CN116639108A - 一种重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法 - Google Patents

Abstract

为了解决混合动力矿车重载下坡工况下易达到电池SOC最高电量，导致多余能量对制动器、缓速器等部件产生损耗的问题，本发明提供了一种重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，包括以下步骤：S1、标定重载下坡工况下能量回收系数K、车辆装卸间隔时间△t₁以及停车装载时间间隔△t₂；S2、设定重载下坡工况矿车运行循环电量a；S3、建立重载下坡工况下混动矿车装载过程中发电机的发电时间t计算模型；S4、计算混动矿车装载过程中发电机的发电时间t；S5、基于步骤S4中计算得到的混动矿车装载过程中发电机的发电时间t，制定重载下坡工况下混动矿车发电机的控制策略；S6、建立发电机发电时间t计算模型的模型精度提升方法，通过减小重载下坡因电池易达到SOC的最高电量停止充电，多余能量对制动器、缓速器等相关部件的损耗，提升整车制动能量回收能力，改善了该工况下的整车能耗。

Description

一种重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法。

背景技术

随着非道路国Ⅳ法规的实施，越来越多混合动力矿用自卸车受到客户青睐。

矿用自卸车的运输路径相对固定，道路坡度大，运输工况较为单一，主要有重载上坡和重载下坡两种工况，在重载下坡工况下，混合动力矿车电池电量容易达到电池SOC的最高电量，驱动电机回收的多余能量只能通过缓速器、排气制动、制动器等途径消耗，不仅未能充分利用驱动电机的性能，对重载下坡工况下的能量进行充分回收，并且会加速缓速器、制动器等相关零部件的损耗。

发明内容

为了解决混合动力矿车重载下坡工况下易达到电池SOC最高电量，导致多余能量对制动器、缓速器等部件产生损耗的问题，本发明提供了一种重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，采用的技术方案如下：

一种重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、标定重载下坡工况下能量回收系数K、车辆装卸间隔时间△t₁以及停车装载时间间隔△t₂；

S2、设定重载下坡工况矿车运行循环电量a；

S3、建立重载下坡工况下混动矿车装载过程中发电机的发电时间t计算模型；

S4、计算混动矿车装载过程中发电机的发电时间t；

S5、基于步骤S4中计算得到的混动矿车装载过程中发电机的发电时间t，制定重载下坡工况下混动矿车发电机的控制策略；

S6、建立发电机发电时间t计算模型的模型精度提升方法。

优选的，所述步骤S1中，基于矿用自卸车的运输路径相对固定、道路坡度大、运输工况较为单一的特点，标定第i次重载下坡工况下能量回收系数K_i，

K_i＝W_i/Mgh＝(Q_i-U_i)/Mgh，

其中，g为重力加速度，h为矿区道路下降高度，M为矿车满载质量，U_i为第i次，矿车初始电量，Q_i为矿车满载下坡返程到达卸载地的电量，且过程中电池电量位达到电池SOC的最高电量；

重复n次上述过程，对K进行标定：

K＝∑n i＝1K_i/n。

优选的，判断某次循环中，定义车辆停车开始装载时刻t₁、车辆装载完成车辆启动时刻t₂、车辆卸载完成重新启动时刻t₃，当检测到车辆速度v＝0m/s,加速度a＝0m/s²时，记录下当前时刻r₁，车辆的整车质量m₁，当再次检测到v>0m/s,a>0m/s²，记录当前时刻r₂，车辆的整车质量m₂，计算△m＝m₂-m₁，当△m≈0时，则该工况为正常停车，矿车未进行装卸动作，△m≈m₃，m₃为车辆装载质量，则车辆在这一过程完成了物料装载，则r₁为车辆停车开始装载时刻t₁，r₂为车辆装载完成车辆启动时刻t₂，△m≈-m₃，则车辆在这一过程完成了物料卸载，r₂车辆卸载完成车辆重新启动时刻t₃；否则，则数据异常，不记录数据。

优选的，步骤S1中，标定车辆装卸间隔时间△t₁，具体的，利用整车控制器VCU采集到的整车速度、加速度及车辆载荷等信息判断并记录第i次车辆装载完成车辆启动时刻t_2i，车辆返程后，记录车辆卸载完成重新启动时刻t_3i，车辆装卸间隔时间△t_1i＝t_3i-t_2i，重复n次该过程，标定△t₁有：

