一种矿山自卸车的电驱动控制方法、装置及矿山自卸车

摘要

本申请公开的一种矿山自卸车的电驱动控制方法、装置及矿山自卸车，在控制矿山自卸车转弯时，分别采集矿山自卸车的所有前轮速度和所有后轮速度；根据同侧的前轮速度与后轮速度，实时调整相应后轮的驱动电机力矩，以使后轮速度等于同侧的前轮速度，通过功率负荷调节，使所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和不大于系统允许的最大功率。因此，本方案在矿山自卸车转弯时，驱动控制不必考虑转向角、转弯半径、车重、重心位置等因素，仅仅以同侧前轮速度为参考目标，动态调整后轮对应的驱动电机力矩，即以转速为控制目标，通过调节驱动电机力矩来控制驱动电机转速。使得驱动电机力矩、功率分配更为方便，整车控制既稳定可靠，又易于实现。

说明书

技术领域

本申请涉及转向控制领域，更具体地说，涉及一种矿山自卸车的电驱动控制方法、装置及矿山自卸车。

背景技术

目前，矿山自卸车多采用电传动机构，利用电子差速计单独控制多个电机以提供动力输出。现有技术中矿山自卸车的电驱动控制方法，有的采用等力矩分配方式，即不同的驱动轮采用相同的驱动力矩，采用这种方式，在车辆转向时，由于内外轮力矩一致，会造成不同程度的拖转，尤其是低速转向时，内侧轮子的功率比外侧轮子的功率要高，这样对矿山自卸车的转向其实是无益的；还有的采用通过控制轮子滑移率来实现差速控制，但是需要整车采集大量的辅助信息，比如转向角、转弯半径、车重、重心位置等，算法极为复杂。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种矿山自卸车的电驱动控制方法、装置及矿山自卸车，欲实现使驱动电机力矩、功率分配更为方便，整车控制既稳定可靠，又易于实现的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种矿山自卸车的电驱动控制方法，包括：

分别采集所述矿山自卸车的所有前轮速度和所有后轮速度；

根据同侧的前轮速度与后轮速度，实时调整相应后轮的驱动电机力矩，以使所述后轮速度等于同侧的所述前轮速度；

通过功率负荷调节，使所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和不大于 系统允许的最大功率。

优选的，所述根据同侧的前轮速度与后轮速度，实时调整相应后轮的驱动电机力矩，以使所述后轮速度等于同侧的所述前轮速度，包括：

若后轮速度小于同侧的前轮速度，则增大相应后轮的驱动电机力矩，以使所述后轮速度等于同侧的所述前轮速度；

若后轮速度大于同侧的前轮速度，则减小相应后轮的驱动电机力矩，以使所述后轮速度等于同侧的所述前轮速度。

优选的，所述驱动电机力矩为电机牵引力矩，所述系统允许的最大功率为所有后轮对应的驱动电机的可用功率。

优选的，所述通过功率负荷调节，使所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和不大于系统允许的最大功率，包括：

根据动力源的最大输出功率以及所述矿山自卸车的辅助消耗功率，计算所有后轮对应的驱动电机的可用功率；

计算所述所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和；

比较所述实时功率之和与所述可用功率的大小，若所述实时功率之和大于所述可用功率，则通过减小每个后轮的驱动电机力矩，以使所述实时功率之和等于所述可用功率，若所述实时功率之和小于所述可用功率，则通过增大每个后轮的驱动电机力矩，以使所述实时功率之和等于所述可用功率。

优选的，所述驱动电机力矩为电机制动力矩，若所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和大于变流器和电阻柜能承受的最大制动功率，则确定所述系统允许的最大功率为所述变流器和电阻柜能承受的最大制动功率，若所述所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和小于所述变流器和电阻柜能承受的最大制动功率，则确定所述系统允许的最大功率为所述所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和，若所述所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和等于所述变流器和电阻柜能承受的最大制动功率，则确定所述系统允许的最大功率为所述所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和或所述变流器和电阻柜能承受的最大制动功率。

一种矿山自卸车的电驱动控制装置，包括：

采集单元，用于分别采集所述矿山自卸车的所有前轮速度和所有后轮速度；

力矩调整单元，用于根据同侧的前轮速度与后轮速度，实时调整相应后轮的驱动电机力矩，以使所述后轮速度等于同侧的所述前轮速度；

功率调节单元，用于通过功率负荷调节，使所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和不大于系统允许的最大功率。

