CN217048286U - 自动驾驶中长距离持续下坡制动的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动驾驶中长距离持续下坡制动的控制系统，包括电池、直流母线、电制动设备和驱动装置；电制动设备包括制动控制单元和制动电阻；驱动装置包括变频电机和变频调速器；本实用新型提供的控制系统以及应用该控制系统实现的控制方法，AGV在长时间下坡过程中，PLC根据电池电量、母线直流电压和电池充电电流综合判断选择制动方式；通过再生制动和能耗制动配合使用，在实现保护电池性能前提下的同时还可以将部分或者全部的惯性功率储存在蓄电池内部，实现节能；通过制动控制单元实时监测直流母线电压，控制制动单元投入与切除，能够实现精确调速；通过对充电电流、充电电压实时监控并限制，保证电池充电的安全。

Description

自动驾驶中长距离持续下坡制动的控制系统

技术领域

本实用新型涉及属于轨道运输车技术领域，具体是一种自动驾驶中长距离持续下坡制动的控制系统。

背景技术

自动驾驶汽车又称无人驾驶汽车，简称AGV，自动驾驶汽车通过电脑系统实现无人驾驶。如何精确控制制动过程是自动驾驶安全技术研究的重点问题；无人驾驶AGV是用于维修、大修和基建等施工部门执行任务的运输车，载重量大。自动驾驶AGV是将无人驾驶技术应用于AGV上。所以如何精确控制自动驾驶AGV的制动过程是确保自动驾驶AGV安全顺利运行的重要组成部分。

现在AGV常用的制动方式主要分为3类：机械制动-空气制动、电制动-能耗制动以及电制动-再生制动。其中，机械制动-空气制动又称为机械制动或者摩擦制动，机械制动-空气制动主要以压缩空气作为动力；压缩空气由车辆的风源系统供给，通过闸瓦使车轮停止；一来这种制动过程无法实现精确控制，二来这种制动过程是通过摩擦使车轮停止，车辆减速过程中的惯性功率转化为热能，造成能量浪费。电制动-直流制动是通过直流电压产生恒定磁场，磁场产生制动力矩实现制动。该制动过程中的惯性功率通过磁力制动力矩转化为热能损耗在电机转子中，当惯性功率较大时，容易烧坏电机。所以该制动方式不适用于重负载的工况。电制动-能耗制动是应用最广泛的制动方式。电制动-能耗制动过程中，电机产生的电能使母线电压升高，当母线电压升高到上限值时，制动电阻投入，惯性功率通过转化为电阻的热能被消耗，达到稳定调速或者停车的目的。这种制动方式虽然能够达到稳定调速或者停车的目的，但是电能浪费严重。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自动驾驶中长距离持续下坡制动的控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种自动驾驶中长距离持续下坡制动的控制系统，包括蓄能装置、直流母线、电制动设备和驱动装置；所述电制动设备包括制动控制单元和变频调速器；所述驱动装置包括变频电机和制动电阻，所述蓄能装置与直流母线连接，所述变频电机和制动电阻各自通过一条支路与直流母线连接，连接有所述变频电机的支路上还连接有变频调速器，连接有所述制动电阻的支路上还连接有制动控制单元；所述蓄能装置设置有BMS系统；所述电制动设备共若干，若干电制动设备的运行惯性功率不同；每条连接有制动控制单元的支路上均设置有能够控制支路打开或者断开的开关装置，所述开关装置由制动控制单元控制。

作为本实用新型的一种优选技术方案，上述电制动设备共三组，第一组电制动设备的制动功率设定为20％的AGV惯性功率，第二组电制动设备的制动功率设定为50％的AGV惯性功率，第三组电制动设备的制动功率设定为70％的AGV惯性功率。

