前后桥独立驱动装载机结构及转矩动态分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种前后桥独立驱动装载机结构及转矩动态分配方法，所述结构包括：发动机、发电机、整流器、超级电容、三个驱动电机、液压泵、工作装置、前驱动桥、后驱动桥、两个前轮、两个后轮、整车控制器、发动机控制器、超级电容控制器、三个驱动电机控制器、液压泵控制器、四个车轮传感器、前驱动桥传感器、后驱动桥传感器、运行指令组成。所述方法为采集运行指令和车辆行驶状态参数，对所采集的数据进行处理计算；根据处理的数据，采用相应的控制策略进行控制，并根据控制策略向各驱动电机发出转矩控制指令。本发明专利技术能够根据前后桥载荷变化合理地进行前后桥转矩分配,提高整车的能量利用率,同时,该系统还能提高车辆在极限工况的动力性,充分发挥独立驱动的优势。

【技术实现步骤摘要】
前后桥独立驱动装载机结构及转矩动态分配方法
本专利技术涉及一种前后桥独立驱动装载机结构及转矩动态分配方法。
技术介绍
装载机在作业过程中，作用在铲斗上的外载荷变化范围很大，使作用在前后桥上桥荷大小也发生了变化。空载时，前桥桥荷占装载机自重的40％-45％，后桥桥荷占装载机自重的60％-55％；满载时，前桥桥荷占装载机自重的75％-80％，后桥桥荷占装载机自重的25％-20％。但是目前的专利或产品很少有结合前后桥载荷变化来进行转矩分配控制，前后桥载荷变化，使前后轮的附着力矩也会随之变化，根据前后轮的附着力矩，进行各驱动电机转矩合理分配，才能使整车各项性能如动力性、经济性和稳定性更为优越。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种前后桥独立驱动装载机结构及转矩动态分配方法。本专利技术之前后桥独立驱动装载机结构是由发动机、发电机、整流器、超级电容、第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、液压泵、工作装置、前驱动桥、后驱动桥、两个前轮、两个后轮、整车控制器、发动机控制器、超级电容控制器、第一驱动电机控制器、第二驱动电机控制器、第三驱动电机控制器、液压泵控制器、四个车轮传感器、前驱动桥传感器、后驱动桥传感器、运行指令组成。所述发动机与所述发电机械连接，所述发电机发出的交流电经整流器成直流电与所述超级电容放出的电并联，传给所述第一驱动电机、所述第二驱动电机和所述第三驱动电机，所述第二驱动电机与所述前驱动桥机械连接，驱动所述两个前轮，所述第二驱动电机与所述后驱动桥机械连接，驱动所述两个后轮；所述第三驱动电机将动力经所述液压泵传递给所述工作装置；所述运行指令信号包括加速踏板开度，制动踏板开度，工作装置操纵杆位移；所述车轮传感器采集的信号包括车轮滚动半径，车轮角速度，车轮中心的速度；前后桥传感器采集的信号包括前后桥桥荷。所述发动机控制器与所述整车控制器相连,用于根据接收到的所述整车控制器的控制信号控制所述发动机的工作状态；所述超级电容控制器与所述整车控制器相连,用于接收所述整车控制器的控制信号；所述第一驱动电机控制器与所述整车控制器相连,用于根据接收到的所述整车控制器的控制信号控制所述第一驱动电机的工作状态；所述第二驱动电机控制器与所述整车控制器相连,用于根据接收到的所述整车控制器的控制信号控制所述第二驱动电机的工作状态；所述第三驱动电机控制器与所述整车控制器相连,用于根据接收到的所述整车控制器的控制信号控制所述第三驱动电机的工作状态；所述液压泵控制器与所述整车控制器相连,用于根据接收到的所述整车控制器的控制信号控制所述液压泵的工作状态；所述整车控制器通过CAN总线采集运行指