CN114562363A - 一种轮胎压路机混合动力系统、驱动方法及轮胎压路机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轮胎压路机技术领域的一种轮胎压路机混合动力系统、驱动方法及轮胎压路机，包括增程器，所述增程器包括发动机和FISG发电机，FISG发电机与发动机连接；主控制器，所述主控制器与发动机连接；FISG发电机控制器，所述FISG发电机控制器与FISG发电机连接；通过主控制器在不同的工况下采集发动机、FISG发电机控制器、PDU整机高压配电箱、驱动电机控制器和BMS电池控制器的参数信息，并计算压路机的运行消耗功率判断整机的负载情况，根据当前压路机所处的工况，对各个部件进行调控，在提高传动效率的同时，提高整机续航能力，解决了当前大功率柴油轮胎压路机污染严重，传动效率低下且纯电驱动轮胎压路机续航能力不理想的问题。

Description

一种轮胎压路机混合动力系统、驱动方法及轮胎压路机
技术领域
本发明涉及一种轮胎压路机混合动力系统、驱动方法及轮胎压路机，属于轮胎压路机技术领域。
背景技术
目前，非道路移动机械设备需要发动机作为动力源，多数为大功率柴油发动机，消耗柴油并排出废气，对环境造成污染，传动效率低，通常按照各国家地区排放法规，发动机需要达到一定的排放要求，但会消耗更多的柴油或者尿素等其他材料，最终还是会对环境造成不同程度的污染，为了降低污染，一些机械设备被设计为纯电驱动，不需要发动机的动力驱动、传动方式，无废气排放、无噪声污染的绿色环保动力驱动方式，但是，受制于目前纯电驱动的方式，压路机不具备理想的续航能力，无法完成长时间连续作业的任务。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种轮胎压路机混合动力系统、驱动方法及轮胎压路机，解决当前大功率柴油轮胎压路机污染严重，传动效率低，纯电驱动轮胎压路机续航能力不理想的问题。
为达到上述目的/为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，一种轮胎压路机混合动力系统，包括增程器，所述增程器包括发动机和FISG发电机，FISG发电机与发动机连接，FISG发电机用于将发动机输出的机械能转化为电能；
主控制器，所述主控制器与发动机连接；
FISG发电机控制器，所述FISG发电机控制器与FISG发电机连接，用于控制FISG发电机的输出功率，FISG发电机控制器与主控制器连接；
PDU整机高压配电箱，用于对高压配电进行管理，所述PDU整机高压配电箱分别与FISG发电机控制器和主控制器连接；PDU整机高压配电箱还连接有第一驱动电机控制器和第二驱动电机控制器，所述第一驱动电机控制器和第二驱动电机控制器分别与主控制器连接；
BMS电池控制器，所述BMS电池控制器与主控制器连接，BMS电池控制器分别连接有电池高压箱和动力电池组，所述电池高压箱分别与动力电池组和PDU整机高压配电箱连接；
所述主控制器，用于控制发动机、FISG发电机控制器、PDU整机高压配电箱、第一驱动电机控制器、第二驱动电机控制器和BMS电池控制器的运行并采集各个部件的参数信息，计算并判断压路机运行消耗功率。
可选地，所述PDU整机高压配电箱连接有DCDC车载变压器，所述DCDC车载变压器用于将来自PDU整机高压配电箱的高压直流电转化为低压直流电，并将低压直流电输出至压路机上的低压元器件。
可选地，所述动力电池组上设有电池散热器，所述电池散热器与BMS电池控制器连接。
可选地，所述电池高压箱连接有车载充电器，所述车载充电器设有充电口，当压路机长期放置未运行，会存在动力电池组亏电现象，可通过车载充电器对动力电池组进行充电。
可选地，所述第一驱动电机控制器连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机连接有第一驱动桥，所述第一驱动桥连接有第一后轮，所述第二驱动电机控制器连接有第二驱动电机，所述第二驱动电机连接有第二驱动桥，所述第二驱动桥连接有第二后轮。
可选地，所述动力电池组具有电池使用下限状态，所述电池使用下限状态为电池电量不足30%。
第二方面，一种轮胎压路机混合动力驱动方法，包括如下步骤：
