本發(fā)明涉及壓路機(jī),更具體地說,它涉及一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng)和控制方法。
背景技術(shù):
1、為客戶降本增收,新能源壓路機(jī)發(fā)展前景十分廣闊。傳統(tǒng)壓路機(jī)的行走及振動動力輸出均來源于發(fā)動機(jī),通過飛輪及pto對發(fā)動機(jī)的動力進(jìn)行分配。壓路機(jī)工況變化較為復(fù)雜,在施工過程中振動輪需要頻繁的起振停振,整機(jī)也有行駛方向的變化,傳統(tǒng)壓路機(jī)的發(fā)動機(jī)負(fù)載變換快,平均負(fù)荷低,約40%-70%,其中驅(qū)動部分能耗占比約60%,振動能耗占比約40%。
2、如圖1所示,傳統(tǒng)壓路機(jī)動力系統(tǒng)為柴油機(jī)輸出動力至飛輪進(jìn)行動力分配,一路動力連接行走泵連接到行走馬達(dá),再經(jīng)過驅(qū)動橋,將動力傳給驅(qū)動輪,驅(qū)動壓路機(jī)行駛;一路動力連接到振動泵,經(jīng)過換向閥動力傳遞至振動馬達(dá)以及振動輪內(nèi)振動機(jī)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)鋼輪的振動功能;一路動力連接到液壓轉(zhuǎn)向泵,再經(jīng)過換向器到左右轉(zhuǎn)向油缸,以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。在施工過程中振動輪需要頻繁的起振停振,整機(jī)行駛方向也隨之發(fā)生變化。傳統(tǒng)壓路機(jī)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速及負(fù)載轉(zhuǎn)換頻繁,造成能耗浪費(fèi),運(yùn)營成本升高。
3、再者,壓路機(jī)多為野外應(yīng)用場景,施工地點(diǎn)不固定,無法進(jìn)行充、換電等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。壓路機(jī)每天需運(yùn)行十小時以上,且能耗較大,純電動壓路機(jī)無法滿足該應(yīng)用場景下的使用需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足,本發(fā)明的目的一是提供一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng),可以在不影響出勤率的同時又可做到節(jié)能減排。
2、本發(fā)明的目的二是提供一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng)的控制方法。
3、為了實(shí)現(xiàn)上述目的一,本發(fā)明提供一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng),包括發(fā)動機(jī),還包括電磁離合器、電動發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)控制器、高壓配電箱、電池、變量振動泵、轉(zhuǎn)向泵、驅(qū)動電機(jī)控制器、驅(qū)動電機(jī)、振動馬達(dá)、系統(tǒng)控制器,所述發(fā)動機(jī)通過所述電磁離合器連接所述電動發(fā)電機(jī),所述電動發(fā)電機(jī)機(jī)械連接所述變量振動泵,所述變量振動泵分別通過液壓油路連接所述轉(zhuǎn)向泵、振動馬達(dá),所述電磁離合器、電動發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)控制器、高壓配電箱、電池、驅(qū)動電機(jī)控制器、驅(qū)動電機(jī)、系統(tǒng)控制器之間通過電路連接,所述驅(qū)動電機(jī)通過驅(qū)動橋驅(qū)動后輪行走。
4、作為進(jìn)一步地改進(jìn),還包括減速機(jī)、振動輪,所述振動馬達(dá)通過所述減速機(jī)連接所述振動輪。
5、進(jìn)一步地,所述轉(zhuǎn)向泵通過液壓油路依次連接轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向油缸。
6、進(jìn)一步地,所述高壓配電箱設(shè)有外接充電口。
7、進(jìn)一步地,所述系統(tǒng)控制器通過can通訊分別與所述發(fā)動機(jī)的控制器、電磁離合器的控制器、發(fā)電機(jī)控制器、驅(qū)動電機(jī)控制器進(jìn)行信息交互。
8、為了實(shí)現(xiàn)上述目的二,本發(fā)明提供一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng)的控制方法,所述控制方法具體為:
9、所述系統(tǒng)控制器根據(jù)駕駛室油門、操作面板的指令請求,判斷對應(yīng)的目標(biāo)功率需求,對應(yīng)的目標(biāo)功率需求包括驅(qū)動橋的后輪行走驅(qū)動功率需求、振動泵驅(qū)動振動輪的功率需求、轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)向角度需求;
10、所述系統(tǒng)控制器根據(jù)驅(qū)動橋的后輪行走驅(qū)動功率需求,控制所述驅(qū)動電機(jī)控制器進(jìn)行實(shí)際驅(qū)動電機(jī)功率輸出,以調(diào)節(jié)壓路機(jī)的后輪的實(shí)際速度;