令信号，车轮传感器信号，前后桥传感器信号，发动机控制器信号，超级电容控制器信号，第一驱动电机控制器信号，第二驱动电机控制器信号，第三驱动电机控制器信号，液压泵控制器信号，车轮传感器信号，计算需求转矩并判断车轮是否出现打滑现象，采用相应的控制策略对所述发动机、所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机的控制器发出转矩控制指令控制所述发动机、所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机的运行状态，对所述液压泵的控制器发出排量或压力控制指令控制所述液压泵的运行状态。本专利技术之前后桥独立驱动装载机结构的转矩动态分配方法包括以下步骤：1)采集运行指令和车辆行驶状态参数，对所采集的数据进行处理计算；2)根据处理的数据，采用相应的控制策略进行控制,并根据控制策略向各驱动电机发出转矩控制指令。所述的步骤1)中采集的数据包括加速踏板开度，制动踏板开度，工作装置操纵杆位移，前后桥载荷，车轮滚动半径，车轮角速度，车轮中心的速度，加速度，前后桥桥荷。所述的步骤1)中数据处理计算具体为：a)计算整车需求转矩其中，Treq，Tmin_α，Tmax_α，α，M，ΔM，ηT，g，i，CD，A，ig分别为需求转矩，最大车速时需求转矩，最大加速时需求转矩，载重比例系数，空载车质量，加载量，传动效率，重力加速度，道路坡度，空气阻力系数，迎风面积，电机到车轮传动比，0.02为压实的沙砾路面上的滚动阻力系数；α可取0或1，其中取0表示空载，取1表示满载。b)判断车轮是否出现打滑现象Δui＝r·wi-ui其中，Δui，r，wi，ui分别为实际车速与单个车轮车速速度差，车轮滚动半径，车轮角速度，车轮中心的速度，i＝1，2，3，4分别为前左轮，前右轮，后左轮，后右轮；所述的步骤2)具体为：设定约束条件如下：Tdown2＜Tdown1＜Tup2＜Tup1Tmin_0＜Tup2＜Tmin_1＜Tup1Tmax_0＜Tup1+Tup2Tmax_1＜Tlim1+Tlim2其中，Tup1，Tdown1，Tlim1分别为前桥电机经济转矩上限，经济转矩下限，最大转矩；Tup2，Tdown2，Tlim2分别为后桥电机经济转矩上限，经济转矩下限，最大转矩。前后桥电机取不同电机，前桥电机转矩大于后桥电机转矩；为满足装载机的经济性和动力性，空载最大车速时需求转矩小于后桥电机经济转矩上限，满载最大车速时需求转矩小于前桥电机经济转矩上限，空载最大加速时需求转矩小于前后桥电机经济转矩上限之和，满载最大加速时需求转矩小于前后桥电机最大转矩之和。a)当Δui＝0且Treq≤Tup1+Tup2时，以经济性为目标，具体为设定控制目标函数为：其中，k，n1，η1为前桥电机转矩值占当前整车总需求转矩的比例，转速，在当前转矩和转速下的效率，k＝0～1；n2，η2为后桥电机转速，在当前转矩和转速下的效率；设定约束条件如下：Treq＝T1+T2T1＝k·TreqT2＝(1-k)·Treq其中，T1，T2分别为为前桥电机发出转矩，后桥电机发出转矩；a1)当Treq≤Tup2时，控制策略为整车采用后桥独立驱动方式，具体为：T2＝TreqT1＝0a2)当Tup2＜Treq≤Tup1控制策略为整车采用前桥独立驱动方式，具体为：T1＝TreqT2＝0a3)当Treq＞Tup1时，控制策略为整车采用前后桥同时驱动方式，具体为：Tdown1＜T1＜Tup1Tdown2＜T2＜Tup2根据控制目标函数和约束条件计算前后桥驱动电机所分配的转矩；b)当Δui＝0且Treq＞Tup1+Tup2时，以动力性为目标，控制策略为整车采用前后桥