采集发动机、FISG发电机控制器、PDU整机高压配电箱、第一驱动电机控制器、第二驱动电机控制器和BMS电池控制器的参数信息；
主控制器计算压路机运行消耗功率；
根据计算结果判断压路机是否处于低负载工况、高负载工况和电量不足工况；
主控制器依据压路机所处的工况，对被采集参数的各个部件进行调控，确保压路机在各个工况下能够正常运行。
可选地，所述低负载工况为压路机在平坦路面往复运行压实作业，压路机受到的阻力小，负载恒定，电池电量充足。
可选地，所述高负载工况为压路机在起步阶段、上坡段作业和高速运转时，阻力大，负载增大，电池电量充足。
第三方面，一种轮胎压路机，包括第一方面所述的轮胎压路机混合动力系统。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明通过主控制器，在不同的工况下采集发动机、FISG发电机控制器、PDU整机高压配电箱、第一驱动电机控制器、第二驱动电机控制器和BMS电池控制器的参数信息，并计算压路机的运行消耗功率判断整机的负载情况，根据当前压路机所处的工况，对各个部件进行调控，减小发动机功率的输出，在提高传动效率的同时，提高整机续航能力，解决了当前大功率柴油轮胎压路机污染严重，传动效率低下且纯电驱动轮胎压路机续航能力不理想的问题。
附图说明
图1是本发明的架构示意图；
图2是本发明的架构示意图。
图中：1、发动机；2、FISG发电机；3、FISG发电机控制器；4、PDU整机高压配电箱；5、DCDC车载变压器；6、第一驱动电机控制器；601、第一驱动电机；602、第一驱动桥；603、第一后轮；7、第二驱动电机控制器；701、第二驱动电机；702、第二驱动桥；703、第二后轮；8、BMS电池控制器；9、电池高压箱；10、动力电池组；11、电池散热器；12、车载充电器；13、充电口；14、主控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1和图2所示，一种轮胎压路机混合动力系统，包括增程器、主控制器14、FISG发电机控制器3、PDU整机高压配电箱4和BMS电池控制器8；
增程器包括发动机1和FISG发电机2，FISG发电机2与发动机1连接，具体的，FISG发电机2的转子组件集成在发动机1飞轮上，FISG发电机2的定子组件集成在发动机1飞轮壳上，FISG发电机2用于将发动机1输出的机械能转化为电能；主控制器14与发动机1通过控制线路连接，发动机1能够根据主控制器14的指令输出适当的功率；
FISG发电机控制器3通过高压电线分别与FISG发电机2、PDU整机高压配电箱4连接，FISG发电机控制器3接收FISG发电机2的高压交流电，并将之转化为高压直流电，传递给PDU整机高压配电箱4，同时FISG发电机控制器3能够检测FISG发电机2的输出功率等参数，并可以控制FISG发电机2的输出功率；FISG发电机控制器3通过电气线路与主机控制器连接，将FISG发电机2的输出功率等参数传递给主控制器14，并接收来自主控制器14对FISG发电机2输出功率大小调节的指令；
PDU整机高压配电箱4还连接有第一驱动电机控制器6和第二驱动电机控制器7，PDU整机高压配电箱4通过高压电线分别与第一驱动电机控制器6以及第二驱动电机控制器7连接；第一驱动电机控制器6通过高压电线连接有第一驱动电机601，第一驱动电机601外设有第一驱动桥602，第一驱动电机601安装于第一驱动桥602上，第一驱动桥602上安装有第一后轮603；第二驱动电机控制器7通过高压电线连接有第二驱动电机701，第二驱动电机701外设有第二驱动桥702，第二驱动电机701安装于第二驱动桥702上，第二驱动桥702上安装有第二后轮703；第一驱动电机控制器6和第二驱动电机控制器7分别与主控制器14通过控制线路连接；驱动电机控制器接收来自PDU整机高压配电箱4的高压直流电，并转化为高压交流电，传输给驱动电机，驱动电机控制器也能够接收来自主控制器14的命令实现对驱动电机的转速、转矩控制，对电机内部的温度、转速等参数进行采集传输，同时可实现对电机的保护（过流、过压、温度、超速等），并具有主动放电和驻坡等功能；
