CN115384294A - 一种基于双行走电机的装载机节能系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双行走电机的装载机节能系统及其控制方法，该系统包括驱动电机一和驱动电机二，驱动电机一的输出端连接有第一输入轴，第一输入轴通过第一传动轴和第一输出轴相连接，第一传动轴上设有离合器一，第一输出轴和前桥相连接；驱动电机二的输出端连接第二输入轴，第二输入轴和后桥上的第二输出轴相连接，第二输出轴和第一输出轴之间设有离合器二；和驱动电机一、驱动电机二、离合器一及离合器二信号连接的整车控制器，整车控制器根据装载机的状态控制离合器一和离合器二开闭。该系统结构简单、减少了传动过程中的能量损失，通过控制离合器一及离合器开闭，降低了寄生功率导致的能量损耗问题。

Description

一种基于双行走电机的装载机节能系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及转载机技术领域，具体涉及一种基于双行走电机的装载机节能系统及其控制方法。

背景技术

目前市场上普遍存在的电动装载机主要有双电机直驱及单电机加变速箱驱动两种方式，双电机直驱方式，没有变速箱，由两个低转速大扭矩的电机直接驱动前桥与后桥，同时为了抑制前轮离地或后轮离地工况下出现的牵引力减小的情况，在两个电机之间安装了传动轴。这种方式结构简单，但是使用了两个低速大扭电机，使得整机成本过高。而单电机加变速箱驱动的方式，主要是因为单个电机的扭矩无法满足作业需求，因此需要变速箱提高扭矩输出，同时还要确保在转场时的高速行驶，因此变速箱档位过多，结构复杂，且换挡时会出现动力中断。

上述两种电动装载机驱动方式，还存在共同问题，即无法有效的解决装载机前后轮转速差引起的寄生功率导致的能量损耗问题，在转向及重载工况下，寄生功率损耗明显提升，从而影响整机续航能力，另外，现有的电动装载机，在输入轴和输出轴设计设计了多根中间轴，此种设计也会导致能量损耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双行走电机的装载机节能系统及其控制方法，以解决现有技术中电动装载机能量损耗多的问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明公开了一种基于双行走电机的装载机节能系统，包括：

驱动电机一，所述驱动电机一的输出端连接有第一输入轴，所述第一输入轴通过第一传动轴和第一输出轴相连接，所述第一传动轴上设有离合器一，所述第一输出轴和前桥相连接；

驱动电机二，所述驱动电机二的输出端连接第二输入轴，所述第二输入轴和后桥上的第二输出轴相连接，所述第二输出轴和第一输出轴之间设有离合器二；

和驱动电机一、驱动电机二、离合器一及离合器二信号连接的整车控制器，所述整车控制器根据装载机的状态控制离合器一和离合器二开闭，并控制驱动电机一和驱动电机二工作。

进一步地，所述整车控制器还和油门踏板信号连接，所述整车控制器根据油门踏板的开度控制驱动电机2的扭矩。

进一步地，所述第一输出轴上连接有和整车控制器信号连接的转速传感器，所述第二输出轴上连接有和整车控制器信号连接的转速传感器。

进一步地，所述驱动电机一的峰值转速高于所述驱动电机二的峰值转速，所述驱动电机一的峰值扭矩低于所述驱动电机二的峰值扭矩。

进一步地，所述离合器一和离合器二均为液力离合器。

第二方面，一种根据第一方面所述的基于双行走电机驱动的装载机节能系统的控制方法，包括：

判断装载机的状态，装载机包括空载状态和作业状态，所述作业状态包括正常作业状态；

当装载机处于空载状态时，控制离合器一和离合器二断开，并控制驱动电机二工作；

当装载机处于正常作业状态时，控制器离合器一闭合、离合器二断开，并控制驱动电机一和驱动电机二工作。

进一步地，所述判断装载机的状态包括：

整车控制器获取装载机液压系统的功率信息；

若液压系统的功率小于设定空载阈值时，则装载机处于空载状态；

若液压系统的功率大于设定空载阈值时，则装载机处于工作状态。

进一步地，当装载机处于作业状态时，控制器离合器一闭合包括：

判断第一输出轴的转速是否低于设定阈值；

响应于第一输出轴的转速低于设定阈值时控制离合器一闭合；

响应于第一输出轴的转速高于设定阈值时，控制驱动电机一的转速降低，以使第一输出轴的转速低于设定阈值。

进一步地，当装载机处于作业状态时，控制器离合器一闭合还包括：

当离合器一闭合时，限制驱动电机一的扭矩小于设定阈值；

当离合器一闭合后，使驱动电机一的扭矩按照预设曲线逐步增大。

进一步地，所述作业状态还包括异常作业状态，在所述异常作业状态时，装载机的前轮或后轮离地；

当装载机处于异常作业状态时，控制器离合器一及离合器二闭合，并控制驱动电机一和驱动电机二工作。

根据上述技术方案，本发明的实施例至少具有以下效果：

1、本申请设计的装载机节能系统，在使用输入轴和第一输出轴之间不设置中间传动轴，在第二输入轴和第二输出轴之间不设置中间传动轴，减少了传动过程中的能量损失，进而减少了装载机工作时的能量损耗；

