一种轮边驱动矿卡及其制动控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种轮边驱动矿卡及其制动控制系统和方法，轮边驱动矿卡采用中后轴驱动，对应各车轮设置液压制动器，对应各中后轴车轮设置驱动电机总成，同时设置物料质量检测机构，制动控制系统及方法根据矿卡多个控制机构的状态分析矿卡的制动模式，并结合物料质量变化对制动力需求进行分模式计算，使制动力需求结果更细化准确，避免因制动力请求偏差导致制动冲击过大或制动力不足；根据车速和不同物料质量下的载荷分布估计最大地面制动力，并结合驱动电机总成允许制动扭矩和液压制动能力，得到各轮最大允许制动扭矩，防止输出制动扭矩过大导致轮胎抱死；以电池不过冲、避免低速电制动电机反转为前提，以电制动优先为原则分配制动扭矩，获得最大的制动回收能量。获得最大的制动回收能量。获得最大的制动回收能量。

【技术实现步骤摘要】
一种轮边驱动矿卡及其制动控制系统和方法


[0001]本专利技术涉及新能源工程机械
，特别是一种轮边驱动矿卡及其制动控制系统和方法。

技术介绍

[0002]随着工程机械电动化的逐渐加速，电动矿卡已成为各大矿山、砂石骨料场越来越常见的产品。与燃油车相比，电动矿卡优势明显：一是有电缓行和电制动的功能，对车辆的轮胎、刹车损耗降低；二是维修保养费用低，减掉了发动机的维保费用；三是能耗低，尤其在重载下工况能耗费用大大降低；四是噪音低，提高了驾驶舒适性。并且随着国家双碳战略目标落地推进，矿卡电动化是必然趋势。
[0003]相对于集中驱动形式，电动矿卡的轮边驱动技术因各电机可独立控制的特性，为动力学控制带来了更多可能性。将分布式驱动技术应用在矿卡上可以实现驱动轮转矩的协调控制，减少轮胎打滑与磨损，有利于提高整机的动力性与经济性。
[0004]作为物料运输的主要设备，矿卡在矿场上进行土方作业，典型的工作流程是在指定的装载区进行装载，装满后运到卸载区，完成卸载，再回到装载区进行下一个装载
‑
卸载循环，过程中需要频繁制动，针对采用轮边驱动的矿卡，可以通过对各轮电制动扭矩和液压制动扭矩的动态分配，在满足制动力需求的同时回收更多的制动能量。
[0005]现有的轮边驱动制动力控制方案提出了一些复合制动控制方法，但这些方法主要针对电动汽车，电动汽车与矿卡应用场景不同，两者制动模式及影响因素亦不同，因此传统的电动汽车轮边驱动复合制动控制方法无法适用于电动矿卡。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种轮边驱动矿卡及其制动控制系统和方法，能够适用于电动矿卡的多种制动模式，且可根据制动力需求动态调整制动力分配，在满足电动矿卡制动力需求的同时回收更多的制动能量。本专利技术采用的技术方案如下。
[0007]一方面，本专利技术提供一种轮边驱动矿卡，包括：
[0008]液压制动控制系统，包括液压制动控制单元，和对应各车轮分别设置并由所述液压制动控制单元分别控制的液压制动器，所述液压制动器用于对各对应的车轮输出液压制动扭矩；
[0009]驱动电机总成，对应中轴和后轴所连的各车轮分别设置，用于驱动相应的车轮转动以及对相应的车轮输出电制动扭矩；
[0010]能量回收单元，包括蓄电池，用于在所述驱动电机总成向车轮输出电制动扭矩时，回收制动能量；
[0011]料斗作业单元，设有物料质量检测装置；
[0012]车辆运行状态检测单元，用于采集整车运行状态信息；
[0013]主控制器，用于接收物料质量检测装置输出的物料质量信息，以及根据制动需求、
所述物料质量信息、所述蓄电池的荷电状态和整车运行状态信息，控制各驱动电机总成的电制动扭矩输出，和/或，通过所述液压制动控制单元控制所述各液压制动器的液压制动扭矩输出。
[0014]本专利技术上述的轮边驱动矿卡，采用中轴和后轴轮边驱动形式，通过对应各车轮设置液压制动器以及对应各后轮设置驱动电机总成，并采集物料质量信息和车辆运行状态信息，能够支持主控制器根据采集到的信息实现不同制动模式和物料质量下的制动扭矩动态分配。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种第一方面所述轮边驱动矿卡的制动控制系统，所述车辆运行状态检测单元包括车速传感器；制动控制系统包括：制动踏板、急停开关、缓速手柄、油门踏板、换挡手柄以及所述主控制器；
[0016]所述制动踏板的不同开度对应不同的目标加速度，所述急停开关状态用于向主控制器传输紧急制动请求，所述缓速手柄包括多个档位，各档位分别对应一组目标车速和目标制动加速度；
[0017]所述主控制器被配置为：