优选的，所述力矩调整单元包括：

第一力矩调整子单元，用于若后轮速度小于同侧的前轮速度，则增大相应后轮的驱动电机力矩，以使所述后轮速度等于同侧的所述前轮速度；

第二力矩调整子单元，用于若后轮速度大于同侧的前轮速度，则减小相应后轮的驱动电机力矩，以使所述后轮速度等于同侧的所述前轮速度。

优选的，所述功率调节单元包括：

可用功率计算子单元，用于根据动力源的最大输出功率以及所述矿山自卸车的辅助消耗功率，计算所有后轮对应的驱动电机的可用功率；

实时功率计算子单元，用于计算所述所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和；

功率调节子单元，用于比较所述实时功率之和与所述可用功率的大小，若所述实时功率之和大于所述可用功率，则通过减小每个后轮的驱动电机力矩，以使所述实时功率之和等于所述可用功率，若所述实时功率之和小于所述可用功率，则通过增大每个后轮的驱动电机力矩，以使所述实时功率之和等于所述可用功率。

优选的，所述功率调节单元包括：

功率确定子单元，用于若所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和大于变流器和电阻柜能承受的最大制动功率，则确定所述系统允许的最大功率为所述变流器和电阻柜能承受的最大制动功率，若所述所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和小于所述变流器和电阻柜能承受的最大制动功 率，则确定所述系统允许的最大功率为所述所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和，若所述所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和等于所述变流器和电阻柜能承受的最大制动功率，则确定所述系统允许的最大功率为所述所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和或所述变流器和电阻柜能承受的最大制动功率；

实时功率计算子单元，用于计算所述所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和；

功率调节子单元，用于比较所述实时功率之和与所述系统允许的最大功率的大小，若所述实时功率之和大于所述系统允许的最大功率，则通过减小每个后轮的电机力矩，以使所述实时功率之和不大于所述系统允许的最大功率。

一种矿山自卸车，包括上述电驱动控制装置。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开的一种矿山自卸车的电驱动控制方法、装置及矿山自卸车，在控制矿山自卸车转弯时，分别采集矿山自卸车的所有前轮速度和所有后轮速度；根据同侧的前轮速度与后轮速度，实时调整相应后轮的驱动电机力矩，以使后轮速度等于同侧的前轮速度，通过采集左侧前轮速度和左侧后轮速度，以左侧前轮速度为参考目标，动态调整左侧后轮对应的驱动电机力矩，使左侧后轮速度始终跟随左侧前轮速度，相应的以右侧前轮速度为参考目标，动态调整右侧后轮对应的驱动电机力矩，使右侧后轮速度始终跟随右侧前轮速度；通过功率负荷调节，使所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和不大于系统允许的最大功率。

因此，本方案在矿山自卸车转弯时，驱动控制不必考虑转向角、转弯半径、车重、重心位置等因素，仅仅以同侧前轮速度为参考目标，动态调整后轮对应的驱动电机力矩，即以转速为控制目标，通过调节驱动电机力矩来控制驱动电机转速。使得驱动电机力矩、功率分配更为方便，整车控制既稳定可靠，又易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例公开的矿山自卸车的电气传动机构的示意图；

图2为本实施例公开的一种矿山自卸车的电驱动控制方法的流程图；

图3为本实施例公开的另一种矿山自卸车的电驱动控制方法的流程图；

图4为本实施例公开的另一种矿山自卸车的电驱动控制方法的流程图；

图5为本实施例公开的另一种矿山自卸车的电驱动控制方法的流程图；

图6为本实施例公开的一种矿山自卸车的电驱动控制装置的示意图；

图7为本实施例公开的一种力矩调整单元的示意图；

图8为本实施例公开的一种功率调节单元的示意图；

图9为本实施例公开的另一种功率调节单元的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提出一种矿山自卸车在转向时的电驱动控制方案的主要思想是：以两个前轮速度(即导向轮速度)为参考目标，后轮驱动跟随同侧的前轮速度，实时调整后轮对应的驱动电机力矩，通过调节驱动电机力矩来控制驱动电机转速，实现后轮速度快速跟进前轮速度的目的，最终达到车辆稳定性控制。

矿山自卸车的电气传动机构如图1所示，包括动力源(图示为柴油发动机)、发电机、变流器、控制器、电阻柜、前轮和后轮等。其中左后轮和右后 轮分别包括n个轮(左后轮1，……，左后轮n；右后轮1，……，右后轮n)，每个后轮对应一个驱动电机。

本实施例公开一种矿山自卸车的电驱动控制方法，参见图2所示，该方法包括：

步骤S11：分别采集矿山自卸车的所有前轮速度和所有后轮速度。

利用车速传感器测定左前轮转速、右前轮转速、所有的左后轮转速和所有的右后轮转速。

步骤S12：根据同侧的前轮速度与后轮速度，实时调整相应后轮的驱动电机力矩，以使后轮速度等于同侧的前轮速度。

以左侧前轮速度为参考目标，实时调整左侧后轮的驱动电机力矩，以转速为控制目标，通过实时调整左侧后轮的驱动电机力矩来控制驱动电机转速，以使左侧后轮速度始终跟随左侧前轮速度。右侧后轮速度调整过程类似，不再赘述。需要说明的是，驱动电机力矩分为电机牵引力矩和电机制动力矩，当驱动电机力矩为电机牵引力矩时，车辆处于加速状态，当驱动电机力矩为电机制动力矩时，车辆处于减速状体。