2、本申请通过整车控制器控制离合器一及离合器开闭，当装载机处于空载状态和正常作业状态时，均使离合器二处于断开状态，此设计可使前桥上连接的前轮和后桥上连接的后轮的转速可以存在差异，从而避免了装载机存在的寄生功率问题，降低了寄生功率导致的能量损耗问题。

附图说明

图1为本发明装载机节能系统的示意图；

图2为本发明控制方法的流程图。

其中：10、驱动电机控制器一；11、驱动电机一；12、第一输入轴；13、第一齿轮组；14、第一传动轴；15、离合器一；16、第二齿轮组；17、第一输出轴；18、前桥；20、驱动电机控制器二；21、驱动电机二；22、第二输入轴；23、第三齿轮组；24、后桥；25、离合器二；3、整车控制器；4、油门踏板。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须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。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本发明可以通过整车控制器控制离合器一和离合器二的通断，从而实现整车动力驱动方式的变化，并根据不同工况进行切换驱动方式，充分利用电机特性，解决在重工况下产生的寄生功率造成的能量损耗，从而提高整车续航能力。

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种基于双行走电机的装载机节能系统，包括驱动电机一11和驱动电机二21，驱动电机一11的输出端连接有第一输入轴12，第一输入轴12通过第一传动轴14和第一输出轴17相连接，第一传动轴17上设有离合器一，第一输出轴17和前桥18相连接。驱动电机二21的输出端连接第二输入轴22，第二输入轴22和后桥26上的第二输出轴24相连接，第二输出轴24和第一输出轴17之间设有离合器二25。

驱动电机一11、驱动电机二21、离合器一15及离合器二25信号连接的整车控制器3，整车控制器3根据装载机的状态控制离合器一15和离合器二25开闭，并控制驱动电机一11和驱动电机二21工作。

本申请设计的装载机节能系统，在使用输入轴和第一输出轴之间不设置中间传动轴，在第二输入轴和第二输出轴之间不设置中间传动轴，减少了传动过程中的能量损失，进而减少了装载机工作时的能量损耗。

在本系统中，第一输入轴12和第一传动轴14之间通过第一齿轮组13相连接，第一传动轴14和第一输出轴17之间通过第二齿轮组16相连接，第二输入轴22和第二输出轴24之间通过第三齿轮组23相连接。

第一齿轮组13的传动比为i₁，第二齿轮组16的传动比为i₂，因此驱动电机一11到前桥的传动比为i₁*i₂。第三齿轮组的传动比为i₃。进一步地，i₁、i₂和i₃均大于一。

在一些进一步地实施例中，整车控制器通过总线分别与驱动电机控制器一10和驱动电机控制器二20相连，并根据油门踏板的信号，控制两个驱动电机控制器的输出，驱动电机控制器一10和驱动电机控制器二20分别与驱动电机一11和驱动电机二21相连，作为整车动力源。

在本系统中，第一输出轴17和第二输出轴24上还分别装有转速传感器，整车控制器3通过转速传感器可以实时监测第一输出轴17和第二输出轴24的转速。

在本系统中，驱动电机一和驱动电机二均属于高速电机。其中驱动电机一的峰值转速高于驱动电机二，驱动电机一11的峰值扭矩低于驱动电机二21。能够根据电动装载机的不同工况来控制器驱动电机一11和驱动电机二21的工作状态，从而充分利用电机的高效区间，提高整车续航能力。

若装载机处于空载转场工况时，则由驱动电机二21工作，驱动电机一11不工作，同时离合器一15和离合器二25均是断开状态，由驱动电机二21驱动整车行走，此时可以更好地发挥驱动电机二21的高效区间，从而达到节能效果。

当装载机处于铲装工况时，整车控制器可以根据工况及整车所需驱动扭矩的不同，主动控制离合器一15的通断及驱动电机一11的工作状态，从而满足大扭矩驱动的需求。

正常铲装及转场工况时，离合器二25处于断开状态，此时前后轮转速可以存在差异，从而避免了装载机普遍存在的寄生功率问题，降低了寄生功率导致的能量损耗问题。

当整车控制器检测到第一输出轴17的转速与第二输出轴24的转速之间差值大于设定阈值时，则判断车辆存在打滑的异常工作现象，此时整车控制器控制离合器25闭合，从确保整车最大牵引力保持不变。

