[发明专利]混联式混合动力挖掘机能量管理与总成协调控制方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种混合动力工程机械驱动系统控制领域，适用于采用混联式动力驱动系统的混合动力挖掘机，具体说是一种混联式混合动力挖掘机能量管理与总成协调控制方法。

背景技术

21世纪的今天，能源与环境问题日益成为人类生存与持续发展所必须面对的严峻问题。混合动力技术已经在多个领域被应用，并取得了良好的节能环保效果。随着混合动力技术的日益成熟，混合动力挖掘机以其低能耗、低排放和可行性强等诸多优点，已经成为未来工程机械的发展方向和研究热点。

混合动力挖掘机，是将电力驱动系统与辅助动力单元组合安装到挖掘机上，通过能量管理控制方法将传统内燃发动机与电机和储能装置有机地整合成为混合动力系统。混合动力挖掘机整机能量管理方法根据实际工作状态，利用混合动力挖掘机降低发动机功率，消除发动机怠速、控制发动机工作区域和回转制动能量回收的节能机理，对整个混合动力驱动系统进行合理控制，实现驾驶员对驱动系统的功率需求在各总成之间的合理分配，最大限度地提高挖掘机的燃油经济性，并降低发动机的废气排放。

混联式混合动力挖掘机将三套驱动系统(超级电容－回转电机，超级电容－电机和内燃机)安装于原本只安装一套驱动系统的挖掘机上，这大大增加了驱动系统结构的复杂程度，以及进行整机控制与故障诊断的难度。为了使混合动力驱动系统能够合理地根据挖掘机实际工作情况，在满足动力性能要求的前提下，尽可能地提高燃油经济性，并保证作业的安全性及可靠性，整机能量管理控制方法的研究已经成为混合动力挖掘机研究的关键。

目前，已经有一些国内研究机构和高等院校开始对混合动力挖掘机的控制算法以及能量回收的研究，并提出了一些相关的申请，但其中的大多数均是关于局部方面的分析和设计，例如申请号为200810059146.8《并联式混合动力挖掘机的控制算法》的发明申请专利，其权利要求主要是基于多工作点工况自识别方法，根据发动机万有特性曲线引入了4个高效工作点，分别满足液压挖掘机在待机、轻载、中载以及重载工况下节能的控制要求，通过超级电容组荷电状态滞环比较法和工况自识别方法进行工作点切换；申请号为200820210842.X《一种混合动力挖掘机动臂势能回收装置》的发明申请专利，其权利要求主要是基于液压缸、油箱、储能器、马达、发电机和储能装置的组合，通过蓄能器的储能作用改变了液压油用于发电的工作时间，给势能回收提供了缓冲。

这些专利的申请内容对于结构更加复杂，更多工作方式的混联式混合动力挖掘机是远远不够的，因为混合动力挖掘机整机控制方法不仅要能够进行能量管理、回收工作装置及回转部分的能量，而且要能够协调整个混合动力驱动系统各总成的工作，克服由于驱动系统混合动力化所带来的一系列问题，保证整机系统可靠有效地工作，获得整机运行的最佳燃油经济性和排放性能。

发明内容

本发明的目的在于根据混联式混合动力挖掘机的工作特性，提供一种能保证整个驱动系统可靠有效地工作，使挖掘机获得最佳燃油经济性和排放性能的混联式混合动力挖掘机能量管理与总成协调控制方法。

本发明的解决方案是这样的：在混联式混合动力挖掘机中，采用CAN总线控制方式进行控制，在CAN总线上连接有整机控制器、发动机控制器、泵控制器、回转电机控制器、主电机控制器和超级电容；所述的整机控制器，在整机控制器与车载电源之间连接有钥匙，对总成进行协调控制方法的核心为：

（1）、采集液压泵的电控信号，泵口压力和负流量反馈压力，泵电控信号的信息，将采集到的数据送到整机控制器中的功率计算模块中计算挖掘机当前功率需求；

（2）、在整机控制器中的功率协调模块中根据功率需求应用最小助力的控制算法分配发动机、电机的功率输出。

功率协调模块计算得到的功率需求采用最小助力控制策略，针对高效工作区间较大的柴油发动机，尽量由发动机单独驱动液压泵，仅在发动机功率不足驱动液压系统时由电机助力共同驱动;在发动机功率充足时，电机反向拖动为电容充电，充电功率通过自适应的电量平衡算法确定。

所述的功率计算模块采集到的液压泵转速n_p，泵1、泵2输出口压力P₁、P₂，负流量反馈压力P_i1、P_i2，泵电控信号的信息对泵的功率进行计算。得到泵组功率为：

P_p= P₁×Q₁+ P₂×Q₂+P^’