CN103465846A

CN103465846A - 一种电动轮矿用车驱动控制***

Info

Publication number: CN103465846A
Application number: CN2013104230493A
Authority: CN
Inventors: 虢劲松; 钟诚; 何适; 方雷
Original assignee: AEROSPACE HEAVY ENGINEERING EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: AEROSPACE HEAVY ENGINEERING EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: CN103465846B

Abstract

本发明涉及一种电动轮矿用车驱动控制***，电动轮矿用车有N个电动车轮，在电动轮矿用车的每一个电动车轮上安装一个电机，车辆管理控制器分别通过控制电缆与整流制动控制单元、动力机组控制器和M个电机控制器连接，车辆管理控制器通过CAN总线发送油门信号给动力机组控制器，车辆管理控制器通过CAN总线发送分闸信号、合闸信号、制动允许信号发送给整流制动控制单元，车辆管理控制器通过CAN总线发送档位信号、制动强度信号、制动允许信号、油门大小信号给每个电机控制器，每个电机控制器与一个相应电机连接。本发明采用了多轴全轮驱动方案，每个电机的功率及体积都大大减小了，其设计、制造难度和成本大大降低。

Description

一种电动轮矿用车驱动控制***

技术领域

本发明属于电动轮矿用车驱动控制技术领域，具体涉及一种电动轮矿用车驱动控制***。

背景技术

目前电动轮矿用自卸车广泛应用于大型露天矿山的开采，特别多轴电动轮矿用自卸车是机、电、液一体化产品，因其承载能力大，主要应用于万吨级以上大型露天矿山开采。迄今为止，国内使用的大吨位电动轮矿用自卸车均采用4×2驱动方式（双轴矿用车），且绝大部分仍依赖进口，电动轮矿用车电驱***都是采用单轴双驱动电机集中控制方案，每一个电机都具有很大的功率和体积，设计制造难度和成本都非常高。这种电动轮矿用车控制***采用集中控制方案，所有功率和控制元件都统一设计，集中布置。随着多轴电动轮矿用自卸车的发展，四轴电动轮矿用自卸车已经开始出现，该种车型相对于传统双轴矿用车燃料消耗可减少5%，还可减少运输路线建设费用以及对环境适应性更好，是电动轮矿用自卸车发展的必然方向，但与之配套的驱动控制***若还是采用单轴双驱动电机集中控制方案，就意味着每一个电机的功率和体积需要更大，也就是说采取集中控制方案技术难度已很难满足需要，而且集中控制技术的通用化程度低，可扩展性差，成本非常高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采取分散控制、通用化程度高，可扩展性强，成本低的电动轮矿用车驱动控制***。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种电动轮矿用车驱动控制***，所述电动轮矿用车有N个电动车轮，所述驱动控制***包括安装在每个电动车轮上的电机，还包括车辆管理控制器、整流制动控制单元、动力机组控制器和M个电机控制器，所述车辆管理控制器分别通过控制电缆与所述整流制动控制单元、所述动力机组控制器和M个所述电机控制器连接，所述车辆管理控制器通过CAN总线发送油门信号给所述动力机组控制器，所述车辆管理控制器通过CAN总线发送分闸信号、合闸信号、制动允许信号发送给所述整流制动控制单元，所述车辆管理控制器通过CAN总线发送档位信号、制动强度信号、制动允许信号、油门大小信号给M个所述电机控制器，每个所述电机控制器与一个相应所述电机连接。

进一步的，所述的电动轮矿用车驱动控制***还包括人机界面，所述人机界面通过控制电缆与所述车辆管理控制器连接，所述车辆管理控制器通过CAN总线将所述电动轮矿用车工作状态信号、报警信号发送到所述人机界面。

优选的，所述整流制动控制单元包括左整流制动控制单元和右整流制动控制单元，所述车辆管理控制器分别通过控制电缆与左整流制动控制单元、右整流制动控制单元连接，所述车辆管理控制器通过CAN总线CAN2发送分闸信号、合闸信号、制动允许信号发送给所述左整流制动控制单元、右整流制动控制单元。

