一种装载机控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种装载机控制系统及方法，包括第一电机、第二电机及行星齿轮组；通过设置双电机与行星排配合，从而实现铲装工况下，电机不堵转，从而一方面保证电机不堵转过热而降功率运行产生的输出扭矩减小驱动力不足状况的发生，也避免了电机堵转造成的能量以发热的形式的浪费，从而保证装载机的稳定工作效率和电耗；此外，通过采用双电机同时工作，可以获得更大的制动扭矩。更大的制动扭矩。更大的制动扭矩。

【技术实现步骤摘要】
一种装载机控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及车辆控制的
，具体涉及一种装载机控制系统及方法。

技术介绍

[0002]传统装载机的动力系统包括发动机、液力变矩器和变速箱三部分，液力变矩器的转速和扭矩可以根据负载的变化而改变，有自动变扭、变速功能。当铲装阻力很大时，车速接近零，液力变矩器有最大的变矩能力，克服铲装阻力，同时发动机还能保持一定转速运行。
[0003]现有的电动装载机往往设置为，电机带一个变速箱，没有液力变矩器，当铲装阻力很大时，靠电机自身的能力来克服阻力，车速为零时，电机会发生堵转。
[0004]现有电动装载机在铲装工况下，车速非常低，会存在很多车速为0km/h的情况，上述情况下电机处于堵转状态，短时间内发热严重，当电机过热时，电机会降功率运行，减小输出扭矩，无法提供足够的驱动力，且电机堵转时，能量会以发热的形式浪费。装载机的工作场景也决定了电机低速及堵转工况会经常出现，一旦电机降功率运行，将会严重影响装载机工作效率和电耗。
[0005]因此亟需提供一种装载机控制系统及方法，从而能够实现电动装载机在铲装工况下，保持电机持续运行，且不会因为堵转引发功率下降和电能浪费。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中存在的缺陷与不足，本专利技术提供了一种装载机控制系统及方法。
[0007]本专利技术提供的技术方案如下：一种装载机控制系统，所述系统包括第一电机(EM1)、第二电机(EM2)和行星齿轮组(P)，所述第一电机(EM1)经第一输入齿轮组(GR1)与所述行星齿轮组连接，所述第二电机(EM2)经第二输入齿轮组(GR2)与所述行星齿轮组连接，所述行星齿轮组经输出齿轮组(GR3)连接前桥输出轴和后桥输出轴。
[0008]进一步地，所述第一输入齿轮组(GR1)包括与第一电机(EM1)的输出轴(S1)固定连接的第一输入主动齿轮(G11)以及和中间轴(S3)固定连接的第一输入从动齿轮(G12)，所述第一输入主动齿轮(G11)与第一输入从动齿轮(G12)对应啮合。
[0009]进一步地，所述第二输入齿轮组(GR2)包括与第二点机(EM2)的输出轴(S2)固定连接的第二输入主动齿轮(G21)以及和行星齿轮组(P)固定连接的第二输入从动齿轮(G22)，所述第二输入主动齿轮(G21)与第二输入从动齿轮(G22)对应啮合。
[0010]进一步地，所述输出齿轮组(GR3)包括与行星齿轮组(P)固定连接的输出主动齿轮(G31)以及与输出轴(S5)固定连接的输出从动齿轮(G32)，所述输出主动齿轮(G31)与输出从动齿轮(G32)对应啮合，所述输出轴(S5)的两端分别连接前桥输出轴和后桥输出轴。
[0011]进一步地，所述行星齿轮组(P)包括太阳轮(PS)、行星轮、行星架(PC)和齿圈(PR)，其中，所述太阳轮(PS)通过中间轴(S3)与第一输入从动齿轮(G12)固定连接，所述齿圈(PR)
与第二输入从动齿轮(G22)固定连接，所述行星轮位于太阳轮(P1)与齿圈(P4)之间并分别与太阳轮(P1)与齿圈(P4)对应啮合，连接行星轮的所述行星架(PC)通过行星轴(S4)与输出主动齿轮(G31)固定连接。
[0012]进一步地，所述系统包括铲装工况、行车工况、及回馈工况；
[0013]1)铲装工况时，铲装阻力大，车速为0km/h，对应的行星架转速nc为0rpm，太阳轮和齿圈的转速关系满足
[0014]ns+knr＝0，
[0015]其中，ns为太阳轮转速，nr为齿圈转速，k为齿圈和太阳轮的齿数比；
[0016]此时电机正常工作，不会堵转；行星排的转矩关系满足：
[0017]Ts：Tc：Tr＝1：k：
‑
(1+k)
[0018]其中，Ts为太阳轮转矩，Tc为行星架转矩，Tr为齿圈转矩，
[0019]在铲装工况下，行星排通过行星架保持对外输出转矩，且转矩大小为第一电机的(1+k)倍，此时第一电机发电，第二电机驱动，不存在电机堵转导致的发热损失；
[0020]2)行车工况时，铲装阻力小，车速大于0km/h；通过调整第一电机的转速，能够改变装载机的车速，满足车速需求；
[0021]3)回馈工况时，车速高于预设阈值后实现能量回馈，此时行星架为输入端，第一电机和第二电机为输出端，两个电机同时发电，回馈能量。
[0022]还提出一种根据装载机控制方法，包括以下步骤：
[0023]1)当车速为V时，计算得到行星架的转速nc；
[0024]2)把第一电机EM1的工作转速范围(
‑
n
1max
，+n
1max
)分成等间距的多个转速点n
1i
；
[0025]3)通过查询第一电机EM1外特性图得到第一电机每个转速点n
1i
下第一电机EM1的最大输出扭矩T