步骤S13：通过功率负荷调节，使所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和不大于系统允许的最大功率。

根据后轮速度以及其对应的驱动电机力矩，可以分别计算出每个后轮对应的驱动电机的实时功率，因此，所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和可以求出。

在控制矿山自卸车转弯时，分别采集矿山自卸车的所有前轮速度和所有后轮速度；通过采集左侧前轮速度和左侧后轮速度，以左侧前轮速度为参考目标，动态调整左侧后轮对应的驱动电机力矩，使左侧后轮速度始终跟随左侧前轮速度，相应的以右侧前轮速度为参考目标，动态调整右侧后轮对应的驱动电机力矩，使右侧后轮速度始终跟随右侧前轮速度；通过功率负荷调节，使所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和不大于系统允许的最大功率。因此，本方案在矿山自卸车转弯时，驱动控制不必考虑转向角、转弯半径、车 重、重心位置等因素，仅仅以同侧前轮速度为参考目标，动态调整后轮对应的驱动电机力矩，即以转速为控制目标，通过调节驱动电机力矩来控制驱动电机转速。使得驱动电机力矩、功率分配更为方便，整车控制既稳定可靠，又易于实现。

本实施例公开另一种矿山自卸车的电驱动控制方法，参见图3所示，该方法包括：

步骤S21：分别采集矿山自卸车的所有前轮速度和所有后轮速度。

步骤S22：若后轮速度小于同侧的前轮速度，则增大相应后轮的驱动电机力矩，以使后轮速度等于同侧的前轮速度。

若左侧后轮速度小于左侧前轮速度，则增大左侧后轮的驱动电机力矩，以使左侧后轮速度等于左侧前轮速度，例如，左侧前轮速度为V₀，左侧后轮速度为V₁，若V₀＞V₁，则以ΔF为步长增加左侧后轮的驱动电机力矩F，其中ΔF＝K₀*F，K₀＝(V₀-V₁)/V₀，即F＝F+ΔF，直到V₀＝V₁。右侧后轮的驱动电机调整过程类似，不再赘述。

步骤S23：若后轮速度大于同侧的前轮速度，则减小相应后轮的驱动电机力矩，以使所述后轮速度等于同侧的所述前轮速度。

若左侧后轮速度大于左侧前轮速度，则减小左侧后轮的驱动电机力矩，以使左侧后轮速度等于左侧前轮速度，例如，左侧前轮速度为V₀，左侧后轮速度为V₁，若V₀＜V₁，则以ΔF为步长减小左侧后轮的驱动电机力矩F，其中ΔF＝K₀*F，K₀＝(V₁-V₀)/V₀，即F＝F-ΔF，直到V₀＝V₁。右侧后轮的驱动电机调整过程类似，不再赘述。

步骤S24：通过功率负荷调节，使所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和不大于系统允许的最大功率。

本实施例公开另一种矿山自卸车的电驱动控制方法，参见图4所示，该方法包括：

步骤S31：分别采集矿山自卸车的所有前轮速度和所有后轮速度。

步骤S32：根据同侧的前轮速度与后轮速度，实时调整相应后轮的电机牵 引力矩，以使后轮速度等于同侧的前轮速度。

步骤S33：根据动力源的最大输出功率以及矿山自卸车的辅助消耗功率，计算所有后轮对应的驱动电机的可用功率。

所有后轮对应的驱动电机的可用功率＝动力源的最大输出功率-矿山自卸车的辅助消耗功率。矿山自卸车的辅助消耗功率包括风扇、空调、转向系统、发电机和变流器等消耗的功率。

步骤S34：计算所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和。

步骤S35：比较实时功率之和与可用功率的大小，若实时功率之和大于可用功率，则通过减小每个后轮的驱动电机力矩，以使实时功率之和等于所述可用功率，若实时功率之和小于可用功率，则通过增大每个后轮的驱动电机力矩，以使实时功率之和等于可用功率。

当驱动电机力矩为电机牵引力矩时，系统允许的最大功率为所有后轮对应的驱动电机的可用功率。在牵引状态时，所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和等于可用功率，达到能量的最大合理利用。

本实施例公开另一种矿山自卸车的电驱动控制方法，参见图5所示，该方法包括：

步骤S41：分别采集矿山自卸车的所有前轮速度和所有后轮速度。

步骤S42：根据同侧的前轮速度与后轮速度，实时调整相应后轮的电机制动力矩，以使后轮速度等于同侧的前轮速度。

步骤S43：系统允许的最大功率确定为所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和与变流器和电阻柜能承受的最大制动功率两者之间的较小值。