作为本实用新型的一种优选技术方案，上述蓄能装置为锂电池。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的控制系统，当AGV在长时间下坡过程中，PLC根据电池电量、母线直流电压和电池充电电流综合判断选择制动方式。通过再生制动和能耗制动配合使用，在实现保护电池性能前提下的同时还可以将部分或者全部的惯性功率储存在蓄电池内部，达到节能的目的。通过制动控制单元实时监测直流母线电压，控制制动单元投入与切除，能够实现精确调速；通过对充电电流、充电电压实时监控并限制，保证电池充电的安全。

附图说明

附图1是本实用新型中控制系统系统拓扑与能量流示意图；

附图2是本实用新型中控制系统动力电路图示意图；

附图3是本实用新型中PLC控制器电路图动力电路图示意图；

附图4是本实用新型中控制方法流程图。

图中：1、电池；2、直流母线；3、制动控制单元；4、制动电阻；5、变频电机；6、变频调速器；7、BMS系统；8、开关装置。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动成果前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图1-4，并结合实施例来详细说明本申请。

一种自动驾驶中长距离持续下坡制动的控制系统，包括电池1、直流母线2、电制动设备和驱动装置；电池1为AGV提供驱动电能；

所述电制动设备包括制动控制单元3和制动电阻4；所述驱动装置包括变频电机5和变频调速器6；所述电池1与直流母线2连接，所述变频电机5和制动电阻4各自通过一条支路与直流母线2连接，连接有所述变频电机5的支路上还串联有变频调速器6，变频调速器6给变频电机5提供电能，并通过改变输出电源频率，改变变频电机5速度。连接有所述制动电阻4的支路上还串联有制动控制单元3，制动控制单元3实时监测直流母线2电压，对速度进行精确控制；所述制动控制单元3与PLC双向连接，PLC通过与制动控制单元3双向连接实现获取实时的直流母线2电压信息，实时的直流母线2电压信息能够作为PLC实时控制开关装置8打开或者闭合的一个判断依据；

所述电池1设置有BMS系统7，全称为Battery Management System，对电池1的电量和电压进行监控，能够防止电池1电流或者电压过量，实现对电池1的保护。BMS系统7与PLC双向连接，PLC通过与BMS系统7双向连接能够实时获取电池1的电量和电压信息，实时获取的电池1的电量和电压信息能够作为PLC实时控制开关装置8打开或者闭合的剩余的判断依据。PLC综合直流母线2电压信息、电池1的电量和电压信息选择制动方式。PLC控制电路图如图3所示。

所述电制动设备共若干，若干电制动设备的制动功率不同，每条连接有制动控制单元3的支路上均设置有能够控制支路打开或者断开的开关装置8，若干所述开关装置8与PLC双向连接；如图1和图2所示，在本实施例中共有三套电制动设备和两套驱动装置，三条连接有电制动设备的支路电线分别记为1#制动单元电池接线、2#制动单元电池接线和3#制动单元电池接线；1#制动单元电池接线上的电制动设备的制动功率设定为AGV的运行惯性功率的20％，2#制动单元电池接线上的电制动设备的制动功率设定为AGV的运行惯性功率的50％，3#制动单元电池接线上的电制动设备的制动功率设定为AGV的运行惯性功率的70％；运行惯性功率是指AGV由于启动、制动、加速、减速产生的惯性力所做的功。1#制动单元电池接线、2#制动单元电池接线和3#制动单元电池接线上均连接有开关装置8，分别记为K1、K2和K3；K1、K2和K3由PLC控制打开或者闭合；PLC根据电池1的实时电量、实时电压以及实时直流母线2电压的信息控制K1、K2、K3的打开与闭合，动态选择制动模式。

在本实施例中，驱动装置共两组，两条连接有驱动装置的支路电线分别记为1#变频电机电池接线和2#变频电机电池接线。

AGV正常行驶时，驱动装置通过母线从电池1上获取电能，驱动AGV运行；AGV制动或者下坡时，变频电机5从耗电状态转化为发电状态，变频电机5发电产生的电流流入直流母线2，所述直流母线2中电流升高，为了保证电机速度可控，制动单元时刻监测直流母线2中的电流和电压。

