一種電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)，電動輪礦用車有N個電動車輪，在電動輪礦用車的每一個電動車輪上安裝一個電機，車輛管理控制器分別通過控制電纜與整流制動控制單元、動力機組控制器和M個電機控制器連接，車輛管理控制器通過CAN總線發(fā)送油門信號給動力機組控制器，車輛管理控制器通過CAN總線發(fā)送分閘信號、合閘信號、制動允許信號發(fā)送給整流制動控制單元，車輛管理控制器通過CAN總線發(fā)送檔位信號、制動強度信號、制動允許信號、油門大小信號給每個電機控制器，每個電機控制器與一個相應(yīng)電機連接。本發(fā)明采用了多軸全輪驅(qū)動方案，每個電機的功率及體積都大大減小了，其設(shè)計、制造難度和成本大大降低。
【專利說明】一種電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動輪礦用車驅(qū)動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前電動輪礦用自卸車廣泛應(yīng)用于大型露天礦山的開采，特別多軸電動輪礦用自卸車是機、電、液一體化產(chǎn)品，因其承載能力大，主要應(yīng)用于萬噸級以上大型露天礦山開采。迄今為止，國內(nèi)使用的大噸位電動輪礦用自卸車均采用4X2驅(qū)動方式(雙軸礦用車)，且絕大部分仍依賴進口，電動輪礦用車電驅(qū)系統(tǒng)都是采用單軸雙驅(qū)動電機集中控制方案，每一個電機都具有很大的功率和體積，設(shè)計制造難度和成本都非常高。這種電動輪礦用車控制系統(tǒng)采用集中控制方案，所有功率和控制元件都統(tǒng)一設(shè)計，集中布置。隨著多軸電動輪礦用自卸車的發(fā)展，四軸電動輪礦用自卸車已經(jīng)開始出現(xiàn)，該種車型相對于傳統(tǒng)雙軸礦用車燃料消耗可減少5%，還可減少運輸路線建設(shè)費用以及對環(huán)境適應(yīng)性更好，是電動輪礦用自卸車發(fā)展的必然方向，但與之配套的驅(qū)動控制系統(tǒng)若還是采用單軸雙驅(qū)動電機集中控制方案，就意味著每一個電機的功率和體積需要更大，也就是說采取集中控制方案技術(shù)難度已很難滿足需要，而且集中控制技術(shù)的通用化程度低，可擴展性差，成本非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種采取分散控制、通用化程度高，可擴展性強，成本低的電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]一種電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述電動輪礦用車有N個電動車輪，所述驅(qū)動控制系統(tǒng)包括安裝在每個電動車輪上的電機，還包括車輛管理控制器、整流制動控制單元、動力機組控制器和M個電機控制器，所述車輛管理控制器分別通過控制電纜與所述整流制動控制單元、所述動力機組控制器和M個所述電機控制器連接，所述車輛管理控制器通過CAN總線發(fā)送油門信號給所述動力機組控制器，所述車輛管理控制器通過CAN總線發(fā)送分閘信號、合閘信號、制動允許信號發(fā)送給所述整流制動控制單元，所述車輛管理控制器通過CAN總線發(fā)送檔位信號、制動強度信號、制動允許信號、油門大小信號給M個所述電機控制器，每個所述電機控制器與一個相應(yīng)所述電機連接。
[0006]進一步的，所述的電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)還包括人機界面，所述人機界面通過控制電纜與所述車輛管理控制器連接，所述車輛管理控制器通過CAN總線將所述電動輪礦用車工作狀態(tài)信號、報警信號發(fā)送到所述人機界面。
[0007]優(yōu)選的，所述整流制動控制單元包括左整流制動控制單元和右整流制動控制單元，所述車輛管理控制器分別通過控制電纜與左整流制動控制單元、右整流制動控制單元連接，所述車輛管理控制器通過CAN總線CAN2發(fā)送分閘信號、合閘信號、制動允許信號發(fā)送給所述左整流制動控制單元、右整流制動控制單元。[0008]優(yōu)選的，所述動力機組控制器包括左動力機組控制器和右動力機組控制器，所述車輛管理控制器分別通過控制電纜與所述左動力機組控制器、右動力機組控制器連接，所述車輛管理控制器通過CAN總線CANl發(fā)送油門信號給所述左動力機組控制器、右動力機組控制器。
[0009]優(yōu)選的，所述整流制動控制單元包括整流制動控制模塊第一 DSP、整流單元和制動單元，所述整流制動控制模塊第一 DSP包括IGBT控制模塊，所述整流單元包括相互并聯(lián)的斷路器、二極管整流橋和第一穩(wěn)壓電容，所述制動單元包括第一制動電阻、第二制動電阻、直流風(fēng)機和三路IGBT，所述斷路器連接到所述整流制動控制模塊第一 DSP端口，并與二極管整流橋和第一穩(wěn)壓電容并聯(lián)，所述制動單元包括第一制動電阻、第二制動電阻、直流風(fēng)機、IGl模塊、1G2模塊和IG3模塊，其中IGl模塊、1G2模塊、IG3模塊相互并聯(lián)并分別與IGBT控制模塊連接，第一制動電阻Rl與IGl模塊串聯(lián)，第二制動電阻與IG2模塊串聯(lián)，直流風(fēng)機與IG3模塊串聯(lián)。
