插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法，本系統(tǒng)充分利用插電式混合動力客車的特點，將發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實現(xiàn)機電耦合，有效地解決了車輛運營安全、整車節(jié)能以及動力電池失效模式下的公交運營需求問題。此方法充分利用插電式混合動力客車配置結(jié)構(gòu)特點，將傳統(tǒng)發(fā)動機助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有效耦合，實現(xiàn)了雙通道助力轉(zhuǎn)向，所采用的控制方法，可確保傳統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向與電動助力轉(zhuǎn)向適時合理工作，提高了整車的可靠性，降低了能耗，并滿足批量化生產(chǎn)的要求。
【專利說明】插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]插電式混合動力客車由于有純電動和混合動力兩種工作模式，因此，有必要安裝電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以保證在純電動模式下的轉(zhuǎn)向要求。
[0003]目前，國內(nèi)對于傳統(tǒng)客車產(chǎn)品的助力轉(zhuǎn)向一般由發(fā)動機驅(qū)動的液壓泵提供液壓動力，電動客車的助力轉(zhuǎn)向由動力電池驅(qū)動的液壓泵提供液壓動力。而對于插電式混合動力客車，上述兩種方式似乎都可行。但如果仍舊采用發(fā)動機傳統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，那么即使車輛在純電驅(qū)動的模式下，發(fā)動機也必須處于怠速工況，仍然消耗燃油，不能充分利用動力電池的電量，節(jié)能效果會降低；如果一直采用電動助力，則動力電池電量除了要滿足一定的續(xù)駛里程外,還需要提供部分能量供給助力電機,動力電池能量變大,整車成本增加。同時,若此時電動助力失效，如無備用助力系統(tǒng)，則會產(chǎn)生一定的安全隱患。受制于電池技術(shù)的壁壘，插電式混合動力客車產(chǎn)品在動力電池失效或暫時取消的情況下，公交企業(yè)若仍需要車輛運營，則必須仍能夠通過傳統(tǒng)助力實現(xiàn)車輛運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法，該方法將發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實現(xiàn)機電耦合，有效地解決了車輛運營安全、整車節(jié)能以及動力電池失效模式下的公交運營需求問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種插電式混合動力客車機電稱合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括助力油壺，助力油壺連接電動泵的進油口和發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵的進油口，電動泵的出油口、發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵的出油口連接轉(zhuǎn)向機，轉(zhuǎn)向機連接助力油壺的回油口 ；所述發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵連接發(fā)動機，發(fā)動機與ISG電機連接，控制ISG電機的電動機控制器連接電池，控制所述發(fā)動機的發(fā)動機控制器與整車控制器連接，整車控制器連接變頻器的控制端，所述變頻器與電動泵連接。
[0007]所述助力油壺通過低壓油管連接三通的一個接口，三通的另外兩個接口分別連接電動泵的進油口和發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵的進油口。
[0008]所述發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵的出油口連接梭閥具有單向閥的進油口一端，梭閥的進油口另一端連接電動泵的出油口，梭閥的出油口連接轉(zhuǎn)向機的進油口。
[0009]所述梭閥的出油口與轉(zhuǎn)向機的進油口之間設(shè)有減壓閥。
[0010]所述電動泵連接轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器通過導線與整車控制器連接。
[0011]采用插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，具體為:
[0012](I)由電動泵工作狀態(tài)切換到發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵工作時，電動泵等待Tl時間后再停止工作，Tl為發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵建立壓力的時間；
[0013](2)由發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵工作狀態(tài)切換到電動泵工作時，發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵等待T2時間后再停止工作，T2為電動泵轉(zhuǎn)速從O到η的時間，其中η為電動泵建立轉(zhuǎn)向壓力時的轉(zhuǎn)速；
[0014](3)純電動助力模式失效，傳統(tǒng)助力模式即時切入。
[0015]所述步驟(I)的具體方法為:整車控制器發(fā)送高壓啟動發(fā)動機總線信號給電機控制器，電機控制器接收信號后，啟動扭矩，使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速從零到怠速，由于發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵與發(fā)動機機械連接，因此，發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵開始工作，整車控制器輸出物理線控制信號，變頻器停止工作，進而電動泵停止工作；整車控制器發(fā)送總線信號到發(fā)動機啟動至怠速的時間，為發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵建立壓力的時間，即Tl。