每个电机对应一个电机制动特性曲线，根据制动特性曲线，可以通过查表法或者观察图示直观得到电机的最大制动力矩和最大制动功率，这个值一旦电机选定则就是常数值。进而可以得到所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和。变流器和电阻柜能承受的最大制动功率为变流器和电阻柜处于满负荷工作状态时，所有后轮对应的驱动电机的制动功率之和。

步骤S44：计算所述所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和。

步骤S45：比较所述实时功率之和与系统允许的最大功率的大小，若实时功率之和大于系统允许的最大功率，则通过减小每个后轮的电机力矩，以使实时功率之和不大于系统允许的最大功率。

需要说明的是，因为在制动状态时，并不需要变流器和电阻柜始终处于满负荷工作状态，因此，若实时功率之和小于系统允许的最大功率，不做处理。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。

整个控制系统中，直接执行机构是电机，间接执行机构是变流器，控制根据前轮速度，为了动态调节后轮速度，下发电机牵引力矩或电机制动力矩目标值给变流器，变流器接受命令，采用直接转矩控制技术，直接控制电机产生牵引力矩或制动力矩，达到电机速度增加或减小的目的。

本实施例公开一种矿山自卸车的电驱动控制装置，参见图6所示，包括：

采集单元110，用于分别采集矿山自卸车的所有前轮速度和所有后轮速度。

力矩调整单元120，用于根据同侧的前轮速度与后轮速度，实时调整相应后轮的驱动电机力矩，以使后轮速度等于同侧的前轮速度。

功率调节单元130，用于通过功率负荷调节，使所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和不大于系统允许的最大功率。

本实施例公开一种力矩调整单元，参见图7所示，包括：

第一力矩调整子单元121，用于若后轮速度小于同侧的前轮速度，则增大相应后轮的驱动电机力矩，以使后轮速度等于同侧的前轮速度。

第二力矩调整子单元122，用于若后轮速度大于同侧的前轮速度，则减小相应后轮的驱动电机力矩，以使后轮速度等于同侧的前轮速度。

本实施例公开一种功率调节单元，参见图8所示，包括：

可用功率计算子单元131，用于根据动力源的最大输出功率以及矿山自卸 车的辅助消耗功率，计算所有后轮对应的驱动电机的可用功率。

实时功率计算子单元132，用于计算所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和。

功率调节子单元133，用于比较实时功率之和与可用功率的大小，若实时功率之和大于可用功率，则通过减小每个后轮的驱动电机力矩，以使实时功率之和等于可用功率，若实时功率之和小于可用功率，则通过增大每个后轮的驱动电机力矩，以使实时功率之和等于可用功率。

本实施例公开一种功率调节单元，参见图9所示，包括：

功率确定子单元134，用于计算系统允许的最大功率确定为所有后轮对应的驱动电机的最大制动功率之和与变流器和电阻柜能承受的最大制动功率两者之间的较小值。

实时功率计算子单元135，用于计算所有后轮对应的驱动电机的实时功率之和。

功率调节子单元136，用于比较实时功率之和与系统允许的最大功率的大小，若实时功率之和大于系统允许的最大功率，则通过减小每个后轮的电机力矩，以使实时功率之和不大于系统允许的最大功率。

本实施例公开一种矿山自卸车，包括上述电驱动控制装置。

最后需要说明的是：

(1)如果采集到的两个前轮速度中存在一个或两个速度异常情况，比如采集到的前轮速度为零、采集到的前轮速度过大超过电机允许运行的最大值或者加速度过大(空转滑行)，这时通过故障提示信息发送给相关机构预警。同侧的后轮因为失去速度的参考目标，进入特定运行模式，以同侧的一个后轮的电机转速为参考目标，同侧的其他后轮跟随该参考目标采用直接转矩控制技术，通过控制力矩大小进行转速调节。且，这时只要保证非参考目标的其他后轮对应的驱动电机的实时功率之和不大于系统允许的最大功率即可。

(2)如果采集到的后轮速度中存在异常情况，通过故障提示信息发送给相关机构预警，所有正常的后轮依然跟随同侧前轮速度进行调节。且只要保 证其他正常后轮对应的驱动电机的实时功率之和不大于系统允许的最大功率即可。

(3)在牵引情况下，如果所有电机都已经达到最大输出功率时，所有电机的功率之和还是小于可用功率，则整车的有效负荷利用率不能达到100％，这时整车不能发挥最大性能，需要给出警告信息；制动情况下，如果某个电机制动能力超过了该电机的额定制动特性范围，则该电机不能提供有效的制动能力，需要给出警告信息，提醒及时检修更换。

对于装置实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。