优选的，所述动力机组控制器包括左动力机组控制器和右动力机组控制器，所述车辆管理控制器分别通过控制电缆与所述左动力机组控制器、右动力机组控制器连接，所述车辆管理控制器通过CAN总线CAN1发送油门信号给所述左动力机组控制器、右动力机组控制器。

优选的，所述整流制动控制单元包括整流制动控制模块第一DSP、整流单元和制动单元，所述整流制动控制模块第一DSP包括IGBT控制模块，所述整流单元包括相互并联的断路器、二极管整流桥和第一稳压电容，所述制动单元包括第一制动电阻、第二制动电阻、直流风机和三路IGBT，所述断路器连接到所述整流制动控制模块第一DSP端口，并与二极管整流桥和第一稳压电容并联，所述制动单元包括第一制动电阻、第二制动电阻、直流风机、IG1模块、1G2模块和IG3模块，其中IG1模块、1G2模块、IG3模块相互并联并分别与IGBT控制模块连接，第一制动电阻R1与IG1模块串联，第二制动电阻与IG2模块串联，直流风机与IG3模块串联。

优选的，所述电机控制器包括电机控制模块、IGBT三相逆变桥、第二稳压电容，其中所述IGBT三相逆变桥与所述第二稳压电容并联，所述IGBT三相逆变桥中的每个IG模块分别与所述电机控制模块第二DSP连接。

本发明的有益效果是采用了多轴全轮驱动方案，驱动轮数量大大增加，相应的电机数量大大增加，原来只有2个电机承担的功率平均分配到多个电机上，所以每个电机的功率及体积都大大减小了，其设计、制造难度和成本大大降低；同时实现了多电机协同控制，极大的提高了车辆的行驶和爬坡能力。

附图说明

图1为本发明实施例电动轮矿用车驱动控制***原理图；

图2为本发明实施例电动轮矿用车驱动控制***中整流制动控制单元原理图；

图3为本发明实施例电动轮矿用车驱动控制***中电机控制器原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

如图1所示，一种电动轮重型矿用自卸车，为4轴线，8个悬架，16个电动车轮，每一个电动车轮上安装一个电机。电动轮矿用车驱动控制***还包括车辆管理控制器1、左整流制动控制单元21、右整流制动控制单元22、左动力机组控制器31、右动力机组控制器32和16个电机控制器1011、1012、1021、1022、1031、1032、1041、1042、2011、2012、2021、2022、2031、2032、2041、2042，车辆管理控制器1分别通过控制电缆与左整流制动控制单元21、右整流制动控制单元22、左动力机组控制器31、右动力机组控制器32和16个电机控制器1011、1012、1021、1022、1031、1032、1041、1042、2011、2012、2021、2022、2031、2032、2041、2042连接，车辆管理控制器1通过第一CAN总线CAN1发送油门信号给左动力机组控制器31、右动力机组控制器32，车辆管理控制器1通过第二CAN总线CAN2发送分闸信号、合闸信号、制动允许信号发送给左整流制动控制单元21、右整流制动控制单元22，车辆管理控制器1通过第三CAN总线CAN3发送档位信号、制动强度信号、制动允许信号、油门大小信号给电机控制器1011、1012、1031、1032、2011、2012、2031、2032，车辆管理控制器1通过第四CAN总线CAN4发送档位信号、制动强度信号、制动允许信号、油门大小信号给电机控制器1021、1022、1041、1042、2021、2022、2041、2042。由于采用了两个动力机组控制器和两个流制动控制单元进行分散控制，可以解决集中控制带来的控制设备体积大的问题，方便在车厢内进行布置。每个电机控制器与一个相应电机连接。电动轮矿用车多轴多驱动电机协同控制***还包括人机界面4，人机界面4通过控制电缆与车辆管理控制器1连接，车辆管理控制器1通过第五CAN总线CAN5将电动轮矿用车工作状态信号、报警信号发送到人机界面5。

