CN116215239A - 一种用于电动工程机械的上电启动控制策略及系统 - Google Patents

一种用于电动工程机械的上电启动控制策略及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电动工程机械的上电启动控制策略及系统，包括通过钥匙开关结合踩刹车、挂空挡两个驾驶员行为的有无，将上电流程分成三个阶段，第一阶段中仅低压上电，第二阶段中驱动系统禁止上电，其他高压部件上电，第三阶段中驱动系统上电，第二、三阶段又可通过驾驶员行为同时执行，通过该方法；本发明通过钥匙开关结合踩刹车、挂空挡两个驾驶员行为的有无，将上电流程分成三个阶段，通过该方法，消除了On挡下维修、调试的高压风险，并满足了操作者操控空压机先于驱动系统工作，以保障制动压力及时补充；本发明可在制动压力充足的条件下，也可执行全部高压部件一同上电，根据实际需求进行可选性的操作，增加了灵活性。

Description

一种用于电动工程机械的上电启动控制策略及系统
技术领域
本发明涉及一种上电启动控制策略及系统，具体为一种用于电动工程机械的上电启动控制策略及系统，属于电动工程机械电气系统技术领域。
背景技术
随着新能源行业的发展，电动型工程机械逐渐进入市场，使用动力电池代替了传统内燃机，动力源的变化也导致了整机电气系统的变化，从以往的点火启动变成了上电启动，同时增加了其他高压设备，以满足驱动、作业等功能。电动机型高压安全问题较为突出，上下电顺序控制要求非常严格，以避免电器零部件损坏、电击，甚至起火等危害。针对部分大型电动运输机器，客户要求空压机（高压设备）需提前上电，以满足驱动前有足够的制动压力，保障行车安全，从而表现为电动机型初次在On挡时（钥匙Off→On挡），机器不仅低压通电，而且部分部件高压也通电，这将造成维修、调试时的高压风险，如果发生接插件意外插拔，就会有触电安全隐患。
现有技术一中：发明专利“一种电动汽车上下电车辆模式控制方法（CN201910552321.5）”公开了一种上下电模式控制方法，该发明特征在于确定了多种通电模式，分为低压模式、高压模式、行车模式、充电模式等五种模式，当钥匙Off→On挡时，进入低压模式，当On→Start挡，并伴随踩刹车、挂空挡时，进入高压模式并Ready，然后自动跳转至行车模式，但该方案的钥匙On→Start挡，并伴随踩刹车、挂空挡，则高压通电，空压机和驱动系统上电为同一操作完成，未满足空压机先于驱动系统工作的要求。
现有技术二中：还公开在Off→On挡时，低压和高压同时上电，高压上电是为了满足机器Ready前，空压机先于驱动系统工作，但该方案的钥匙Off→On挡，低压通电，同时，除驱动系统外的高压部件通高压电工作。即Off→On挡，低压和部分高压部件开始工作，满足了空压机先于驱动系统工作的要求，但是低压和高压上电操作未分开，导致钥匙On挡时就已上高压电，存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种电动工程机械上电启动控制策略及系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种用于电动工程机械的上电启动控制策略，通过钥匙开关动作以及踩刹车和挂空挡两个行为组合的上电流程策略，将上电流程分为三个阶段：
阶段一：钥匙Off→On挡，机器低压上电，禁止高压上电，无高压风险，阶段一从事机器的维修和调试；
阶段二：钥匙On→Start挡，伴随Brake_State≠1，机器高压通电，除驱动系统以外的高压部件上高压电，空压机先于驱动系统上电并进入工作状态；
阶段三：钥匙再次On→Start挡，伴随Brake_State=1且Gear_State=1，机器驱动系统上高压电，进入Ready状态。
一种用于电动工程机械的上电启动控制策略的控制系统，所述上电启动控制策略的控制系统包括高压部分和低压两部分，所述高压部分与低压部分通过信号线呈电信号传输连接；
其中，所述高压部分包括动力电池、驱动系统、空压机、DCDC以及其他高压电器；
所述低压部分包括低压电源、制动踏板、钥匙开关、换挡手柄、整车控制器以及继电器，所述整车控制器通过信号判断驾驶员行为，以发出正确的上下电指令。