11、所述系統(tǒng)控制器根據(jù)振動泵驅(qū)動振動輪的功率需求、轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)向角度需求、驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動功率、后輪的實(shí)際速度,按照后輪與振動輪的標(biāo)定閾值確定振動輪的目標(biāo)速度、轉(zhuǎn)向泵的目標(biāo)轉(zhuǎn)向角度;
12、所述系統(tǒng)控制器根據(jù)振動輪的目標(biāo)速度、轉(zhuǎn)向泵的目標(biāo)轉(zhuǎn)向角度控制發(fā)動機(jī)的功率輸出,并通過控制變量振動泵中轉(zhuǎn)向泵、振動馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)振動輪的實(shí)際速度和實(shí)際轉(zhuǎn)向角度,以實(shí)現(xiàn)后輪、振動輪、轉(zhuǎn)向的協(xié)同工作。
13、作為進(jìn)一步地改進(jìn),壓路機(jī)的后輪的驅(qū)動始終采用驅(qū)動電機(jī)提供動力,電能來自電池的外接充電或者電動發(fā)電機(jī)的發(fā)電模式充電;電動發(fā)電機(jī)的發(fā)電工作模式根據(jù)驅(qū)動電機(jī)的需求功率和電池的電量soc來調(diào)整;需求為發(fā)電模式時,系統(tǒng)控制器給電磁離合器下發(fā)結(jié)合指令,電磁離合器結(jié)合,發(fā)動機(jī)啟動帶動電動發(fā)電機(jī)發(fā)電,發(fā)電機(jī)控制器控制發(fā)動機(jī)的開機(jī)、停機(jī)、數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)顯示以及故障保護(hù)功能,并提供電動發(fā)電機(jī)的電量測量、電量顯示以及電量保護(hù)功能。
14、進(jìn)一步地,定義變量振動泵的需求功率為p,發(fā)動機(jī)的最佳油耗點(diǎn)功率為p發(fā);
15、振動泵動力的純電模式為:電池電量s0c大于預(yù)設(shè)值soc1,電動發(fā)電機(jī)為電動模式,發(fā)動機(jī)不工作,電動發(fā)電機(jī)的驅(qū)動功率p1≥p,工況使用初始階段或者要求功率效應(yīng)較快階段,由電動發(fā)電機(jī)的電動模式給變量振動泵提供動力;
16、振動泵動力的發(fā)動機(jī)直驅(qū)模式為:電池電量s0c在預(yù)設(shè)值soc2~預(yù)設(shè)值soc3之間,soc3≤soc1,發(fā)動機(jī)的直驅(qū)功率p直=(0.8~1)p發(fā),并且p直≥p,系統(tǒng)控制器通過電磁離合器的控制器控制電磁離合器結(jié)合,電動發(fā)電機(jī)不工作,此工況可以充分使用發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性,降低油耗;
17、振動泵動力由發(fā)動機(jī)直驅(qū)+電機(jī)電動模式為:壓路機(jī)工作一段路面要反復(fù)壓多次,第一次路面松軟或者坡度大,此時負(fù)載較大,變量振動泵采用發(fā)動機(jī)直驅(qū)模式,此時電磁離合器結(jié)合,電動發(fā)電機(jī)為電動模式,發(fā)動機(jī)的動力驅(qū)動變量振動泵,同時電動發(fā)電機(jī)使用電池的電能進(jìn)行驅(qū)動變量振動泵,再傳遞給振動輪及轉(zhuǎn)向輪以實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)的振動及轉(zhuǎn)向功能,此工況下發(fā)動機(jī)的直驅(qū)功率p直=(0.8~1)p發(fā),電動發(fā)電機(jī)功率p電+發(fā)動機(jī)直驅(qū)功率p直≥p,電池soc≤預(yù)設(shè)值s0c4,并且s0c4≤soc3,此工作模式充分使用發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性的同時,電動發(fā)電機(jī)也輸出驅(qū)動動力進(jìn)行動力增強(qiáng);
18、振動泵動力由發(fā)動機(jī)直驅(qū)提供,電動發(fā)電機(jī)為發(fā)電模式為:隨著整機(jī)需求負(fù)荷變小,變量振動泵的需求功率減低,系統(tǒng)控制器控制電動發(fā)電機(jī)為發(fā)電機(jī)模式,發(fā)動機(jī)的動力通過電磁離合器輸出給變量振動泵;同時發(fā)動機(jī)驅(qū)動電動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電,給電池補(bǔ)能;此工況下,s0c≤預(yù)設(shè)值soc5,soc5≤soc3,p直≥p發(fā),并且p直≥p。
19、進(jìn)一步地,當(dāng)壓路機(jī)的油門行程減小或觸動剎車時,系統(tǒng)控制器減小功率請求數(shù)值給驅(qū)動電機(jī)控制器,同時發(fā)送發(fā)電指令給發(fā)電機(jī)控制器及發(fā)送充電指令給高壓配電箱,將此段剎車距離的能量轉(zhuǎn)化為電能,對電池進(jìn)行充電。
20、進(jìn)一步地,在不同的施工場景中,發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電池soc的變化而發(fā)生變化,此時通過系統(tǒng)控制器調(diào)整變量振動泵的排量來保證振動馬達(dá)的流量恒定,從而保證振動輪的振動頻率不變。