如图2所示，电动轮矿用车驱动控制***采用的整流制动控制单元包括整流制动控制模块第一DSP23、整流单元24和制动单元25，整流单元24将交流电整流稳压后给制动单元25供电，整流制动控制模块第一DSP23包括IGBT控制模块，整流单元24包括断路器QF、二极管整流桥和第一稳压电容C1，断路器QF连接到整流制动控制模块第一DSP23端口，并与二极管整流桥和第一稳压电容C1并联，制动单元25包括第一制动电阻R1、第二制动电阻R2、直流风机M、IG1模块、1G2模块和IG3模块，其中IG1模块、1G2模块、IG3模块相互并联并分别与IGBT控制模块连接，第一制动电阻R1与IG1模块串联，第二制动电阻R2与IG2模块串联，直流风机M与IG3模块串联。

整流制动控制单元采集母线电压信号，同时通过CAN总线接受车辆管理控制器1发送的制动允许信号、合闸信号、分闸信号等端口信号来控制内部IGBT控制模块和断路器QF，IGBT控制模块驱动3路IGBT驱动电路工作；整流制动控制单元通过第一DSP23内部的RS232/CAN模块将整流制动控制单元的数据发送至车辆管理控制器；整流制动控制单元也通过RS232/CAN模块接受车辆管理控制器发送的CAN总线数据来控制自身的工作。

整流制动控制单元通过二极管整流桥将发电机的三相交流电整流成直流电。制动单元接收车辆管理控制器1发送的制动允许信号来控制制动电阻和风机的工作，具体为：整流制动控制单元接收到制动允许信号后直流风机投入工作，延迟10秒关断；当母线电压大于960V时，第一制动电阻R1和第二制动电阻R2投入工作，当母线电压小于960V时，第一制动电阻R1和第二制动电阻R2关断。

如图3所示，电动轮矿用车驱动控制***采用的电机控制器包括IGBT三相逆变桥41、第二稳压电容C2和电机控制模块第二DSP42，其中IGBT三相逆变桥41与第二稳压电容C2并联，IGBT三相逆变桥41中的每个IG模块分别与电机控制模块第二DSP42连接。电机控制模块第二DSP42的电源模块将母线电压转换成控制电压，给电机控制器内部的IGBT控制模块、传感器供电，电机控制模块第二DSP42的RS485/CAN模块读取电机控制器的电气参数、控制器控制状态、报警状态等，并将这些数据转换成CAN数据发送给车辆管理控制器1。

IGBT三相逆变桥41将直流电逆变成交流电，用于驱动电机工作。电机控制器通过电机控制模块第二DSP42对IGBT进行控制，可以输出大小和频率不同的交流电来驱动电机。电机控制器的工作受控于车辆管理控制器，电机控制器接收车辆管理控制器发送的档位信号、油门信号、制动允许信号和制动强度信号。其中，档位信号为电机控制器的工作信号，电机控制器接收到档位信号后开始工作。油门信号为电机控制的驱动转矩信号，由于电机控制器采用直接转矩控制技术，油门大小正比于驱动转矩大小，电机控制器依据油门大小，通过采集电机的转速信号、母线电压信号和三相电流信号，控制IGBT的工作，进而控制电机的转矩大小。制动强度信号为电机控制器制动转矩强度信号，它的工作原理与油门信号相同。制动允许信号用于电机控制器驱动模式和制动模式之间的切换。

本电动轮矿用车驱动控制***的运行过程为：

***启动后，发电机G发出的三相交流电经过左、右整流制动控制单元的整流单元转换成直流电，直流电分别经过16个电机控制器转换成频率可变的三相交流电驱动16个电机。

各电机控制器、动力机组控制器、整流制动控制单元分别通过各CAN总线将工作状态和报警信息发送到车辆管理控制器，车辆管理控制器通过接收各CAN总线的数据对各部件的工作状态进行分析，状态正常时车辆管理控制器控制整个***进入工作状态，如果不正常则通过人机界面报警。