优选地，所述驱动系统、空压机、DCDC以及其他高压电器呈并联状接入动力电池的电源线上；
其中，所述动力电池的正极端电源线串联有保险丝以及整车端接触器，所述驱动系统的连接线路上连接有呈并联状设置的驱动系统接触器和驱动系统预充接触器；
所述空压机的连接线路上串联有空压机接触器；
所述DCDC的连接线路上串联有DCDC接触器；
所述其他高压电器的连接线路上串联有其他高压电器接触器。
优选地，所述低压电源包括DCDC或蓄电池，所述低压电源对整车控制器供电；
所述低压电源的线路上还连接有呈并联状设置的制动踏板、钥匙开关以及换挡手柄；
所述整车控制器的若干个输出端均连接有控制低压通断的继电器。
优选地，所述钥匙开关用于将当前挡位信号发送至整车控制器。
优选地，所述制动踏板发出当前状态信号给整车控制器，当驾驶员踩下制动踏板则状态信号Brake_State=1，若未踩下则Brake_State≠1，整车控制器凭借该信号判断刹车踏板是否被踩下。
优选地，所述换挡手柄发出当前状态信号给整车控制器，当驾驶员挂空挡则状态信号Gear_State=1，若未挂空挡则Gear_State≠1，整车控制器凭借该信号判断当前挡位是否为空挡。
优选地，所述DCDC工作时用于将动力电池的高压电转化成24V低压电为蓄电池充电，并为控制系统供电。
优选地，控制低压通断的所述继电器由整车控制器端口控制，On挡下通电，Off挡下断电。
优选地，控制高压部分各组件高压通断的接触器通断由整车控制器报文指令控制。
本发明的有益效果是：
1）通过钥匙开关结合踩刹车、挂空挡两个驾驶员行为的有无，将上电流程分成三个阶段，通过该方法，消除了On挡下维修、调试的高压风险，并满足了操作者操控空压机先于驱动系统工作，以保障制动压力及时补充；
2）本发明可在制动压力充足的条件下，也可执行全部高压部件一同上电，根据实际需求进行可选性的操作，增加了灵活性。
附图说明
图1为本发明系统流程示意图；
图2为本发明高低压电路结构示意图。
图中：1、动力电池，2、低压电源，3、驱动系统，4、空压机，5、DCDC，6、其他高压电器，7、制动踏板，8、钥匙开关，9、换挡手柄，10、整车控制器，11、继电器。
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、完整的描述，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。
实施例1
如图1至图2所示，一种用于电动工程机械的上电启动控制策略，包括通过钥匙开关动作以及踩刹车和挂空挡两个行为组合的上电流程策略，上电流程分为三个阶段：
阶段一：钥匙Off→On挡，机器低压上电，禁止高压上电，所以无高压风险，该阶段可以从事机器的维修和调试；
阶段二：钥匙On→Start挡，伴随Brake_State≠1，机器高压通电，除驱动系统以外的高压部件上高压电，空压机先于驱动系统上电并进入工作状态；
阶段三：钥匙再次On→Start挡，伴随Brake_State=1且Gear_State=1，机器驱动系统上高压电，进入Ready状态；
通过阶段一消除了Off→On时已存在高压的风险，阶段二满足了空压机先于驱动系统上电的要求；
所述上电启动控制策略的控制系统包括高压部分和低压两部分，且高压部分与低压部分通过信号线呈电信号传输连接。其中，高压部分包括动力电池1、驱动系统3、空压机4、DCDC 5以及其他高压电器6，所述低压部分包括低压电源2、制动踏板7、钥匙开关8、换挡手柄9、整车控制器10以及继电器11，所述整车控制器10通过信号判断驾驶员行为，以发出正确的上下电指令；
所述驱动系统3、空压机4、DCDC 5以及其他高压电器6呈并联状接入动力电池1的电源线上，且所述动力电池1的正极端电源线串联有保险丝以及整车端接触器，所述驱动系统3的连接线路上连接有呈并联状设置的驱动系统接触器和驱动系统预充接触器，所述空压机4的连接线路上串联有空压机接触器，所述DCDC 5的连接线路上串联有DCDC接触器，所述其他高压电器6的连接线路上串联有其他高压电器接触器，所述DCDC5用于对低压部分供电；
所述低压电源2包括DCDC 5或蓄电池，所述低压电源2对整车控制器10供电，所述低压电源2的线路上还连接有呈并联状设置的制动踏板7、钥匙开关8以及换挡手柄9，所述制动踏板7、钥匙开关8以及换挡手柄9分别对整车控制器10输送制动信号、钥匙信号以及换挡信号，所述整车控制器10的若干个输出端均连接有控制低压通断的继电器11。