[0018]接收所述物料质量检测装置输出的物料质量信息，所述车速传感器输出的整车行驶速度信息，制动踏板和油门踏板的开度信息，急停开关、缓速手柄和换挡手柄的位置信息，所述驱动电机总成反馈的输出轴转速和电制动扭矩限值，以及蓄电池荷电状态信息；
[0019]根据制动踏板和油门踏板的开度信息，急停开关、缓速手柄和换挡手柄的位置信息，以及物料质量信息，分析得到制动力需求数据；
[0020]根据所述输出轴转速、电制动扭矩限值和物料质量信息，分析得到各轴允许的最大纯电制动力矩、最大纯液压制动力矩和最大电液复合制动力矩；
[0021]根据所述整车行驶速度信息、蓄电池荷电状态信息、制动力需求数据、最大纯电制动力矩、最大纯液压制动力矩和最大电液复合制动力矩，对各轮进行液压制动力矩和电制动力矩的分配。
[0022]第三方面，本专利技术提供一种第一方面所述轮边驱动矿卡的制动控制方法，包括：
[0023]获取矿卡的物料质量信息、整车行驶速度信息、制动踏板和油门踏板的开度信息、急停开关和缓速手柄的位置信息、驱动电机总成的输出轴转速和电制动扭矩限值，以及蓄电池荷电状态信息；
[0024]根据制动踏板和油门踏板的开度信息、急停开关和缓速手柄的位置信息和物料质量信息，分析得到制动力需求数据；
[0025]根据所述输出轴转速、电制动扭矩限值和物料质量信息，分析得到各轴允许的最大纯电制动力矩、最大纯液压制动力矩和最大电液复合制动力矩；
[0026]根据所述整车行驶速度信息、蓄电池荷电状态信息、制动力需求数据、最大纯电制动力矩、最大纯液压制动力矩和最大电液复合制动力矩，对各轮进行液压制动力矩和电制动力矩的分配。
[0027]可选的，所述根据制动踏板和油门踏板的开度信息、急停开关和缓速手柄的位置信息和物料质量信息，分析得到制动力需求数据，包括：
[0028]根据制动踏板和油门踏板的开度信息，急停开关、换挡手柄和缓速手柄的位置信息，判断制动模式，所述制动模式包括：急停制动模式、行车制动模式、缓行制动模式、滑行
制动模式和缓行调速模式；
[0029]若制动模式为缓行调速模式，则根据缓行档位对应的目标车速与当前车速的偏差，和当前物料质量，计算制动力需求；
[0030]若制动模式为缓行调速模式之外的其它制动模式，则根据制动踏板的开度、油门踏板的开度或急停开关的位置确定目标制动加速度，并根据当前车速计算当前制动加速度，然后根据目标制动加速度与当前制动加速度的偏差，和当前物料质量，计算制动力需求；
[0031]若矿卡为非制动模式，则制动力需求为0。
[0032]可选的，缓速手柄包括多个缓行档位，多个缓行档位的目标车速依次降低，目标制动加速度依次增大。
[0033]所述根据制动踏板和油门踏板的开度信息，急停开关、换挡手柄和缓速手柄的位置信息，判断制动模式，包括：
[0034]若急停开关位置为按下状态，则制动模式为急停制动模式，对应的目标制动加速度为最大值；
[0035]若制动踏板开度大于0度，则制动模式为行车制动模式，对应的目标制动加速度根据制动踏板的开度计算得到；
[0036]若缓行档位大于0，且当前车速在缓行档位所对应目标车速的设定倍数以下，则制动模式为缓行调速模式；否则判断是否满足油门踏板开度不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轮边驱动矿卡，其特征是，包括：液压制动控制系统，包括液压制动控制单元，和对应各车轮分别设置并由所述液压制动控制单元分别控制的液压制动器，所述液压制动器用于对各对应的车轮输出液压制动扭矩；驱动电机总成，对应中轴和后轴所连的各车轮分别设置，用于驱动相应的车轮转动以及对相应的车轮输出电制动扭矩；能量回收单元，包括蓄电池，用于在所述驱动电机总成向车轮输出电制动扭矩时，回收制动能量；料斗作业单元，设有物料质量检测装置；车辆运行状态检测单元，用于采集整车运行状态信息；主控制器，用于接收物料质量检测装置输出的物料质量信息，以及根据制动需求、所述物料质量信息、所述蓄电池的荷电状态和整车运行状态信息，控制各驱动电机总成的电制动扭矩输出，和/或，通过所述液压制动控制单元控制所述各液压制动器的液压制动扭矩输出。2.