电状态的第十信号，高压配电箱接收第十信号后关断各路高压线路。在此过程中，任何过程失败都会进入故障模式，下电策略退出。

最后，电源总开关关闭，至此整车底盘完全下电。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中如U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，包括若干指令用以使得一台计算机终端(可以是个人计算机，服务器，或者第二终端、网络终端等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于终端实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。

同理，在本发明各个实施例中的各处理单元可以集成在一个功能模块中，也可以是各个处理单元物理存在，也可以两个或两个以上处理单元集成在一个功能模块中。

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

Claims (3)

1.一种多轴混合动力车辆配电系统，其特征在于，包括：高压交流配电子系统，高压直流配电子系统，低压直流配电子系统和机械连接子系统，所述高压直流配电子系统分别与高压交流配电子系统、低压直流配电子系统电连接，高压交流配电子系统与机械连接子系统电连接；

所述高压直流配电子系统包括：高压配电箱、桥驱控制器、电池箱、DCDC电源模块、空调、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、智能动力单元、上装接口和充电接口，所述高压配电箱分别与桥驱控制器、电池箱、DCDC电源模块、空调、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、智能动力单元、上装接口和充电接口电连接；

所述高压交流配电子系统包括转向驱动电机，所述转向驱动电机分别与桥驱控制器、机械连接子系统电连接；

所述低压直流配电子系统包括低压配电盒、低压蓄电池、保险盒、钥匙开关、上装低压接口、散热风扇、散热水泵、驾驶室配电盒；所述低压配电盒分别与低压蓄电池，保险盒，钥匙开关电连接，保险盒分别与DCDC电源模块、上装低压接口，散热风扇，散热水泵、驾驶室配电盒电连接；

所述机械连接子系统包括差速器和驱动桥，所述差速器分别与转向驱动电机、驱动桥电连接；所述桥驱控制器用于接收多轴混合动力车辆的驱动主控制器向驱动桥发送的表征扭矩分配信息的第一信号；转向驱动电机根据桥驱控制器的控制信号调节转速和扭矩，并通过所述差速器将动力传给多轴混合动力车辆的驱动轮；

所述桥驱控制器通过第一网段与多轴混合动力车辆的驱动主控制器信号连接；所述驱动主控制器、高压配电箱、智能动力单元、多轴混合动力车辆的BMS控制器分别通过第二网段与多轴混合动力车辆的VCU控制器信号连接；所述VCU控制器通过第三网段分别与DCDC电源模块、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、多轴混合动力车辆的仪表、多轴混合动力车辆的转向ECU、多轴混合动力车辆的ABS ECU、多轴混合动力车辆的悬挂ECU、多轴混合动力车辆的综合显控模块信号连接；所述仪表通过第四网段与多轴混合动力车辆的车身控制器信号连接；

所述高压配电箱接收所述VCU控制器发送的表征继电器开启或关闭的第二信号；所述智能动力单元接收所述BMS控制器发送的表征补充或消耗能量的第三信号，将能量经高压配电箱传递给电池箱进行充电，或将桥区控制器产生的能量转换为热量消耗；所述VCU控制器和智能动力单元接收所述BMS控制器向第二网段发送表征电池信息的第四信号，用于控制整车能量分配和流动。

2.一种用于权利要求1所述的多轴混合动力车辆配电系统的多轴混合动力车辆配电方法，其特征在于，包括：上电策略和下电策略；所述上电策略包括：

低压配电盒的电源总开关闭合，低压配电盒将低压蓄电池通过保险盒分别为驾驶室配电盒、散热风扇、散热水泵供电；驾驶室配电盒将电源分配给预设控制器；

钥匙开关打到ON档，驾驶室配电盒将激活信号分配给多轴混合动力车辆的预设控制器；其中，多轴混合动力车辆的VCU控制器得到信号后，驾驶室配电盒将激活信号分配给多轴混合动力车辆的VCU控制器控制的每个控制器；钥匙开关打到START档，多轴混合动力车辆的车身控制器获得启动信号，所述车身控制器向第四网段发送表征启动信息的第五信号，仪表接收第五信号通过第三网段发给所述VCU控制器，所述VCU控制器通过第二网段向高压配电箱发送表征预充命令的第六信号，预充成功后，高压配电箱向VCU控制器发送表征预充成功的第七信号，VCU控制器接收到第七信号后，向高压配电箱发送表征继电器开启或关闭的第二信号，高压配电箱接收到第二信号后，将电池箱的能量通过高压线分配给桥驱控制器、DCDC电源模块、气泵DCAC电源模块、转向液压泵DCAC电源模块、悬架液压泵DCAC电源模块、上装接口和空调，此时上电完成，进入待机状态。

3.根据权利要求2所述的多轴混合动力车辆配电方法，其特征在于，所述下电策略包括：

钥匙开关ON档关闭，所述VCU控制器丢失激活信号后停止输出信号，驾驶室配电盒无激活信号分配所述预设控制器；

多轴混合动力车辆的BMS控制器丢失激活信号后向第二网段发送表征进入待下电状态的第八信号，所述VCU控制器接收到第八信号后，向第二网段发送表征关机指令的第九信号，多轴混合动力车辆的驱动主控制器和智能动力单元接收到第九信号进行关机动作；关机完成后，所述VCU控制器向高压配电箱发送表征下电状态的第十信号，高压配电箱接收第十信号后关断各路高压线路；

电源总开关关闭，至此整车底盘完全下电。

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