同时驱动方式，具体为：T1＝Tlim1T2＝Treq-Tlim1c)当Δui≠0时，即出现滑转现象，以动力性为目标，设定约束条件如下：Treq＝T1+T2Tzi＝μiFzirigT1≤min(2Tz1，2Tz2)T2≤min(2Tz3，2Tz4)其中，Tzi，μi，Fzi分别为车轮最大附着力矩，车轮与路面之间的附着系数，车轮的垂直载荷；c1)空载时出现滑转现象，优先采用后桥电机驱动，具体为：T2＝min(2Tz3，2Tz4，Treq)T1＝Treq-T2c2)满载时出现滑转现象，优先采用前桥电机驱动，具体为：T1＝min(2Tz1，2Tz2，Treq)T2＝Treq-T1根据约束条件计算前后桥驱动电机所分配的转矩。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、采用电机驱动车桥的驱动型式，保留了传统装载机的驱动桥，使整车的结构变化小。2、本专利技术采用前后桥单独驱动，相比于传统车与串联式混合动力单电机驱动的效率高，经济性好。3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种前后桥独立驱动装载机结构，其特征在于：前后桥独立驱动结构由发动机(4)、发电机(5)、整流器(6)、超级电容(7)、第一驱动电机(1)、第二驱动电机(2)、第三驱动电机(3)、液压泵(8)、工作装置(9)、前驱动桥(FDA)、后驱动桥(RDA)、前轮(11)、后轮(12)、整车控制器(VCU)、发动机控制器(ECU)、超级电容控制器(CCU)、第一驱动电机控制器(MCU1)、第二驱动电机控制器(MCU2)、第三驱动电机控制器(MCU3)、液压泵控制器(PCU)、车轮传感器、前驱动桥传感器、后驱动桥传感器、运行指令(10)组成；所述发动机(4)与所述发电机机(5)机械连接，所述发电机(5)发出的交流电经整流器(6)成直流电与所述超级电容(7)放出的电并联，传给所述第一驱动电机(1)、所述第一驱动电机(2)和所述第三驱动电机(3)，所述第一驱动电机(1)与所述前驱动桥机械连接，驱动所述前轮(11)，所述第一驱动电机(2)与所述后驱动桥机械连接，驱动所述后轮(12)；所述第三驱动电机(3)将动力经所述液压泵(8)传递给所述工作装置(9)；所述发动机控制器(ECU)、第一驱动电机控制器(MCU1)、第二驱动电机控制器(MCU2)、第三驱动电机控制器(MCU3)、液压泵控制器(PCU)与所述整车控制器(VCU)相连，分别用于根据接收到的所述整车控制器(VCU)的控制信号控制所述发动机(4)、超级电容(7)、第一驱动电机(1)、第一驱动电机(2)、第三驱动电机(3)液压泵(8)的工作状态，并将各工作状态反馈到所述整车控制器(VCU)；超级电容控制器(CCU)与所述整车控制器(VCU)相连，将工作状态反馈到所述整车控制器(VCU)；所述整车控制器(VCU)通过CAN总线采集运行指令信号，车轮传感器 信号，前后桥传感器信号，发动机控制器(ECU)信号，超级电容控制器(CCU)信号，第一驱动电机控制器(MCU1)信号，第二驱动电机控制器(MCU2)信号，第三驱动电机控制器(MCU3)信号，液压泵控制器(PCU)信号，计算需求转矩并判断车轮是否出现打滑现象，采用相应的控制策略对所述发动机、所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机的控制器发出转矩控制指令控制所述发动机、所述第一驱动电机(1)、所述第一驱动电机(2)、所述第三驱动电机(3)的运行状态，对所述液压泵的控制器发出排量或压力控制指令控制所述液压泵的运行状态。...