[0010]優(yōu)選的，所述電機控制器包括電機控制模塊、IGBT三相逆變橋、第二穩(wěn)壓電容，其中所述IGBT三相逆變橋與所述第二穩(wěn)壓電容并聯(lián)，所述IGBT三相逆變橋中的每個IG模塊分別與所述電機控制模塊第二 DSP連接。
[0011]本發(fā)明的有益效果是采用了多軸全輪驅(qū)動方案，驅(qū)動輪數(shù)量大大增加，相應(yīng)的電機數(shù)量大大增加，原來只有2個電機承擔(dān)的功率平均分配到多個電機上，所以每個電機的功率及體積都大大減小了，其設(shè)計、制造難度和成本大大降低；同時實現(xiàn)了多電機協(xié)同控制，極大的提高了車輛的行駛和爬坡能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)原理圖；
[0013]圖2為本發(fā)明實施例電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)中整流制動控制單元原理圖；
[0014]圖3為本發(fā)明實施例電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)中電機控制器原理圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體說明。
[0016]如圖1所示，一種電動輪重型礦用自卸車，為4軸線，8個懸架，16個電動車輪，每一個電動車輪上安裝一個電機。電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)還包括車輛管理控制器1、左整流制動控制單元21、右整流制動控制單元22、左動力機組控制器31、右動力機組控制器 32 和 16 個電機控制器 1011、1012、1021、1022、1031、1032、1041、1042、2011、2012、2021、2022、2031、2032、2041、2042，車輛管理控制器I分別通過控制電纜與左整流制動控制單元21、右整流制動控制單元22、左動力機組控制器31、右動力機組控制器32和16個電機控制器 1011、1012、1021、1022、1031、1032、1041、1042、2011、2012、2021、2022、2031、2032、2041、2042連接，車輛管理控制器I通過第一 CAN總線CANl發(fā)送油門信號給左動力機組控制器31、右動力機組控制器32，車輛管理控制器I通過第二 CAN總線CAN2發(fā)送分閘信號、合閘信號、制動允許信號發(fā)送給左整流制動控制單元21、右整流制動控制單元22，車輛管理控制器I通過第三CAN總線CAN3發(fā)送檔位信號、制動強度信號、制動允許信號、油門大小信號給電機控制器1011、1012、1031、1032、2011、2012、2031、2032，車輛管理控制器I通過第四CAN總線CAN4發(fā)送檔位信號、制動強度信號、制動允許信號、油門大小信號給電機控制器1021、1022、1041、1042、2021、2022、2041、2042。由于采用了兩個動力機組控制器和兩個流制動控制單元進行分散控制，可以解決集中控制帶來的控制設(shè)備體積大的問題，方便在車廂內(nèi)進行布置。每個電機控制器與一個相應(yīng)電機連接。電動輪礦用車多軸多驅(qū)動電機協(xié)同控制系統(tǒng)還包括人機界面4，人機界面4通過控制電纜與車輛管理控制器I連接，車輛管理控制器I通過第五CAN總線CAN5將電動輪礦用車工作狀態(tài)信號、報警信號發(fā)送到人機界面5。
[0017]如圖2所示，電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)采用的整流制動控制單元包括整流制動控制模塊第一 DSP23、整流單元24和制動單元25，整流單元24將交流電整流穩(wěn)壓后給制動單元25供電，整流制動控制模塊第一 DSP23包括IGBT控制模塊，整流單元24包括斷路器QF、二極管整流橋和第一穩(wěn)壓電容Cl，斷路器QF連接到整流制動控制模塊第一 DSP23端口，并與二極管整流橋和第一穩(wěn)壓電容Cl并聯(lián)，制動單元25包括第一制動電阻Rl、第二制動電阻R2、直流風(fēng)機M、IGl模塊、1G2模塊和IG3模塊，其中IGl模塊、1G2模塊、IG3模塊相互并聯(lián)并分別與IGBT控制模塊連接，第一制動電阻Rl與IGl模塊串聯(lián)，第二制動電阻R2與IG2模塊串聯(lián)，直流風(fēng)機M與IG3模塊串聯(lián)。