实施例2
本实施例中除包括实施例1中的所有技术特征之外，还包括：
所述钥匙开关8用于将当前挡位信号发送至整车控制器10。
所述制动踏板7发出当前状态信号给整车控制器10，当驾驶员踩下制动踏板则状态信号Brake_State=1，若未踩下则Brake_State≠1，整车控制器10凭借该信号判断刹车踏板7是否被踩下。
所述换挡手柄9发出当前状态信号给整车控制器10，当驾驶员挂空挡则状态信号Gear_State=1，若未挂空挡则Gear_State≠1，整车控制器10凭借该信号判断当前挡位是否为空挡。
所述低压电源2为低压器件供24V电，并在On挡下开始工作。
所述DCDC5工作时用于将动力电池1的高压电转化成24V低压电为蓄电池充电，并为控制系统供电。
控制低压通断的所述继电器11由整车控制器10端口控制，On挡下通电，Off挡下断电。
控制高压部分各组件高压通断的接触器通断由整车控制器10报文指令控制。
进一步地，钥匙开关：汽车钥匙开关包括Off、Acc、On和Start四个挡位，前三个挡位可保持，Start挡不能保持，会自动回弹至On挡。在当前设计习惯中，Acc挡位等效于Off挡；
驱动系统：即电驱动系统中的驱动电机及相关控制系统；
Ready：驱动电机上高压后进入可驱动的状态；
Brake_State：表征制动踏板状态，Brake_State=1表示踩下，Brake_State≠1表示未踩下。以此表征Ready触发条件；
Gear_State：表征挡位状态，Gear_State=1表示空挡，Gear_State≠1表示位置不在空挡。以此表征Ready触发条件；
继电器和接触器：继电器一般用来控制低电压小电流的通断；而针对大电流场景，采用接触器控制通断，接触器对电流的耐受能力高于继电器；
预充：执行主动放电后，电机控制器内部的电容电压会保持在非常低的水平，所以高压通电时需进行预充（不执行预充可能造成内部元器件损坏），根据参数不同，预充时间会有所不同，通常1—3秒。
实施例3
如图1所示，本实施例中除包括实施例1中的所有技术特征之外，还包括：一种用于电动工程机械的上电启动控制策略的控制系统，其系统工作流程如下：
1.初始状态下，钥匙开关8在Off档，并且整车系统处于停机状态；
2.钥匙开关8 Off→On挡时，此时整车系统进入上电第一阶段，所有低压部件得电，高压部件不得电。
3.钥匙开关8由On→Start挡时：
3.1当Brake_State≠1时，进入上电第二阶段，整车控制器10将控制接触器A先闭合，待接触器A闭合后，接触器D、E、F同时闭合，接触器B、C禁止闭合，整车系统除驱动系统外，其他高压部件上电，包括空压机4、DCDC5，此时钥匙开关8将自动回弹至On挡。
3.2当Brake_State=1且Gear_State=1时，上电第二阶段和第三阶段同时发生，整车控制器10将控制接触器A先闭合，待接触器A闭合后，接触器C、D、E、F同时闭合，B保持断开，预充完成后，接触器B闭合，C断开，所有高压部件得电且整车驱动系统Ready，此时钥匙开关8将自动回弹至On挡。
3.3当Brake_State=1且Gear_State≠1时，无效，状态保持不变，钥匙开关8将自动回弹至On挡。
4.针对第3.1步上电第二阶段，驾驶员再次将钥匙开关（8）由On→Start挡时，内容如下：
4.1当Brake_State≠1保持时，则无效，钥匙开关8将自动回弹至On挡；
4.2当Brake_State=1且Gear_State=1时，则进入上电第三阶段，整车控制器10将控制接触器C闭合、B保持断开，预充完成后，接触器B闭合，C断开，整车驱动系统Ready，此时钥匙开关8将自动回弹至On挡。
4.3当Brake_State=1且Gear_State≠1时，无效，状态保持不变，钥匙开关8自动回弹至On挡。
5.驾驶员将钥匙开关8由On→Off挡时，则进入下电状态。
通过钥匙开关结合踩刹车、挂空挡两个驾驶员行为的有无，将上电流程分成三个阶段，第一阶段仅低压上电，第二阶段驱动系统禁止上电，其他高压部件上电，第三阶段驱动系统上电，第二、三阶段又可通过驾驶员行为同时执行，通过该方法，不仅满足了空压机先于驱动系统工作的要求，而且消除了On挡下的高压风险。