在本系统中，离合器一15与离合器二25均为液力离合器，减少离合器切换时的冲击，使其更加平稳，符合装载机工作工况要求。

实施例2

如图1和图2所示，基于实施例公开的装载机节能系统，本实施例还公开了该节能系统的控制方法，该方法包括如下步骤。

步骤100、判断装载机的状态，装载机包括空载状态和作业状态，作业状态包括正常作业状态和异常作业状态，在异常作业状态时，装载机的前轮或后轮离地。

步骤200、当装载机处于空载状态时，控制离合器一15和离合器二25断开，并控制驱动电机二21工作；当装载机处于正常作业状态时，控制器离合器一15闭合、离合器二25断开，并控制驱动电机一11和驱动电机二21工作。当装载机处于异常作业状态时，控制器离合器一15及离合器二25闭合，并控制驱动电机一11和驱动电机二21工作。

在本申请一个进一步地实施例中，步骤100、判断装载机的状态，可通过如下方式进行判断。整车控制器3可以根据装载机液压系统功率对车辆状态进行判断，此种判断形式简单方便。

当液压系统功率小于设定空载阈值时，可以认为整车处于空载状态。此时离合器一15与离合器二25均处于断开状态，驱动电机一11不工作，由驱动电机二21单独驱动，整车控制器3根据油门踏板的开度，控制驱动电机二21的扭矩输出，从而实现空载状态下的正常行驶。此时驱动电机一11不工作，并且在车辆转场时，可以更好地利用驱动电机二21的高效区间，从而实现节能效果。

进一步地，根据油门踏板的开度，控制驱动电机二21的扭矩输出具体如下：在行驶时，整车控制器采集油门踏板开度，并将此油门信号转换为一个0到1的系数，同时整车控制器采集驱动电机二的转速信息，并根据电池的放电功率限值及电机的外特性曲线对驱动电机二请求扭矩的最大值进行限定，由油门信号的系数与请求扭矩的最大限制相乘，从而得到驱动电机二需要输出的扭矩。

当整车液压系统功率大于设定空载阈值时，此时可以认为整车处于作业状态，此时驱动电机二21单独工作无法满足作业要求，为此需要将离合器一15闭合，从而用驱动电机一11进行扭矩补偿。

驱动电机一11属于高速电机，进一步的，为了保护离合器一15，需要避免在高转速时闭合或者断开离合器一15。因此，本发明还设置了如下控制方法，在离合器一15闭合前，对驱动电机一11的转速进行判断，当第一输出轴17上的转速低于设定阈值时，即离合器一15到第一输出轴17端的转速低于设定阈值，再控制离合器以15闭合。

结合装载机的工作特性，需要较大牵引力的时候整车都处于低速状态，因此整车控制器3在控制离合器一闭合时，需要对车速进行判断，当车速低于设定阈值时，闭合离合器一15。当处于空挡或者倒挡状态下，则离合器一15断开。为了确保离合器一15闭合时，离合器一15前端与后端不存在明显转速差，需要在闭合离合器一15之前，对驱动电机一11的转速进行控制，根据第一输出轴17上的转速传感器，计算出离合器一15前端的转速，并以此推算出驱动电机一11需要达到的转速，从而确保转速差低于设定阈值。

在离合器一15闭合瞬间，驱动电机一11经过两级传动后，所提供的扭矩会被放大数倍，整车处于作业状态下，司机一般都是将油门踏板踩的较深，这种情况下会使得整车牵引力瞬间增大，有可能导致整车在此时有瞬间提速的现象，从而影响整车的操作性。为了解决动力出现突变这一问题，控制方法中补充了对驱动电机一的扭矩上升速度的限制，再结合的瞬间，驱动电机一11的扭矩设定为一个较小值，然后按照设定曲线逐步上升，直至达到最大扭矩输出，避免动力突变导致的瞬间提速现象。

进一步地，在结合的瞬间，整车控制器对驱动电机一的扭矩请求不再根据油门踏板开度来决定，而是将驱动电机一的输出扭矩设定为10Nm，此时结合后，由于驱动电机1的扭矩较小，虽然经过第一齿轮和第二齿轮双重增大扭矩，但是最终传递到输出轴一的扭矩依旧不会过大，这样避免了结合瞬间电机一瞬间提供大扭矩导致整车扭矩突变，从而保证了驾驶操作性，避免了危险的发生。结合完成后，整车控制器根据油门踏板的开度，来控制器驱动电机一的最终扭矩输出值，在扭矩输出上，按照设定步长进行提升，防止提升速度过快，导致加速度过大，同样影响操作性的问题。