标定停车装载时间间隔△t₂，具体的，利用VCU采集到的整车速度、加速度等信息判断并记录第i次车辆停车开始装载时刻t_1i，△t_2i＝t_2i-t_1i，重复n次该过程，标定△t₂：

优选的，步骤S2中，设定重载下坡工况矿车运行循环电量a，电量a的设定应能确保车辆空载启动上坡时，车辆能够以最高车速上坡，到达装载位置时，电池电量不被消耗到电池SOC的最低电量e,并且应尽可能让电池工作在高效区间；

将矿区道路分割为若干段，第j段坡度为i_j，坡长为s_j，

其中，p₂为驱动电机持续输出功率，v_j为当前坡度下驱动电机输出最高持续功率p₂时的车速；m₀为矿车空载质量；A为车辆迎风面积，C_D为空气阻力系数，η为传动效率，t_j为矿车经过第j段坡的时间，η₁为电池放电效率；

通过上述公式计算出a的理论值，并根据矿车实际运行情况调整到合适值。

优选的，步骤S3中，建立重载下坡工况下混动矿车装载过程中发电机的发电时间t计算模型：

其中，p为发电机高效工况下的输出功率，b为本次循环工况下VCU记录下的矿车t₁时刻的电池电量，η₂为发电机以高效功率p发电时，电池充电效率，可根据电池厂家标定数据获得，m为本次循环下矿车总质量。

优选的，步骤S4中，发电机发电时间t的控制策略如下：

当t≤0,则矿车装载过程发电机无需发电；

当0<t≤△t₂时，则矿车装载过程发电机以p发电t秒；

当t>△t₂时，则计算需求发电功率p₁，具体的：

对比p₁与发电机最大发电功率p₃：

若p₁≤p₃,则矿车装载过程发电机全程以p₁进行发电；

若p₁>p₃,则矿车装载过程发电机以发电机最大发电功率p₂进行发电。

优选的，步骤S5中，记录本次循环工况中相关数据，进一步标定△t₁、△t₂、K，以提高计算精度,具体的：

其中，K₁为根据本次循环中整车控制器VCU记录的数据计算得到的能量回收系数；

△t₁₁为根据本次循环中整车控制器VCU记录的数据计算得到的车辆装卸间隔时间；

△t₂₁为根据本次循环中整车控制器VCU记录的数据计算得到的停车装载时间间隔。

本发明的有益效果在于：

基于矿用自卸车的运输路径相对固定，道路坡度大，运输工况较为单一的特点，通过计算混合动力矿车装载过程中，发电机的发电时间，并基于此建立了混合动力矿车装载过程中发电机的控制策略，充分利用重载下坡驱动电机能量回收能力，减小混合动力矿车重载下坡因达到电池SOC的最高电量，多余能量对制动器、缓速器等相关部件的损耗，提升整车制动能量回收能力，改善混合动力矿车重载下坡工况下的能耗。

附图说明

图1为本发明流程示意图

图2为本发明某一循环中各时刻判定流程图

图3为发电机发电时间控制策略

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示的重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，包括以下步骤：

S1、标定重载下坡工况下能量回收系数K、车辆装卸间隔时间△t₁以及停车装载时间间隔△t₂；

在本步骤中，基于矿用自卸车的运输路径相对固定、道路坡度大、运输工况较为单一的特点对重载下坡工况下能量回收系数进行标定，具体的，由于矿区道路工况稳定，下降高度为h，可实际测量得出，单程能量回收量W与矿车质量m接近线性相关：

W＝Kmgh (1)；

其中，g为重力加速度，第i次，让满载质量为M矿车以一定的初始电量Ui满载下坡返程，到达卸载地的电量Qi，并确保整个过程电池电量未达到电池SOC的最高电量，则有Wi＝Qi-Ui，Ki＝Wi/Mgh，重复n次该过程，对K进行标定有：

判断某次循环中，定义车辆停车开始装载时刻t₁、车辆装载完成车辆启动时刻t₂、车辆卸载完成重新启动时刻t₃，当检测到车辆速度v＝0m/s,加速度a＝0m/s²时，记录下当前时刻r₁，车辆的整车质量m₁，当再次检测到v>0m/s，a>0m/s²，记录当前时刻r₂，车辆的整车质量m₂，计算△m＝m₂-m₁，当△m≈0时，则该工况为正常停车，矿车未进行装卸动作，△m≈m₃，m₃为车辆装载质量，则车辆在这一过程完成了物料装载，则r₁为车辆停车开始装载时刻t₁，r₂为车辆装载完成车辆启动时刻t₂，△m≈-m₃，则车辆在这一过程完成了物料卸载，r₂车辆卸载完成车辆重新启动时刻t₃；否则，则数据异常，不记录数据。