PDU整机高压配电箱4通过高压电线连接有DCDC车载变压器5，DCDC车载变压器5接收来自PDU整机高压配电箱4的高压直流电，将其转化为低压直流电，并将低压直流电输出至压路机上的低压元器件，例如：空调、洒水泵、车灯、电推杆、低压蓄电池等；
PDU整机高压配电箱4具有电流、电压采集，过流、过压、过温保护功能，用于对高压配电进行管理，PDU整机高压配电箱4通过控制线路与主控制器14连接，可以根据主控制器14的指令与FISG发电机控制器3、DCDC车载变压器5、电池高压箱9、驱动电机控制器进行高压直流的能量传输，并将这些部件的运行参数传递给主控制器14；
BMS电池控制器8与主控制器14通过控制线路连接，在主控制器14的指令下工作，并向其传输数据；BMS电池控制器8通过控制线路分别连接有电池高压箱9和动力电池组10，电池高压箱9通过高压电线分别与动力电池组10和PDU整机高压配电箱4连接，实现能量传输，电池高压箱9根据BMS电池控制器8指令工作并向其传输工作参数；动力电池组10具有电池使用下限状态，电池使用下限状态为电池电量不足30%，动力电池组10上安装有电池散热器11，电池散热器11与BMS电池控制器8通过控制线路连接，实现温度控制；电池高压箱9通过高压电线连接有车载充电器12，车载充电器12安装有充电口13，当压路机长期放置未运行，会存在动力电池组10亏电现象，可通过车载充电器12连接外界高压充电桩对动力电池组10进行充电；
主控制器14为HCU整机控制器，能够控制发动机1、FISG发电机控制器3、PDU整机高压配电箱4、第一驱动电机控制器6、第二驱动电机控制器7和BMS电池控制器8的运行并采集各个部件的参数信息，计算并判断压路机运行消耗功率。
实施例二
一种轮胎压路机混合动力驱动方法，包括如下步骤：
采集发动机1、FISG发电机控制器3、PDU整机高压配电箱4、第一驱动电机控制器6、第二驱动电机控制器7和BMS电池控制器8的参数信息；
主控制器14计算压路机运行消耗功率；
根据计算结果判断压路机是否处于低负载工况、高负载工况和电量不足工况；低负载工况为压路机在平坦路面往复运行压实作业，压路机受到的阻力小，负载恒定，电池电量充足；高负载工况为压路机在起步阶段、上坡段作业和高速运转时，阻力大，负载增大，电池电量充足；
主控制器14依据压路机所处的工况，对被采集参数的各个部件进行调控，确保压路机在各个工况下能够正常运行；
低负载工况：主控制器14通过控制线路分别采集发动机1、FISG发电机控制器3、PDU整机高压配电箱4、驱动电机控制器、BMS电池控制器8各部件的参数信息，并发出指令，协调以上各部件运行，此时通过计算判断压路机运行消耗功率低；
发动机1接收主控制器14的指令运行，在最佳油耗区转速范围内工作，输出较低的功率，为FISG发电机2提供动力；FISG发电机2接收来自发动机1的动力，向FISG发电机控制器3输出高压交流电，FISG发电机2输出功率的大小受FISG发电机控制器3控制，此时输出功率水平较低；FISG发电机控制器3接收主控制器14的指令，控制FISG发电机2输出较低的功率，FISG发电机控制器3接收来自FISG发电机2的高压交流电，并将其转化为高压直流电，输送给PDU整机高压配电箱4；PDU整机高压配电箱4根据主控制器14的指令，接收来自FISG发电机控制器3的高压直流电，分别输送给第一驱动电机控制器6和第二驱动电机控制器7；第一驱动电机控制器6和第二驱动电机控制器7根据主控制器14的指令，接收来自PDU整机高压配电箱4的高压直流电，并转化为高压交流电，分别输送给第一驱动电机601和第二驱动电机701，主控制器14可根据工况计算，分别向第一驱动电机控制器6和第二驱动电机控制器7发送指令，分别控制两个驱动电机控制器的输出功率和转速，第一驱动电机601和第二驱动电机701分别接收来自第一驱动电机控制器6和第二驱动电机控制器7的高压交流电，将电能转化为机械能，分别驱动第一驱动桥602和第二驱动桥702，第一驱动桥602和第二驱动桥702分别接收来自第一驱动电机601和第二驱动电机701的机械能，减速增扭，分别提供给第一后轮603和第二后轮703，两个后轮分别接收来自驱动桥的机械能，驱动压路机运行，两个后轮分别克服不同的负载，并实现差速；由于压路机在平坦路面往复运行，换向行驶时需要减速制动，第一驱动电机601和第二驱动电机701进行减速制动，此时驱动电机提供反向驱动扭矩实现制动，第一驱动电机601和第二驱动电机701作为发电机使用，即吸收来自后轮传递给驱动桥的机械能，转化为电能，传递给驱动电机控制器，再经PDU整机高压配电箱4、电池高压箱9传递给动力电池，给电池充电，实现能量的回收储存；