如图4所示，当直流母线2中的电流和电压均高于阈值时，PLC控制K1、K2和K3同时打开，此时为强能耗制动模式，将减速过程中的惯性功率全部转化为热能消耗在制动电阻4上，达到精确控制减速与保护电池1的目的；此时为强能耗制动模式，将减速过程中的惯性功率全部转化为热能消耗在制动电阻4上，此时没有能量分到电池1上，所以虽然不能够达到储能的目的，但是能够精确控制减速与保护电池1。

当电池1电量小于电池1充电电量保护阈值且直流母线2电压小于电池1充电保护电压阈值且电池1充电电流大于充电电流上阈值时，PLC控制K1和K2打开并且K3关闭，此时为中等能耗制动模式，能耗制动与再生制动共同作用；此时为中等能耗制动模式，此时将减速过程中的惯性功率部分通过制动电阻4消耗掉，称为能耗制动，剩余部分惯性功率储存在电池1上，称为再生制动。此过程在保护电池1的基础上，实现部分能量回收，实现节能。

当电池1电量小于电池1充电电量保护阈值并且直流母线2电压小于电池1充电保护电压阈值且电池1充电电流小于充电电流上阈值但大于充电电流下阈值，PLC控制K1打开并且K3和K2关闭，此时为弱能耗制动模式，能耗制动与再生制动共同作用。此时为弱能耗制动模式，与步骤二中一样，此时将减速过程中的惯性功率部分通过制动电阻4消耗掉，称为能耗制动，剩余部分惯性功率储存在电池1上，称为再生制动。此过程在保护电池1的基础上，实现部分能量回收，实现节能，但是由于本步骤制动功率较低，所以电池1储存能量比步骤二高。

当电池1电量小于电池1充电电量保护阈值且直流母线2电压小于电池1电压保护阈值且电池1充电电流小于充电电流下阈值时，PLC控制K1、K2和K3切除，只有再生制动起作用。此时，只有再生制动起作用，全部的能量均在电池1上储存起来，既能够保护电池1，又能够将全部能量回收。

充电保护电压阈值和充电电量保护阈值的大小百分比设定与所选电池容量、电池性能、AGV的惯性功率大小、使用场景的坡度、运行时长、上坡与下坡时间比率等综合因素有关；百分比设置值较大时，减弱能耗制动作用，增强再生制动作用；较小时，对电池的保护力度加大；

充电电流上阈值是为了保护充电电池不过热，在连续大电流充电时，电池组会发热。充电电流上阈值根据不同电池的性能选定；充电电流下阈值是能耗制动退出，完全靠再生制动的临界点，充电电流下阈值与AGV的惯性功率大小、使用场景的坡度、下坡时长等综合因素有关；百分比设置值范围内较大时，减弱能耗制动作用，增强再生制动作用；根据电池具体选型、使用场景、工程实施设置阈值大小。

以上的，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种自动驾驶中长距离持续下坡制动的控制系统，包括电池、直流母线、电制动设备和驱动装置；所述电制动设备包括制动控制单元和制动电阻；所述驱动装置包括变频电机和变频调速器，所述电池与直流母线连接，所述变频电机和制动电阻各自通过一条支路与直流母线连接，连接有所述变频电机的支路上还串联有变频调速器，连接有所述制动电阻的支路上还串联有制动控制单元；其特征在于，所述电池设置有BMS系统；所述电制动设备共若干，若干所述电制动设备的制动功率不同；每条连接有制动控制单元的支路上均设置有能够控制支路打开或者断开的开关装置，若干所述开关装置、若干所述制动控制单元、若干所述变频电机以及BMS系统均与PLC双向连接。

2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶中长距离持续下坡制动的控制系统，其特征在于，所述电制动设备共三组，第一组电制动设备的制动功率设定为20％的AGV惯性功率，第二组电制动设备的制动功率设定为50％的AGV惯性功率，第三组电制动设备的制动功率设定为70％的AGV惯性功率。

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