[0016]所述步驟(2)的具體方法為:整車控制器輸出物理控制信號給變頻器，變頻器開始軟啟動直至輸出驅(qū)動電源穩(wěn)定，電動泵轉(zhuǎn)速從O至轉(zhuǎn)速η，η為建立轉(zhuǎn)向壓力時的轉(zhuǎn)速，當轉(zhuǎn)速到達η后，轉(zhuǎn)速傳感器傳輸信號給整車控制器，整車控制器發(fā)送發(fā)動機停機總線信號給發(fā)動機控制器，發(fā)動機控制器控制發(fā)動機停止工作，整車控制器輸出物理控制信號到電動泵轉(zhuǎn)速達到η過程的時間，即為Τ2。
[0017]所述步驟(3)的具體方法為:整車控制器通過總線實時讀取變頻器高壓輸入、輸出端電流數(shù)據(jù)，若在標定的Τ3時間內(nèi)未接收到電流數(shù)據(jù)，則立即通過ISG電機或傳統(tǒng)起動機啟動發(fā)動機進入混合動力模式，恢復傳統(tǒng)助力，同時切斷電動助力控制。
[0018]所述時間Tl、Τ2為發(fā)動機泵與電動泵同時工作的重疊時間，此時間的標定既要保證梭閥輸出油管不至于過壓損壞又不至于壓力過大使轉(zhuǎn)向短時間(0.1秒至5秒)內(nèi)過于靈活。
[0019]本發(fā)明的工作原理為:
[0020]發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵工作時，液壓油依次通過助力油壺-三通-發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵-梭閥-減壓閥-轉(zhuǎn)向機-助力油壺；電動泵工作時，液壓油依次通過助力油壺-三通-電動泵-梭閥-減壓閥-轉(zhuǎn)向機-助力油壺；電動泵和發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵短時同時工作時，(I)若發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵輸出端壓力高于電動泵輸出端壓力，則液壓油通過發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵與電動泵輸出到梭閥；(2)若發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵輸出端壓力低于電動泵輸出端壓力，則液壓油通過電動泵輸出，發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵輸出端截止。
[0021]在上述電動泵與發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵同時工作時，情況(I)易導致輸出壓力過大，使得梭閥輸出端壓力長時間承受過壓導致其使用壽命縮短甚至爆管；情況(2)可能會導致發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵堵轉(zhuǎn)，對發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵不利。因此，加裝減壓閥，在過壓時及時泄壓，同時控制電動泵與發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵只能短時間同時工作，既保證安全可靠，也保證兩泵在切換時對駕駛員的舒適度沒有影響。
[0022]本發(fā)明的有益效果為:
[0023]1、助力油壺、發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵、轉(zhuǎn)向機組成傳統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；助力油壺、電動泵、轉(zhuǎn)向機組成電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；兩個系統(tǒng)通過一個三通、一個梭閥、一個減壓閥及液壓油管耦合在一起，形成機電I禹合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將傳統(tǒng)發(fā)動機助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有效耦合，實現(xiàn)了雙通道助力轉(zhuǎn)向；
[0024]2、所述的耦合助力系統(tǒng)及控制方法，針對插電式混合動力，即動力電池電量可通過外接充電或車輛滑行及制動得以補充，不需要通過發(fā)動機燃油能量進行補充，助力轉(zhuǎn)向電機電源直接來自于動力電池，能量損失低。與采用發(fā)動機驅(qū)動的ISG發(fā)電機給高壓儲能器補充電量，再將能量供給給轉(zhuǎn)向助力電機相比，其效率損失大大減少，能耗降低；[0025]3、所采用的電動助力失效模式下的控制方法，可確保傳統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向及時切入，提高了整車的安全可靠性；
[0026]4、所采用的助力耦合系統(tǒng)，可滿足公交運營企業(yè)在無動力電池模式下，車輛仍可以以傳統(tǒng)車使用，不影響公交企業(yè)的正常運營。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]其中:1、助力油壺；2、三通；3、電動泵；4、發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵；5、梭閥；6、減壓閥；7、轉(zhuǎn)向機；8、液壓油管；9、高壓電池；10、電機控制器；11、ISG電機；12、發(fā)動機；13、變頻器；14、整車控制器；15、轉(zhuǎn)速傳感器；16、發(fā)動機控制器。
【具體實施方式】:
[0029]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0030]如圖1所不一種插電式混合動力客車機電稱合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),包括1、助力油壺；