同时，压路机运行过程中，如遇到其它低压元器件工作，例如空调、洒水泵、车灯、电推杆、低压蓄电池等，DCDC车载变压器5可在其它整机控制器的控制下提供低压直流电，电能来自于PDU整机高压配电箱4。
高负载工况：发动机1、FISG发电机2、FISG发电机控制器3工作状态与前述低负载工况相同；
主控制器14向PDU整机高压配电箱4和BMS电池控制器8分别发出指令，由动力电池、电池高压箱9向PDU整机高压配电箱4输出高压直流电；BMS电池控制器8对电池高压箱9、动力电池组10、电池散热器11分别控制；电池高压箱9接收BMS电池控制器8的指令，控制动力电池组10输出功率；动力电池组10受电池高压箱9的控制，并向其输出功率，并将动力电池组10的运行参数传输给BMS电池控制器8；电池散热器11接收BMS电池控制器8的指令，对动力电池组10进行温度调节，以维持电池组的正常运行；PDU整机高压配电箱4接收来自主控制器14的指令，分别接收来自FISG发电机控制器3和电池高压箱9的高压直流电，分别向第一驱动电机控制器6和第二驱动电机控制器7输出高压直流电，输出的功率是FISG发电机控制器3和电池高压箱9输出功率的总和；两个驱动电机控制器分别接收来自PDU整机高压配电箱4的高压直流电，再转换、传递至驱动电机，驱动桥，后轮，传递方式与前述低负载工况相同，使压路机获得较大的功率，满足压路机运行要求；
如果此时主控制器14通过计算判断压路机运行消耗功率仍然不够，则进行如下调整：
主控制器14向发动机1发出指令，发动机1提高转速，输出功率增大，发动机1、FISG发电机2、FISG发电机控制器3均增大输出功率；主控制器14向BMS电池控制器8发出指令，由电池高压箱9向PDU整机高压配电箱4输出高压直流电，动力电池、电池高压箱9向PDU整机高压配电箱4输出高压直流电，PDU整机高压配电箱4接收来自主控制器14的指令，分别接收来自FISG发电机控制器3和电池高压箱9的高压直流电，分别向驱动电机控制器输出高压直流电，输出的功率是FISG发电机控制器3和电池高压箱9输出功率的总和；通过主控制器14对各部件的控制调整，直至满足整机所需功率。
电量不足工况：
当主控制器14判断压路机运行消耗功率水平低，此时动力电池组10的电量大于30%，但电池需要充电时：主控制器14向发动机1发出指令，发动机1接收主控制器14的指令运行，在最佳油耗区转速范围内工作，输出较低的功率，为FISG发电机2提供动力；发动机1、FISG发电机2、FISG发电机控制器3工作状态与前述工况一相同，仍然输出较低功率；主控制器14向PDU整机高压配电箱4发出指令，接收来自FISG发电机控制器3的功率，并由PDU整机高压配电箱4输出高压直流电，分别输送至电池高压箱9和驱动电机控制器；驱动电机控制器根据主控制器14的指令，接收来自PDU整机高压配电箱4的高压直流电，并将能量传递至驱动电机，驱动桥，后轮，维持压路机运行作业；
主控制器14向BMS电池控制器8发出指令，控制电池高压箱9和动力电池，给动力电池充电；电池高压箱9接收BMS电池控制器8的指令，接收来自PDU整机高压配电箱4的高压直流电，并将能量传递给动力电池；动力电池受电池高压箱9的控制，接收来自电池高压箱9的高压直流电，实现充电，并将运行参数传输给BMS电池控制器8；
当主控制器14判断压路机运行消耗功率水平高，此时动力电池组10的电量大于30%，但电池需要充电时：主控制器14发出指令，控制发动机1、FISG发电机2、FISG发电机控制器3输出较低功率，PDU整机高压配电箱4只向第一驱动电机控制器6和第二驱动电机控制器7输出功率，而暂时不给电池高压箱9、动力电池充电，此时，发动机1输出功率只提供整机工作作业；