【技术特征摘要】
1.一种前后桥独立驱动装载机结构，其特征在于：前后桥独立驱动结构由发动机(4)、发电机(5)、整流器(6)、超级电容(7)、第一驱动电机(1)、第二驱动电机(2)、第三驱动电机(3)、液压泵(8)、工作装置(9)、前驱动桥(FDA)、后驱动桥(RDA)、前轮(11)、后轮(12)、整车控制器(VCU)、发动机控制器(ECU)、超级电容控制器(CCU)、第一驱动电机控制器(MCU1)、第二驱动电机控制器(MCU2)、第三驱动电机控制器(MCU3)、液压泵控制器(PCU)、车轮传感器、前驱动桥传感器、后驱动桥传感器、运行指令(10)组成；所述发动机(4)与所述发电机(5)机械连接，所述发电机(5)发出的交流电经整流器(6)成直流电与所述超级电容(7)放出的电并联，传给所述第一驱动电机(1)、所述第二驱动电机(2)和所述第三驱动电机(3)，所述第一驱动电机(1)与所述前驱动桥机械连接，驱动所述前轮(11)，所述第二驱动电机(2)与所述后驱动桥机械连接，驱动所述后轮(12)；所述第三驱动电机(3)将动力经所述液压泵(8)传递给所述工作装置(9)；所述发动机控制器(ECU)、第一驱动电机控制器(MCU1)、第二驱动电机控制器(MCU2)、第三驱动电机控制器(MCU3)、液压泵控制器(PCU)与所述整车控制器(VCU)相连，分别用于根据接收到的所述整车控制器(VCU)的控制信号控制所述发动机(4)、超级电容(7)、第一驱动电机(1)、第二驱动电机(2)、第三驱动电机(3)、液压泵(8)的工作状态，并将各工作状态反馈到所述整车控制器(VCU)；超级电容控制器(CCU)与所述整车控制器(VCU)相连，将工作状态反馈到所述整车控制器(VCU)；所述整车控制器(VCU)通过CAN总线采集运行指令信号，车轮传感器信号，前后桥传感器信号，发动机控制器(ECU)信号，超级电容控制器(CCU)信号，第一驱动电机控制器(MCU1)信号，第二驱动电机控制器(MCU2)信号，第三驱动电机控制器(MCU3)信号，液压泵控制器(PCU)信号，计算需求转矩并判断车轮是否出现打滑现象，采用相应的控制策略对所述发动机、所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机的控制器发出转矩控制指令控制所述发动机、所述第一驱动电机(1)、所述第二驱动电机(2)、所述第三驱动电机(3)的运行状态，对所述液压泵的控制器发出排量或压力控制指令控制所述液压泵的运行状态。2.根据权利要求1所述的一种前后桥独立驱动装载机结构的转矩动态分配方法，其特征在于：所述运行指令(10)包括加速踏板开度，制动踏板开度，工作装置操纵杆位移；所述车轮传感器采集的信号包括车轮滚动半径，车轮角速度，车轮中心的速度；前后桥传感器采集的信号包括前后桥桥荷。3.一种权利要求1所述前后桥独立驱动装载机结构的转矩动态分配方法，该方法包括以下步骤：1)、采集运行指令和车辆行驶状态参数，对所采集的数据进行处理计算；2)、根据处理的数据，采用相应的控制策略进行控制,并根据控制策略向各驱动电机发出转矩控制指令。4.根据权利要求3所述的一种前后桥独立驱动装载机结构的转矩动态分配方法，其特征在于：所述的步骤1)中采集的数据包括加速踏板开度，制动踏板开度，工作装置操纵杆位移，前后桥载荷，车轮滚动半径，车轮角速度，车轮中心的速度，加速度，前后桥桥荷。5.根据权利要求3所述的一种前后桥独立驱动装载机结构的转矩动态分配方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继新，丛元英，韩云武，冯双诗，孔维康，文立阁，王树睿，毕良华，杨松，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22