[0018]整流制動控制單元采集母線電壓信號，同時通過CAN總線接受車輛管理控制器I發(fā)送的制動允許信號、合閘信號、分閘信號等端口信號來控制內(nèi)部IGBT控制模塊和斷路器QF, IGBT控制模塊驅(qū)動3路IGBT驅(qū)動電路工作；整流制動控制單元通過第一 DSP23內(nèi)部的RS232/CAN模塊將整流制動控制單元的數(shù)據(jù)發(fā)送至車輛管理控制器；整流制動控制單元也通過RS232/CAN模塊接受車輛管理控制器發(fā)送的CAN總線數(shù)據(jù)來控制自身的工作。
[0019]整流制動控制單元通過二極管整流橋?qū)l(fā)電機的三相交流電整流成直流電。制動單元接收車輛管理控制器I發(fā)送的制動允許信號來控制制動電阻和風(fēng)機的工作，具體為:整流制動控制單元接收到制動允許信號后直流風(fēng)機投入工作，延遲10秒關(guān)斷；當(dāng)母線電壓大于960V時，第一制動電阻Rl和第二制動電阻R2投入工作，當(dāng)母線電壓小于960V時，第一制動電阻Rl和第二制動電阻R2關(guān)斷。
[0020]如圖3所示，電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)采用的電機控制器包括IGBT三相逆變橋41、第二穩(wěn)壓電容C2和電機控制模塊第二 DSP42，其中IGBT三相逆變橋41與第二穩(wěn)壓電容C2并聯(lián)，IGBT三相逆變橋41中的每個IG模塊分別與電機控制模塊第二 DSP42連接。電機控制模塊第二DSP42的電源模塊將母線電壓轉(zhuǎn)換成控制電壓，給電機控制器內(nèi)部的IGBT控制模塊、傳感器供電，電機控制模塊第二 DSP42的RS485/CAN模塊讀取電機控制器的電氣參數(shù)、控制器控制狀態(tài)、報警狀態(tài)等，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN數(shù)據(jù)發(fā)送給車輛管理控制器I。
[0021]IGBT三相逆變橋41將直流電逆變成交流電，用于驅(qū)動電機工作。電機控制器通過電機控制模塊第二 DSP42對IGBT進行控制，可以輸出大小和頻率不同的交流電來驅(qū)動電機。電機控制器的工作受控于車輛管理控制器，電機控制器接收車輛管理控制器發(fā)送的檔位信號、油門信號、制動允許信號和制動強度信號。其中，檔位信號為電機控制器的工作信號，電機控制器接收到檔位信號后開始工作。油門信號為電機控制的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩信號，由于電機控制器采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，油門大小正比于驅(qū)動轉(zhuǎn)矩大小，電機控制器依據(jù)油門大小，通過采集電機的轉(zhuǎn)速信號、母線電壓信號和三相電流信號，控制IGBT的工作，進而控制電機的轉(zhuǎn)矩大小。制動強度信號為電機控制器制動轉(zhuǎn)矩強度信號，它的工作原理與油門信號相同。制動允許信號用于電機控制器驅(qū)動模式和制動模式之間的切換。[0022]本電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)的運行過程為:
[0023]系統(tǒng)啟動后，發(fā)電機G發(fā)出的三相交流電經(jīng)過左、右整流制動控制單元的整流單元轉(zhuǎn)換成直流電，直流電分別經(jīng)過16個電機控制器轉(zhuǎn)換成頻率可變的三相交流電驅(qū)動16個電機。
[0024]各電機控制器、動力機組控制器、整流制動控制單元分別通過各CAN總線將工作狀態(tài)和報警信息發(fā)送到車輛管理控制器，車輛管理控制器通過接收各CAN總線的數(shù)據(jù)對各部件的工作狀態(tài)進行分析，狀態(tài)正常時車輛管理控制器控制整個系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，如果不正常則通過人機界面報警。
[0025]系統(tǒng)進入工作狀態(tài)后，車輛管理控制器I過接收來自駕駛室的操作指令控制整車的工作狀態(tài)，當(dāng)車輛前進時，車輛管理控制器I前進信號和轉(zhuǎn)矩信號發(fā)送到16個電機控制器，電機控制器接收到前進信號后，控制電機轉(zhuǎn)向方向朝前，電機控制器接收到轉(zhuǎn)矩信號后，控制電機輸出轉(zhuǎn)矩，此時車輛前行；當(dāng)車輛后退時，車輛管理控制器I后退信號和轉(zhuǎn)矩信號發(fā)送到16個電機控制器，電機控制器接收到后退信號后,控制電機轉(zhuǎn)向方向朝后，電機控制器接收到轉(zhuǎn)矩信號后，控制電機輸出轉(zhuǎn)矩，此時車輛后退；車輛管理控制器通過接收駕駛室油門踏板信號并經(jīng)過分析車輛當(dāng)前驅(qū)動狀態(tài)通過控制電纜控制左、右動力機組控制器實現(xiàn)對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的控制；當(dāng)車輛執(zhí)行電制動時，車輛管理控制器I輸出制動允許信號給16個電機控制器和左、右整流制動控制單元，此時電機控制器控制電機執(zhí)行制動，同時車輛管理控制器將駕駛室內(nèi)部的制動踏板強度信號也分別發(fā)送到16個電機控制器，電機控制器根據(jù)制動強度信號控制控制電機實現(xiàn)制動強度調(diào)節(jié)功能，當(dāng)車輛制動時，電機反向發(fā)電，整流制動控制單元接收到制動允許信號后將電機發(fā)出的電通過兩個制動電阻Rl、R2消耗掉從而實現(xiàn)電制動。