标定车辆装卸间隔时间△t₁，具体的，利用整车控制器VCU采集到的整车速度，加速度及车辆载荷等信息判断并记录第i次车辆装载完成车辆启动时刻t_2i，车辆返程后，记录车辆卸载完成重新启动时刻t_3i，车辆装卸间隔时间△t_1i＝t_3i-t_2i，重复n次该过程，标定△t₁有：

同理，标定停车装载时间间隔△t₂，具体的，利用VCU采集到的整车，速度加速度等信息判断并记录第i次车辆停车开始装载时刻t_1i，△t_2i＝t_2i-t_1i，重复n次该过程，标定△t₂：

S2、设定重载下坡工况矿车运行循环电量a；

该电量的设定应能确保车辆空载启动上坡时，发电机在经济工况运行，车辆能够以最高车速上坡，并且到达装载位置时，电池电量不被消耗到电池SOC的最低电量e,并且应尽可能让电池工作在高效区间。

具体的，可将矿区道路分割成若干段，第j段坡度为i_j，坡长为s_j的路段，则有:

其中，其中，p ₂为驱动电机持续输出功率，v_j为当前坡度下驱动电机输出最高持续功率p₂时的车速；m₀为矿车空载质量；A为车辆迎风面积，C_D为空气阻力系数，η为传动效率，t_j为矿车经过第j段坡的时间，η₁为电池放电效率；

车辆运行电池循环电量a可先通过以上公式计算出一个理论值，然后根据矿车实际运行情况，调整到合适值。

S3、建立重载下坡工况下混动矿车装载过程中发电机的发电时间t计算模型；

具体的，有：

p为发电机高效工况下的输出功率，η₂为发电机以高效功率p发电时，电池充电效率可根据电池厂家标定数据获得，b为本次循环工况下VCU记录下的矿车t1时刻的电池电量，m为本次循环下矿车总质量。

S4、计算混动矿车装载过程中发电机的发电时间t；

S5、基于步骤S4中计算得到的混动矿车装载过程中发电机的发电时间t，制定重载下坡工况下混动矿车发电机的控制策略；

具体的，如图3所示：

当t≤0,则矿车装载过程发电机无需发电；

当0<t≤△t₂时，则矿车装载过程发电机以p发电t秒；

当t>△t₂时，则计算需求发电功率p₁，具体的：

对比p₁与发电机最大发电功率p₃：

若p₁≤p₃,则矿车装载过程发电机全程以p₁进行发电；

若p₁>p₃,则矿车装载过程发电机以发电机最大发电功率p₃进行发电。

S6、建立发电机发电时间t计算模型的模型精度提升方法；

具体的，记录本次循环工况中相关数据，进一步标定△t₁、△t₂、K，以提高计算精度：

其中，K₁为根据本次循环中整车控制器VCU记录的数据计算得到的能量回收系数；

△t₁₁为根据本次循环中整车控制器VCU记录的数据计算得到的车辆装卸间隔时间；

△t₂₁为根据本次循环中整车控制器VCU记录的数据计算得到的停车装载时间间隔。

本发明通过矿车在装载过程中对发电机发电时间的计算，控制发电机发电时间及发电功率，减小了重载下坡因电池易达到SOC的最高电量，多余能量对制动器、缓速器等相关部件的损耗，提升了整车制动能量回收能力，改善了该工况下的整车能耗。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、标定重载下坡工况下能量回收系数K、车辆装卸间隔时间△t₁以及停车装载时间间隔△t₂；

S2、设定重载下坡工况矿车运行循环电量a；

S3、建立重载下坡工况下混动矿车装载过程中发电机的发电时间t计算模型；

S4、计算混动矿车装载过程中发电机的发电时间t；

S5、基于步骤S4中计算得到的混动矿车装载过程中发电机的发电时间t，制定重载下坡工况下混动矿车发电机的控制策略；

S6、建立发电机发电时间t计算模型的模型精度提升方法。

2.根据权利要求1所述的重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，基于矿用自卸车的运输路径相对固定、道路坡度大、运输工况较为单一的特点，标定第i次重载下坡工况下能量回收系数K_i，