当主控制器14判断压路机运行消耗功率水平高，此时动力电池组10的电量小于30%，但电池需要充电时：此时由主控制器14发出指令，发动机1提高转速，输出功率增大；发动机1、FISG发电机2、FISG发电机控制器3均输出大功率，传递给PDU整机高压配电箱4；PDU整机高压配电箱4向第一驱动电机控制器6、第二驱动电机控制器7和电池高压箱9同时输出功率； BMS电池控制器8控制电池高压箱9给动力电池组10充电，此时，发动机1输出功率既提供整机工作作业，又给动力电池组10充电。
实施例三
一种轮胎压路机，包括实施例一所述的轮胎压路机混合动力系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轮胎压路机混合动力系统，其特征在于，包括增程器，所述增程器包括发动机和FISG发电机，FISG发电机与发动机连接，FISG发电机用于将发动机输出的机械能转化为电能；
主控制器，所述主控制器与发动机连接；
FISG发电机控制器，所述FISG发电机控制器与FISG发电机连接，用于控制FISG发电机的输出功率，FISG发电机控制器与主控制器连接；
PDU整机高压配电箱，用于对高压配电进行管理，所述PDU整机高压配电箱分别与FISG发电机控制器和主控制器连接；PDU整机高压配电箱还连接有第一驱动电机控制器和第二驱动电机控制器，所述第一驱动电机控制器和第二驱动电机控制器分别与主控制器连接；
BMS电池控制器，所述BMS电池控制器与主控制器连接，BMS电池控制器分别连接有电池高压箱和动力电池组，所述电池高压箱分别与动力电池组和PDU整机高压配电箱连接；
所述主控制器，用于控制发动机、FISG发电机控制器、PDU整机高压配电箱、第一驱动电机控制器、第二驱动电机控制器和BMS电池控制器的运行并采集各个部件的参数信息，计算并判断压路机运行消耗功率。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎压路机混合动力系统，其特征在于，所述PDU整机高压配电箱连接有DCDC车载变压器，所述DCDC车载变压器用于将来自PDU整机高压配电箱的高压直流电转化为低压直流电，并将低压直流电输出至压路机上的低压元器件。
3.根据权利要求1所述的一种轮胎压路机混合动力系统，其特征在于，所述动力电池组上设有电池散热器，所述电池散热器与BMS电池控制器连接。
4.根据权利要求1所述的一种轮胎压路机混合动力系统，其特征在于，所述电池高压箱连接有车载充电器，所述车载充电器设有充电口。
5.根据权利要求1所述的一种轮胎压路机混合动力系统，其特征在于，所述第一驱动电机控制器连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机连接有第一驱动桥，所述第一驱动桥连接有第一后轮，所述第二驱动电机控制器连接有第二驱动电机，所述第二驱动电机连接有第二驱动桥，所述第二驱动桥连接有第二后轮。
6.根据权利要求1所述的一种轮胎压路机混合动力系统，其特征在于，所述动力电池组具有电池使用下限状态，所述电池使用下限状态为电池电量不足30%。
7.一种轮胎压路机混合动力驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集发动机、FISG发电机控制器、PDU整机高压配电箱、第一驱动电机控制器、第二驱动电机控制器和BMS电池控制器的参数信息；
主控制器计算压路机运行消耗功率；
根据计算结果判断压路机是否处于低负载工况、高负载工况和电量不足工况；
主控制器依据压路机所处的工况，对被采集参数的各个部件进行调控，确保压路机在各个工况下能够正常运行。
8.根据权利要求7所述的一种轮胎压路机混合动力驱动方法，其特征在于，
所述低负载工况为压路机在平坦路面往复运行压实作业，压路机受到的阻力小，负载恒定，电池电量充足。
9.根据权利要求7所述的一种轮胎压路机混合动力驱动方法，其特征在于，所述高负载工况为压路机在起步阶段、上坡段作业和高速运转时，阻力大，负载增大，电池电量充足。
10.一种轮胎压路机，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的轮胎压路机混合动力系统。
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