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 (10)

1.一种用于电动工程机械的上电启动控制策略，其特征在于：通过钥匙开关动作以及踩刹车和挂空挡两个行为组合的上电流程策略，将上电流程分为三个阶段：
阶段一：钥匙Off→On挡，机器低压上电，禁止高压上电，无高压风险，阶段一从事机器的维修和调试；
阶段二：钥匙On→Start挡，伴随Brake_State≠1，机器高压通电，除驱动系统以外的高压部件上高压电，空压机先于驱动系统上电并进入工作状态；
阶段三：钥匙再次On→Start挡，伴随Brake_State=1且Gear_State=1，机器驱动系统上高压电，进入Ready状态。
2.一种基于权利要求1所述的上电启动控制策略的控制系统，其特征在于，所述上电启动控制策略的控制系统包括高压部分和低压两部分，所述高压部分与低压部分通过信号线呈电信号传输连接；
其中，所述高压部分包括动力电池（1）、驱动系统（3）、空压机（4）、DCDC（5）以及其他高压电器（6）；
所述低压部分包括低压电源（2）、制动踏板（7）、钥匙开关（8）、换挡手柄（9）、整车控制器（10）以及继电器（11），所述整车控制器（10）通过信号判断驾驶员行为，以发出正确的上下电指令。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于：所述驱动系统（3）、空压机（4）、DCDC（5）以及其他高压电器（6）呈并联状接入动力电池（1）的电源线上；
其中，所述动力电池（1）的正极端电源线串联有保险丝以及整车端接触器，所述驱动系统（3）的连接线路上连接有呈并联状设置的驱动系统接触器和驱动系统预充接触器；
所述空压机（4）的连接线路上串联有空压机接触器；
所述DCDC（5）的连接线路上串联有DCDC接触器；
所述其他高压电器（6）的连接线路上串联有其他高压电器接触器。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：
所述低压电源（2）包括DCDC（5）或蓄电池，所述低压电源（2）对整车控制器（10）供电；
所述低压电源（2）的线路上还连接有呈并联状设置的制动踏板（7）、钥匙开关（8）以及换挡手柄（9）；
所述整车控制器（10）的若干个输出端均连接有控制低压通断的继电器（11）。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：所述钥匙开关（8）用于将当前挡位信号发送至整车控制器（10）。
6.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：所述制动踏板（7）发出当前状态信号给整车控制器（10），当驾驶员踩下制动踏板则状态信号Brake_State=1，若未踩下则Brake_State≠1，整车控制器（10）凭借该信号判断刹车踏板（7）是否被踩下。
7.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：所述换挡手柄（9）发出当前状态信号给整车控制器（10），当驾驶员挂空挡则状态信号Gear_State=1，若未挂空挡则Gear_State≠1，整车控制器（10）凭借该信号判断当前挡位是否为空挡。
8.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：所述DCDC（5）工作时用于将动力电池（1）的高压电转化成24V低压电为蓄电池充电，并为控制系统供电。
9.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于：控制低压通断的所述继电器（11）由整车控制器（10）端口控制，On挡下通电，Off挡下断电。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于：控制高压部分各组件高压通断的接触器通断由整车控制器（10）报文指令控制。
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