***进入工作状态后，车辆管理控制器1过接收来自驾驶室的操作指令控制整车的工作状态，当车辆前进时，车辆管理控制器1前进信号和转矩信号发送到16个电机控制器，电机控制器接收到前进信号后，控制电机转向方向朝前，电机控制器接收到转矩信号后，控制电机输出转矩，此时车辆前行；当车辆后退时，车辆管理控制器1后退信号和转矩信号发送到16个电机控制器，电机控制器接收到后退信号后，控制电机转向方向朝后，电机控制器接收到转矩信号后，控制电机输出转矩，此时车辆后退；车辆管理控制器通过接收驾驶室油门踏板信号并经过分析车辆当前驱动状态通过控制电缆控制左、右动力机组控制器实现对发动机转速的控制；当车辆执行电制动时，车辆管理控制器1输出制动允许信号给16个电机控制器和左、右整流制动控制单元，此时电机控制器控制电机执行制动，同时车辆管理控制器将驾驶室内部的制动踏板强度信号也分别发送到16个电机控制器，电机控制器根据制动强度信号控制控制电机实现制动强度调节功能，当车辆制动时，电机反向发电，整流制动控制单元接收到制动允许信号后将电机发出的电通过两个制动电阻R1、R2消耗掉从而实现电制动。

本电动轮矿用车驱动控制***采用了4轴16轮驱动方案，驱动轮数量大大增加，相应的电机数量大大增加，原来只有2个电机承担的功率平均分配到16个电机上，所以每个电机的功率及体积都大大减小了，其设计、制造难度和成本大大降低；同时实现了多电机协同控制，极大的提高了车辆的行驶和爬坡能力。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种电动轮矿用车驱动控制***，所述电动轮矿用车有N个电动车轮，其特征在于，所述驱动控制***包括安装在每个电动车轮上的电机，还包括车辆管理控制器、整流制动控制单元、动力机组控制器和M个电机控制器，所述车辆管理控制器分别通过控制电缆与所述整流制动控制单元、所述动力机组控制器和M个所述电机控制器连接，所述车辆管理控制器通过CAN总线发送油门信号给所述动力机组控制器，所述车辆管理控制器通过CAN总线发送分闸信号、合闸信号、制动允许信号发送给所述整流制动控制单元，所述车辆管理控制器通过CAN总线发送档位信号、制动强度信号、制动允许信号、油门大小信号给M个所述电机控制器，每个所述电机控制器与一个相应所述电机连接。

2.根据权利要求1所述的电动轮矿用车驱动控制***，其特征在于，还包括人机界面，所述人机界面通过控制电缆与所述车辆管理控制器连接，所述车辆管理控制器通过CAN总线将所述电动轮矿用车工作状态信号、报警信号发送到所述人机界面。

3.根据权利要求1或2所述的电动轮矿用车驱动控制***，其特征在于，所述整流制动控制单元包括左整流制动控制单元和右整流制动控制单元，所述车辆管理控制器分别通过控制电缆与左整流制动控制单元、右整流制动控制单元连接，所述车辆管理控制器通过CAN总线CAN2发送分闸信号、合闸信号、制动允许信号发送给所述左整流制动控制单元、右整流制动控制单元。

4.根据权利要求1或2所述的电动轮矿用车驱动控制***，其特征在于，所述动力机组控制器包括左动力机组控制器和右动力机组控制器，所述车辆管理控制器分别通过控制电缆与所述左动力机组控制器、右动力机组控制器连接，所述车辆管理控制器通过CAN总线CAN1发送油门信号给所述左动力机组控制器、右动力机组控制器。

5.根据权利要求1或2所述的电动轮矿用车驱动控制***，其特征在于，所述整流制动控制单元包括整流制动控制模块第一DSP、整流单元和制动单元，所述整流制动控制模块第一DSP包括IGBT控制模块，所述整流单元包括相互并联的断路器、二极管整流桥和第一稳压电容，所述制动单元包括第一制动电阻、第二制动电阻、直流风机和三路IGBT，所述断路器连接到所述整流制动控制模块第一DSP端口，并与二极管整流桥和第一稳压电容并联，所述制动单元包括第一制动电阻、第二制动电阻、直流风机、IG1模块、1G2模块和IG3模块，其中IG1模块、1G2模块、IG3模块相互并联并分别与IGBT控制模块连接，第一制动电阻R1与IG1模块串联，第二制动电阻与IG2模块串联，直流风机与IG3模块串联。

6.根据权利要求1或2所述的电动轮矿用车驱动控制***，其特征在于，所述电机控制器包括电机控制模块、IGBT三相逆变桥、第二稳压电容，其中所述IGBT三相逆变桥与所述第二稳压电容并联，所述IGBT三相逆变桥中的每个IG模块分别与所述电机控制模块第二DSP连接。