2、三通；3、電動泵；4、發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵；5、梭閥；6、減壓閥；7、轉(zhuǎn)向機；8、液壓油管；9、高壓電池；10、電機控制器；11、ISG電機；12、發(fā)動機；13、變頻器；14、整車控制器；15、轉(zhuǎn)速傳感器；16、發(fā)動機控制器。其中助力油壺1、發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4、轉(zhuǎn)向機7組成傳統(tǒng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；助力油壺1、電動泵3、轉(zhuǎn)向機7組成電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。兩者通過一個三通2、一個梭閥5、一個減壓閥6及液壓油管8耦合在一起，形成機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。高壓電池9、變頻器13、電動泵3、整車控制器14、轉(zhuǎn)速傳感器15組成電動泵控制系統(tǒng)；高壓電池9、電機控制器
10、ISG電機11、發(fā)動機12、發(fā)動機控制器16、發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4、整車控制器14組成發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵控制系統(tǒng)。
[0031]助力油壺I通過低壓油管與三通2的一個接口連接，三通2其余兩個接口中一個與電動泵3的進油口連接，一個與發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4的進油口連接；發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4的出油口與梭閥5帶有單向閥的進油口一端連接，電動泵3的出油口與梭閥5的另一進油口端連接；梭閥5的出油口經(jīng)過減壓閥6后與轉(zhuǎn)向機7的進油口連接，轉(zhuǎn)向機7的出油口與助力油壺4的回油口連接。
[0032]高壓電池9與變頻器13通過正、負兩條導線與變頻器13的直流端電力連接；變頻器13的交流輸出端通過三條導線與電動泵3電力連接；整車控制器14通過一條控制線與變頻器13控制端連接，同時與發(fā)動機控制器16的CAN總線連接；轉(zhuǎn)速傳感器15采集電動泵3的轉(zhuǎn)速信號，通過導線與整車控制器14連接；高壓電池9與電機控制器10通過正負兩條導線與電機控制器10的直流輸入端電力連接；電機控制器10的交流輸出端通過三條導線與ISG電機11電力連接；ISG電機11與發(fā)動機12機械連接；發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4與發(fā)動機12機械連接。
[0033]發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4是與發(fā)動機12連接在一起的裝置，其工作啟停狀態(tài)與發(fā)動機啟停狀態(tài)一致。
[0034]三通2的三個接口無流向區(qū)別，不需區(qū)分。
[0035]發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4工作時,液壓油依次通過助力油壺1-三通2-發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4-梭閥5-減壓閥6-轉(zhuǎn)向機7-助力油壺I ;電動泵3工作時，液壓油依次通過助力油壺1-三通2-電動泵3-梭閥5-減壓閥6-轉(zhuǎn)向機7-助力油壺I ;電動泵3和發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4短時同時工作時，(I)若發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4輸出端壓力高于電動泵3輸出端壓力，則液壓油通過發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4與電動泵3輸出到梭閥5 ； (2)若發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4輸出端壓力低于電動泵3輸出端壓力，則液壓油通過電動泵3輸出，發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4輸出端截止。
[0036]在上述電動泵3與發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4同時工作時，情況⑴易導致輸出壓力過大，使得梭閥5輸出端壓力長時間承受過壓導致其使用壽命縮短甚至爆管；情況(2)可能會導致發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4堵轉(zhuǎn)，對發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4不利。因此，加裝減壓閥6，在過壓時及時泄壓，同時控制電動泵3與發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4只能短時間同時工作，既保證安全可靠，也保證兩泵在切換時對駕駛員的舒適度沒有影響。
[0037]兩泵在工作時按照以下控制方法:
[0038]由電動泵3工作切換到發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4工作，此過程電動泵3需等待發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4建立壓力(轉(zhuǎn)速從零到怠速)再停止工作，發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4建立壓力時間為tl。具體為:整車控制器14發(fā)送高壓啟動發(fā)動機總線信號，電機控制器10接收整車控制器14發(fā)送的總線信號后，按照程序預設(shè)的啟動扭矩，短時間以大扭矩啟動發(fā)動機12到怠速，因發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4與發(fā)動機12機械連接，所以發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4開始工作，此時整車控制器14輸出物理線控制信號停止變頻器13工作，進而電動泵3停止工作。tl為從整車控制器14發(fā)送總線信號起到發(fā)動機12啟動成功到怠速的時間。