一种权利要求1所述轮边驱动矿卡的制动控制系统，其特征是，所述车辆运行状态检测单元包括车速传感器；制动控制系统包括：制动踏板、急停开关、缓速手柄、油门踏板、换挡手柄以及所述主控制器；所述制动踏板的不同开度对应不同的目标加速度，所述急停开关状态用于向主控制器传输紧急制动请求，所述缓速手柄包括多个档位，各档位分别对应一组目标车速和目标制动加速度；所述主控制器被配置为：接收所述物料质量检测装置输出的物料质量信息，所述车速传感器输出的整车行驶速度信息，制动踏板和油门踏板的开度信息，急停开关、缓速手柄和换挡手柄的位置信息，所述驱动电机总成反馈的输出轴转速和电制动扭矩限值，以及蓄电池荷电状态信息；根据制动踏板和油门踏板的开度信息，急停开关、缓速手柄和换挡手柄的位置信息，以及物料质量信息，分析得到制动力需求数据；根据所述输出轴转速、电制动扭矩限值和物料质量信息，分析得到各轴允许的最大纯电制动力矩、最大纯液压制动力矩和最大电液复合制动力矩；根据所述整车行驶速度信息、蓄电池荷电状态信息、制动力需求数据、最大纯电制动力矩、最大纯液压制动力矩和最大电液复合制动力矩，对各轮进行液压制动力矩和电制动力矩的分配。3.一种权利要求1所述轮边驱动矿卡的制动控制方法，其特征是，包括：获取矿卡的物料质量信息、整车行驶速度信息、制动踏板和油门踏板的开度信息、急停开关和缓速手柄的位置信息、驱动电机总成的输出轴转速和电制动扭矩限值，以及蓄电池荷电状态信息；根据制动踏板和油门踏板的开度信息、急停开关和缓速手柄的位置信息和物料质量信息，分析得到制动力需求数据；根据所述输出轴转速、电制动扭矩限值和物料质量信息，分析得到各轴允许的最大纯电制动力矩、最大纯液压制动力矩和最大电液复合制动力矩；
根据所述整车行驶速度信息、蓄电池荷电状态信息、制动力需求数据、最大纯电制动力矩、最大纯液压制动力矩和最大电液复合制动力矩，对各轮进行液压制动力矩和电制动力矩的分配。4.根据权利要求3所述的制动控制方法，其特征是，所述根据制动踏板和油门踏板的开度信息、急停开关和缓速手柄的位置信息和物料质量信息，分析得到制动力需求数据，包括：根据制动踏板和油门踏板的开度信息，急停开关、换挡手柄和缓速手柄的位置信息，判断制动模式，所述制动模式包括：急停制动模式、行车制动模式、缓行制动模式、滑行制动模式和缓行调速模式；若制动模式为缓行调速模式，则根据缓行档位对应的目标车速与当前车速的偏差，和当前物料质量，计算制动力需求；若制动模式为缓行调速模式之外的其它制动模式，则根据制动踏板的开度、油门踏板的开度或急停开关的位置确定目标制动加速度，并根据当前车速计算当前制动加速度，然后根据目标制动加速度与当前制动加速度的偏差，和当前物料质量，计算制动力需求；若矿卡为非制动模式，则制动力需求为0。5.根据权利要求4所述的制动控制方法，其特征是，缓速手柄包括多个缓行档位，多个缓行档位的目标车速依次降低，目标制动加速度依次增大；所述根据制动踏板和油门踏板的开度信息，急停开关、换挡手柄和缓速手柄的位置信息，判断制动模式，包括：若急停开关位置为按下状态，则制动模式为急停制动模式，对应的目标制动加速度为最大值；若制动踏板开度大于0度，则制动模式为行车制动模式，对应的目标制动加速度根据制动踏板的开度计算得到；若缓行档位大于0，且当前车速在缓行档位所对应目标车速的设定倍数以下，则制动模式为缓行调速模式；否则判断是否满足油门踏板开度不大于0或换挡手柄档位为N档，若不满足则矿卡为非制动模式，若满足则制动模式为滑行制动模式，对应的目标制动加速度为预设的滑行制动加速度。6.根据权利要求4所述的制动控制方法，其特征是，所述根据缓行档位对应的目标车速与当前车速的偏差，和当前物料质量，计算制动力需求，包括：计算缓行档位对应的目标车速与当前车速的偏差；根据当前物料质量所处的额定载重比例区间，查询预设的物料质量与PID参数映射表，确定当前物料质量对应的用于车速闭环PID控制的PID参数；根据所述目标车速与当前车速的偏差以及已确定的PID参数计算制动力需求。7.根据权利要求6所述的制动控制方法，其特征是，所述根据目标车速与当前车速的偏差，以及已确定的PID参数计算制动力需求，计算公式为：式中，k表示闭环PID控制的执行周期计数，F1(k)为缓行调速模式下第k个控制周期的制动力需求；Δv(k)、Δv(k
‑
1)分别为第k个和第k
‑
1个控制周期中目标车速与当前车速的偏
差；P1、I1、D1为车速闭环PID控制的控制参数。8.根据权利要求4所述的制动控制方法，其特征是，所述根据目标制动加速度与当前制动加速度的偏差，和当前物料质量，计算制动力需求，包括：根据当前车速计算当前制动加速度；计算目标制动加速度与当前制动加速度的偏差；根据当前物料质量所处的额定载重比例区间，查询预设的物料质量与PID参数映射表，确定当前物料质量对应的用于制动加速度闭环PID控制的PID参数；根据所述目标制动加速度与当前制动加速...

【专利技术属性】
技术研发人员：李怀义，刘吉超，刘方帅，张伟康，周辉，
申请(专利权)人：江苏汇智高端工程机械创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：