1max
，计算得到与最大输出扭矩T
1max
对应的系统输出扭矩为
‑
i1·
T
1max
·
(1+k)；其中i1是第一电机EM1的输出轴速比；
[0026]4)通过确定的第一电机EM1和第二电机EM2的转速关系，计算得到第二电机EM2的转速n
2i
；
[0027]5)通过查询第二电机EM2外特性图得到第二电机每个转速点n
2i
下第二电机EM2的最大输出扭矩T
2max
，计算得到与最大输出扭矩T
2max
对应的系统输出扭矩为
‑
i2·
T
2max
·
(1+k)/k；其中i2是第二电机EM2的输出轴速比；
[0028]6)比较
‑
i1·
T
1max
·
(1+k)和
‑
i2·
T
2max
·
(1+k)/k，取绝对值小的作为车速V时的系统最大扭矩；
[0029]7)通过同样方法计算得到每个车速下的系统最大扭矩，做成系统外特性表，且确定每个外特性点下第一电机EM1和第二电机EM2的对应转速。
[0030]进一步地，所述步骤7)中，确定每个外特性点下第一电机EM1和第二电机EM2的对应转速过程为：当驾驶员踩下加速踏板时，得到加速踏板开度α，在当前车速下查询系统外特性表得到该车速下的系统最大输出扭矩T
max
，再根据T
req
＝T
max
×
α计算得到驾驶员的需求扭矩T
req
，根据行星排的转矩关系Tc：Tr＝k：
‑
(1+k)，计算得到第二电机EM2的目标扭矩根据系统最大输出扭矩T
max
获得第一电机EM1的转速，把该转速设为第一电机EM1的目标转速n
1aim
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装载机控制系统，其特征在于：所述系统包括第一电机(EM1)、第二电机(EM2)和行星齿轮组(P)，所述第一电机(EM1)经第一输入齿轮组(GR1)与所述行星齿轮组连接，所述第二电机(EM2)经第二输入齿轮组(GR2)与所述行星齿轮组连接，所述行星齿轮组经输出齿轮组(GR3)连接前桥输出轴和后桥输出轴。2.根据权利要求1所述的一种装载机控制系统，其特征在于：所述第一输入齿轮组(GR1)包括与第一电机(EM1)的输出轴(S1)固定连接的第一输入主动齿轮(G11)以及和中间轴(S3)固定连接的第一输入从动齿轮(G12)，所述第一输入主动齿轮(G11)与第一输入从动齿轮(G12)对应啮合。3.根据权利要求2所述的一种装载机控制系统，其特征在于：所述第二输入齿轮组(GR2)包括与第二点机(EM2)的输出轴(S2)固定连接的第二输入主动齿轮(G21)以及和行星齿轮组(P)固定连接的第二输入从动齿轮(G22)，所述第二输入主动齿轮(G21)与第二输入从动齿轮(G22)对应啮合。4.根据权利要求3所述的一种装载机控制系统，其特征在于：所述输出齿轮组(GR3)包括与行星齿轮组(P)固定连接的输出主动齿轮(G31)以及与输出轴(S5)固定连接的输出从动齿轮(G32)，所述输出主动齿轮(G31)与输出从动齿轮(G32)对应啮合，所述输出轴(S5)的两端分别连接前桥输出轴和后桥输出轴。5.根据权利要求4所述的一种装载机控制系统，其特征在于：所述行星齿轮组(P)包括太阳轮(PS)、行星轮、行星架(PC)和齿圈(PR)，其中，所述太阳轮(PS)通过中间轴(S3)与第一输入从动齿轮(G12)固定连接，所述齿圈(PR)与第二输入从动齿轮(G22)固定连接，所述行星轮位于太阳轮(P1)与齿圈(P4)之间并分别与太阳轮(P1)与齿圈(P4)对应啮合，连接行星轮的所述行星架(PC)通过行星轴(S4)与输出主动齿轮(G31)固定连接。6.根据权利要求5所述的一种装载机控制系统，其特征在于：所述系统包括铲装工况、行车工况、及回馈工况；1)铲装工况时，铲装阻力大，车速为0km/h，对应的行星架转速nc为0rpm，太阳轮和齿圈的转速关系满足ns+knr＝0，其中，ns为太阳轮转速，nr为齿圈转速，k为齿圈和太阳轮的齿数比；此时电机正常工作，不会堵转；行星排的转矩关系满足：Ts：Tc：Tr＝1：k：
‑
(1+k)其中，Ts为太阳轮转矩，Tc为行星架转矩，Tr为齿圈转矩，在铲装工况下，行星排通过行星架保持对外输出转矩，且转矩大小为第一电机的(1+k)倍，此时第一电机发电，第二电机驱动，不存在电机堵转导致的发热损失；2)行车工况时，铲装阻力小，车速大于0km/h；通过调整第一电机的转速，能够改变装载机的车速，满足车速需求；3)回馈工况时，车速高于预设阈值后实现能量回馈，此时行星架为输入端，第一电机和第二电机为输出端，两个电机同时发电，回馈能量。7.一种根据装载机控制方法，其特征在于：包括以下步骤：1)当车速为V时，计算得到行星架的转速nc；2)把第一电机EM1的工作转速范围(
‑
n
1max
，+n
1max
)分成等间距的多个转速点n
1i
；
3)通过查询第一电机EM1外特性图得到第一电机每个转速点n
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下第...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝庆军，陆中华，
申请(专利权)人：凯博易控车辆科技苏州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：