K_i＝W_i/Mgh＝(Q_i-U_i)/Mgh，

其中，g为重力加速度，h为矿区道路下降高度，M为矿车满载质量，U_i为第i次，矿车初始电量，Q_i为矿车满载下坡返程到达卸载地的电量，且过程中电池电量未达到电池SOC的最高电量；

重复n次上述过程，对K进行标定：

K＝∑n i＝1K_i/n。

3.根据权利要求1所述的重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，其特征在于，判断某次循环中，定义车辆停车开始装载时刻t₁、车辆装载完成车辆启动时刻t₂、车辆卸载完成重新启动时刻t₃，当检测到车辆速度v＝0m/s,加速度a＝0m/s²时，记录下当前时刻r₁，车辆的整车质量m₁，当再次检测到v>0m/s，a>0m/s²，记录当前时刻r₂，车辆的整车质量m₂，计算△m＝m₂-m₁，当△m≈0时，则该工况为正常停车，矿车未进行装卸动作，△m≈m₃，m₃为车辆装载质量，则车辆在这一过程完成了物料装载，则r₁为车辆停车开始装载时刻t₁，r₂为车辆装载完成车辆启动时刻t₂，△m≈-m₃，则车辆在这一过程完成了物料卸载，r₂车辆卸载完成车辆重新启动时刻t₃；否则，则数据异常，不记录数据。

4.根据权利要求1所述的重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，其特征在于，步骤S1中，标定车辆装卸间隔时间△t₁，具体的，利用整车控制器VCU采集到的整车速度、加速度及车辆载荷等信息判断并记录第i次车辆装载完成车辆启动时刻t_2i，车辆返程后，记录车辆卸载完成重新启动时刻t_3i，车辆装卸间隔时间△t_1i＝t_3i-t_2i，重复n次该过程，标定△t₁有：

标定停车装载时间间隔△t₂，具体的，利用VCU采集到的整车速度、加速度等信息判断并记录第i次车辆停车开始装载时刻t_1i，△t_2i＝t_2i-t1_i，重复n次该过程，标定△t₂：

5.根据权利要求1所述的重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，其特征在于，步骤S2中，设定重载下坡工况矿车运行循环电量a，电量a的设定应能确保车辆空载启动上坡时，车辆能够以最高车速上坡，并且到达装载位置时，电池电量不被消耗到电池SOC的最低电量e,并且应尽可能让电池工作在高效区间；

将矿区道路分割为若干段，第j段坡度为i_j，坡长为s_j，

其中，p₂为驱动电机持续输出功率，p为发电机高效工况下的输出功率，v_j为当前坡度下驱动电机输出最高持续功率p₂时的车速；m₀为矿车空载质量；A为车辆迎风面积，C_D为空气阻力系数，η为传动效率，t_j为矿车经过第j段坡的时间，η₁为电池放电效率；

通过上述公式计算出a的理论值，并根据矿车实际运行情况调整到合适值。

6.根据权利要求1所述的重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，其特征在于，步骤S3中，建立重载下坡工况下混动矿车装载过程中发电机的发电时间t计算模型，

其中，p为发电机高效工况下的输出功率，b为本次循环工况下VCU记录下的矿车t₁时刻的电池电量，η₂为发电机以高效功率p发电时，电池的充电效率，可根据电池厂家标定数据获得，m为本次循环下矿车总质量。

7.根据权利要求1所述的重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，其特征在于，步骤S4中，发电机发电时间t的控制策略如下：

当t≤0,则矿车装载过程发电机无需发电；

当0<t≤△t₂时，则矿车装载过程发电机以p发电t秒；

当t>△t₂时，则计算需求发电功率p₁，具体的：

对比p₁与发电机最大发电功率p₃：

若p₁≤p₃,则矿车装载过程发电机全程以p₁进行发电；

若p₁>p₃,则矿车装载过程发电机以发电机最大发电功率p₃进行发电。

8.根据权利要求1所述的重载下坡串联混动矿车装载发电时间计算及控制方法，其特征在于，步骤S5中，记录本次循环工况中相关数据，进一步标定△t₁、△t₂、K，以提高计算精度,具体的：

其中，K₁为根据本次循环中整车控制器VCU记录的数据计算得到的能量回收系数；

△t₁₁为根据本次循环中整车控制器VCU记录的数据计算得到的车辆装卸间隔时间；

△t₂₁为根据本次循环中整车控制器VCU记录的数据计算得到的停车装载时间间隔。