[0039]由發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4工作切換到電動泵3工作，此過程發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵4需等待電動泵3穩(wěn)定工作后再停止工作，電動泵3穩(wěn)定時間為t2。具體為:整車控制器14輸出物理控制信號給變頻器13，變頻器13開始軟啟動直至輸出驅(qū)動電源穩(wěn)定，電動泵3轉(zhuǎn)速從O至轉(zhuǎn)速η (η為建立轉(zhuǎn)向壓力時的轉(zhuǎn)速)，整車控制器14接收電動泵3轉(zhuǎn)速傳感器15信號(至轉(zhuǎn)速η時的信號)后，發(fā)送發(fā)動機停機總線信號給發(fā)動機控制器10，發(fā)動機控制器10控制發(fā)動機12停止工作。t2為從整車控制器14輸出物理控制信號到電動泵3轉(zhuǎn)速達到η過程的時間。
[0040]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是:包括助力油壺，助力油壺連接電動泵的進油口和發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵的進油口，電動泵的出油口、發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵的出油口連接轉(zhuǎn)向機，轉(zhuǎn)向機連接助力油壺的回油口 ；所述發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵連接發(fā)動機，發(fā)動機與ISG電機連接，控制ISG電機的電動機控制器連接電池，控制所述發(fā)動機的發(fā)動機控制器與整車控制器連接，整車控制器連接變頻器的控制端，所述變頻器與電動泵連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是:所述助力油壺通過低壓油管連接三通的一個接口，三通的另外兩個接口分別連接電動泵的進油口和發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵的進油口。
3.如權(quán)利要求1所述的一種插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是:所述發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵的出油口連接梭閥具有單向閥的進油口一端，梭閥的進油口另一端連接電動泵的出油口，梭閥的出油口連接轉(zhuǎn)向機的進油口。
4.如權(quán)利要求3所述的一種插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是:所述梭閥的出油口與轉(zhuǎn)向機的進油口之間設(shè)有減壓閥。
5.如權(quán)利要求1所述的一種插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征是:所述電動泵連接轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器通過導線與整車控制器連接。
6.采用插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，其特征是:具體為: (1)由電動泵工作狀態(tài)切換到發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵工作時，電動泵等待Tl時間后再停止工作，Tl為發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵建立壓力的時間； (2)由發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵工作狀態(tài)切換到電動泵工作時，發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵等待T2時間后再停止工作，T2為電動泵轉(zhuǎn)速從O到η的時間，其中η為電動泵建立轉(zhuǎn)向壓力時的轉(zhuǎn)速； (3)純電動助力模式失效，傳統(tǒng)助力模式即時切入。
7.如權(quán)利要求6所述的米用插電式混合動力客車機電稱合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，其特征是:所述步驟(I)的具體方法為:整車控制器發(fā)送高壓啟動發(fā)動機總線信號給電機控制器，電機控制器接收信號后，啟動扭矩，使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速從零到怠速，由于發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵與發(fā)動機機械連接，因此，發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵開始工作，整車控制器輸出物理線控制信號，變頻器停止工作，進而電動泵停止工作；整車控制器發(fā)送總線信號到發(fā)動機啟動至怠速的時間，為發(fā)動機轉(zhuǎn)向泵建立壓力的時間，即Tl。
8.如權(quán)利要求6所述的米用插電式混合動力客車機電稱合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，其特征是:所述步驟(2)的具體方法為:整車控制器輸出物理控制信號給變頻器，變頻器開始軟啟動直至輸出驅(qū)動電源穩(wěn)定，電動泵轉(zhuǎn)速從O至轉(zhuǎn)速η，η為建立轉(zhuǎn)向壓力時的轉(zhuǎn)速，當轉(zhuǎn)速到達η后，轉(zhuǎn)速傳感器傳輸信號給整車控制器，整車控制器發(fā)送發(fā)動機停機總線信號給發(fā)動機控制器，發(fā)動機控制器控制發(fā)動機停止工作，整車控制器輸出物理控制信號到電動泵轉(zhuǎn)速達到η過程的時間，即為Τ2。
9.如權(quán)利要求6所述的采用插電式混合動力客車機電耦合助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，其特征是:所述步驟(3)的具體方法為:整車控制器通過總線實時讀取變頻器高壓輸入、輸出端電流數(shù)據(jù)，若在標定的Τ3時間內(nèi)未接收到電流數(shù)據(jù)，則立即通過ISG電機或傳統(tǒng)起動機啟動發(fā)動機進入混合動力模式，恢復傳統(tǒng)助力，同時切斷電動助力控制。
【文檔編號】B62D5/04GK104002857SQ201410228258
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】王欽普, 劉濤, 王波, 劉清波, 劉雷, 孫萬義, 趙佳, 薛守飛, 孫國偉 申請人:中通客車控股股份有限公司