整车控制器3实时采集第一输出轴17和第二输出轴24上转速传感器反馈的信号，正常情况下，两个输出轴上的转速小于设定阈值。当整车工装作态处于重载导致后轮离地或者推土等工况下铲斗过低导致前轮离地，此时驱动电机二21或者驱动电机一11处于空转状态，无法将各自输出的扭矩进行传递补偿，导致整车牵引力下降。本发明中的离合器二25，便可以有效的解决动力缺少的现象。当前轮或者后轮离地时，此时会出现空转现象，当前轮离地，驱动电机1转速会迅速增高，而当后轮离地时，驱动电机2转速会迅速增高，此时第一输出轴17转速和第二输出轴转速24存在明显差异，当两个转速差值大于设定阈值时，整车控制器控制离合器二25闭合，此时两个输出轴连接在一起，能够实现动力传输，防止在前轮或者后轮离地时，导致的动力不足问题。

当离合器二25断开时，前后轮之间没有刚性连接，允许出现转速差情况，可以有效的避免寄生功率导致的能耗问题。在本申请中，转载机空载状态、正常作业状态时，离合器二25均是处于断开状态，有效的解决寄生功率造成的能量损耗，实现节能效果。同时当异常作业状态时(前轮或后轮离地)，离合器二25闭合，解决动力无法传递补偿的问题。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种基于双行走电机的装载机节能系统，其特征在于，包括：

驱动电机一，所述驱动电机一的输出端连接有第一输入轴，所述第一输入轴通过第一传动轴和第一输出轴相连接，所述第一传动轴上设有离合器一，所述第一输出轴和前桥相连接；

驱动电机二，所述驱动电机二的输出端连接第二输入轴，所述第二输入轴和后桥上的第二输出轴相连接，所述第二输出轴和第一输出轴之间设有离合器二；

和驱动电机一、驱动电机二、离合器一及离合器二信号连接的整车控制器，所述整车控制器根据装载机的状态控制离合器一和离合器二开闭，并控制驱动电机一和驱动电机二工作。

2.根据权利要求1所述的基于双行走电机的装载机节能系统，其特征在于，所述整车控制器还和油门踏板信号连接，所述整车控制器根据油门踏板的开度控制驱动电机2的扭矩。

3.根据权利要求1所述的一种双行走电机驱动的装载机节能系统，其特征在于，所述第一输出轴上连接有和整车控制器信号连接的转速传感器，所述第二输出轴上连接有和整车控制器信号连接的转速传感器。

4.根据权利要求1所述的一种双行走电机驱动的装载机节能系统，其特征在于，所述驱动电机一的峰值转速高于所述驱动电机二的峰值转速，所述驱动电机一的峰值扭矩低于所述驱动电机二的峰值扭矩。

5.根据权利要求1所述的一种双行走电机驱动的装载机节能系统，其特征在于，所述离合器一和离合器二均为液力离合器。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的基于双行走电机驱动的装载机节能系统的控制方法，其特征在于，包括：

判断装载机的状态，装载机包括空载状态和作业状态，所述作业状态包括正常作业状态；

当装载机处于空载状态时，控制离合器一和离合器二断开，并控制驱动电机二工作；

当装载机处于正常作业状态时，控制器离合器一闭合、离合器二断开，并控制驱动电机一和驱动电机二工作。

7.根据权利要求6所述的基于双行走电机驱动的装载机节能系统的控制方法，其特征在于，所述判断装载机的状态包括：

整车控制器获取装载机液压系统的功率信息；

若液压系统的功率小于设定空载阈值时，则装载机处于空载状态；

若液压系统的功率大于设定空载阈值时，则装载机处于工作状态。

8.根据权利要求6所述的基于双行走电机驱动的装载机节能系统的控制方法，其特征在于，当装载机处于作业状态时，控制器离合器一闭合包括：

判断第一输出轴的转速是否低于设定阈值；

响应于第一输出轴的转速低于设定阈值时控制离合器一闭合；

响应于第一输出轴的转速高于设定阈值时，控制驱动电机一的转速降低，以使第一输出轴的转速低于设定阈值。

9.根据权利要求6所述的基于双行走电机驱动的装载机节能系统的控制方法，其特征在于，当装载机处于作业状态时，控制器离合器一闭合还包括：

当离合器一闭合时，限制驱动电机一的扭矩小于设定阈值；

当离合器一闭合后，使驱动电机一的扭矩按照预设曲线逐步增大。

10.根据权利要求6所述的基于双行走电机驱动的装载机节能系统的控制方法，其特征在于，所述作业状态还包括异常作业状态，在所述异常作业状态时，装载机的前轮或后轮离地；

当装载机处于异常作业状态时，控制器离合器一及离合器二闭合，并控制驱动电机一和驱动电机二工作。

Images