[0026]本電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)采用了 4軸16輪驅(qū)動方案，驅(qū)動輪數(shù)量大大增加，相應(yīng)的電機數(shù)量大大增加，原來只有2個電機承擔(dān)的功率平均分配到16個電機上，所以每個電機的功率及體積都大大減小了，其設(shè)計、制造難度和成本大大降低；同時實現(xiàn)了多電機協(xié)同控制，極大的提高了車輛的行駛和爬坡能力。
[0027]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述電動輪礦用車有N個電動車輪，其特征在于，所述驅(qū)動控制系統(tǒng)包括安裝在每個電動車輪上的電機，還包括車輛管理控制器、整流制動控制單元、動力機組控制器和M個電機控制器，所述車輛管理控制器分別通過控制電纜與所述整流制動控制單元、所述動力機組控制器和M個所述電機控制器連接，所述車輛管理控制器通過CAN總線發(fā)送油門信號給所述動力機組控制器，所述車輛管理控制器通過CAN總線發(fā)送分閘信號、合閘信號、制動允許信號發(fā)送給所述整流制動控制單元，所述車輛管理控制器通過CAN總線發(fā)送檔位信號、制動強度信號、制動允許信號、油門大小信號給M個所述電機控制器，每個所述電機控制器與一個相應(yīng)所述電機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括人機界面，所述人機界面通過控制電纜與所述車輛管理控制器連接，所述車輛管理控制器通過CAN總線將所述電動輪礦用車工作狀態(tài)信號、報警信號發(fā)送到所述人機界面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述整流制動控制單元包括左整流制動控制單元和右整流制動控制單元，所述車輛管理控制器分別通過控制電纜與左整流制動控制單元、右整流制動控制單元連接，所述車輛管理控制器通過CAN總線CAN2發(fā)送分閘信號、合閘信號、制動允許信號發(fā)送給所述左整流制動控制單元、右整流制動控制單兀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述動力機組控制器包括左動力機組控制器和右動力機組控制器，所述車輛管理控制器分別通過控制電纜與所述左動力機組控制器、右動力機組控制器連接，所述車輛管理控制器通過CAN總線CANl發(fā)送油門信號給所述左動力機組控制器、右動力機組控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述整流制動控制單元包括整流制動控制模塊第一 DSP、整流單元和制動單元，所述整流制動控制模塊第一 DSP包括IGBT控制模塊，所述整流單元包括相互并聯(lián)的斷路器、二極管整流橋和第一穩(wěn)壓電容，所述制動單元包括第一制動電阻、第二制動電阻、直流風(fēng)機和三路IGBT，所述斷路器連接到所述整流制動控制模塊第一 DSP端口，并與二極管整流橋和第一穩(wěn)壓電容并聯(lián)，所述制動單元包括第一制動電阻、第二制動電阻、直流風(fēng)機、IGl模塊、1G2模塊和IG3模塊，其中IGl模塊、1G2模塊、IG3模塊相互并聯(lián)并分別與IGBT控制模塊連接，第一制動電阻Rl與IGl模塊串聯(lián)，第二制動電阻與IG2模塊串聯(lián)，直流風(fēng)機與IG3模塊串聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動輪礦用車驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機控制器包括電機控制模塊、IGBT三相逆變橋、第二穩(wěn)壓電容，其中所述IGBT三相逆變橋與所述第二穩(wěn)壓電容并聯(lián)，所述IGBT三相逆變橋中的每個IG模塊分別與所述電機控制模塊第二DSP連接。
【文檔編號】B60L15/00GK103465846SQ201310423049
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】虢勁松, 鐘誠, 何適, 方雷 申請人:航天重型工程裝備有限公司