21、有益效果
22、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有的優(yōu)點(diǎn)為:
23、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)直驅(qū)、混合驅(qū)動和純電驅(qū)動三種工作模式,實(shí)現(xiàn)高安全性的冗余,以及實(shí)現(xiàn)各模式下的高能效工作,使得發(fā)動機(jī)無長時間超負(fù)荷工作,提升可靠性,利用電池削峰填谷,減少發(fā)動機(jī)負(fù)荷率變換,降低故障率,出勤率更高,且降低運(yùn)營費(fèi)用,解決了純電壓路機(jī)無法滿足續(xù)航的痛點(diǎn),及傳統(tǒng)壓路機(jī)能耗浪費(fèi)的問題。
1.一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng),包括發(fā)動機(jī),其特征在于,還包括電磁離合器、電動發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)控制器、高壓配電箱、電池(bms)、變量振動泵、轉(zhuǎn)向泵、驅(qū)動電機(jī)控制器、驅(qū)動電機(jī)、振動馬達(dá)、系統(tǒng)控制器,所述發(fā)動機(jī)通過所述電磁離合器連接所述電動發(fā)電機(jī),所述電動發(fā)電機(jī)機(jī)械連接所述變量振動泵,所述變量振動泵分別通過液壓油路連接所述轉(zhuǎn)向泵、振動馬達(dá),所述電磁離合器、電動發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)控制器、高壓配電箱、電池(bms)、驅(qū)動電機(jī)控制器、驅(qū)動電機(jī)、系統(tǒng)控制器之間通過電路連接,所述驅(qū)動電機(jī)通過驅(qū)動橋驅(qū)動后輪行走。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng),其特征在于,還包括減速機(jī)、振動輪,所述振動馬達(dá)通過所述減速機(jī)連接所述振動輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng),其特征在于,所述轉(zhuǎn)向泵通過液壓油路依次連接轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向油缸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng),其特征在于,所述高壓配電箱設(shè)有外接充電口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)控制器通過can通訊分別與所述發(fā)動機(jī)的控制器、電磁離合器的控制器、發(fā)電機(jī)控制器、驅(qū)動電機(jī)控制器進(jìn)行信息交互。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng)的控制方法,其特征在于,所述控制方法具體為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng)的控制方法,其特征在于,壓路機(jī)的后輪的驅(qū)動始終采用驅(qū)動電機(jī)提供動力,電能來自電池(bms)的外接充電或者電動發(fā)電機(jī)的發(fā)電模式充電;電動發(fā)電機(jī)的發(fā)電工作模式根據(jù)驅(qū)動電機(jī)的需求功率和電池的電量soc來調(diào)整;需求為發(fā)電模式時,系統(tǒng)控制器給電磁離合器下發(fā)結(jié)合指令,電磁離合器結(jié)合,發(fā)動機(jī)啟動帶動電動發(fā)電機(jī)發(fā)電,發(fā)電機(jī)控制器控制發(fā)動機(jī)的開機(jī)、停機(jī)、數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)顯示以及故障保護(hù)功能,并提供電動發(fā)電機(jī)的電量測量、電量顯示以及電量保護(hù)功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng)的控制方法,其特征在于,定義變量振動泵的需求功率為p,發(fā)動機(jī)的最佳油耗點(diǎn)功率為p發(fā);
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng)的控制方法,其特征在于,當(dāng)壓路機(jī)的油門行程減小或觸動剎車時,系統(tǒng)控制器減小功率請求數(shù)值給驅(qū)動電機(jī)控制器,同時發(fā)送發(fā)電指令給發(fā)電機(jī)控制器及發(fā)送充電指令給高壓配電箱,將此段剎車距離的能量轉(zhuǎn)化為電能,對電池進(jìn)行充電。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種混動壓路機(jī)的動力系統(tǒng)的控制方法,其特征在于,在不同的施工場景中,發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電池soc的變化而發(fā)生變化,此時通過系統(tǒng)控制器調(diào)整變量振動泵的排量來保證振動馬達(dá)的流量恒定,從而保證振動輪的振動頻率不變。