CN114715117A - 一种轨道交通装备用混合动力包电气控制*** - Google Patents

一种轨道交通装备用混合动力包电气控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，包括混合动力包控制单元HCU以及受控于混合动力包控制单元HCU的子***，所述子***包括传动箱控制单元TCU，电池管理***BMS，逻辑计算单元ALU，柴油机管理计算机FFR，高速永磁电机控制器MCU，辅助风扇控制器AFC，电磁离合器控制单元ECCU、远程数据传输终端RDT和诊断单元HCU‑DIF。混合动力包控制***集成度高，将混合动力包控制单元HCU，传动箱控制单元TCU，电池管理***BMS，逻辑计算单元ALU，柴油机管理计算机FFR，高速永磁电机控制器MCU，辅助风扇控制器AFC，电磁离合器控制单元ECCU、远程数据传输终端RDT和诊断单元HCU‑DIF继承到一个控制***中，HCU将子***间的CAN总线挂到两路CAN总线上，方便HCU对子***的调度和管理。

Description

一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***。
背景技术
混合动力技术目前已广泛应用于汽车领域，并具备了一定的规模。在轨道交通领域，混合动力技术在国外刚刚兴起，如MTU、VOITH等对轨道交通应用的混合动力包技术进行了研发。
混合动力包集成了混合动力单元的基本构型，包含柴油机、电动机/发电机、行星传动***、离合器、传动箱、辅助单元及安装框架等，和电气控制***，包含主控制***、柴油机控制***、牵引控制***、传动控制***、辅助控制***等。
现有的汽车领域的混合动力电气控制***，因其所执行的国家标准或行业标准不符合轨道交通要求，其控制策略及策略实现的硬件载体适用于复杂多变的道路交通，而道路交通与轨道交通存在根本差异。且汽车领域的混合动力电气控制***也不包含液力制动、远程通信等功能，因而不适用于轨道交通用混合动力包控制***。
发明内容
本发明提供一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，以克服技术问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，其特征在于，包括：混合动力包控制单元HCU以及受控于混合动力包控制单元HCU的子***，所述子***包括传动箱控制单元TCU，电池管理***BMS，逻辑计算单元ALU，柴油机管理计算机FFR，高速永磁电机控制器MCU，辅助风扇控制器AFC，电磁离合器控制单元ECCU、远程数据传输终端RDT和诊断单元HCU-DIF；
其中高速永磁电机控制器MCU包含第一高速永磁电机控制器MCU1和第二高速永磁电机控制器MCU2，辅助风扇控制器AFC包含第一辅助风扇控制器AFC1和第二辅助风扇控制器AFC2，柴油机管理计算机FFR管理柴油机电喷控制单元EDC和柴油机后处理控制单元DCU；
混合动力包控制单元HCU用于与车辆控制器通信，接收车辆网络/硬线指令，并将动力包运行过程数据发送给整车；根据各子***的工作状态、ALU计算的动力包不同工作模式的效率及效率高低排序结果、电池组的健康状态等，选择对应的工作模式，调度各子***协调运行；
传动箱控制单元TCU接收混合动力包控制单元HCU发送的控制指令，用于控制传动箱换向、换挡操作，并监控传动箱运行状态；
电池管理***BMS用于检测动力电池组的电量、温度、健康状态、充电/放电的电流/电压的数据，并通过CAN总线发送给混合动力包控制单元HCU；
逻辑计算单元ALU用于计算当前车辆控制指令下动力包对应不同工作模式下柴油机和电机的功率与效率，对效率进行综合计算后按效率高低排序，并将排序结果传送给混合动力包控制单元HCU；
柴油机管理计算机FFR用于与混合动力包控制单元HCU通信，并控制柴油机电喷控制单元EDC和柴油机后处理控制单元DCU工作；
柴油机电喷控制单元EDC用于控制柴油机喷油量，调节柴油机输出转速/扭矩；
柴油机后处理控制单元DCU用于控制柴油机的尿素喷射量；
第一高速永磁电机控制器MCU1用于控制第一高速永磁电机MG1的驱动或发电工作状态及第一高速永磁电机MG1的转速/转矩；
第二高速永磁电机控制器MCU2用于控制第二高速永磁电机MG2的驱动或发电工作状态及第二高速永磁电机MG2的转速/转矩；
第一辅助风扇控制器AFC1用于对比增压空气温度、低温水回路温度与预设温度阈值，进而调节第一辅助风扇电机AM1转速；
第二辅助风扇控制器AFC2用于对比高温水回路温度与预设温度阈值，进而调节第二辅助风扇电机AM2转速，对高温水回路温度进行控制；
电磁离合器控制单元ECCU用于控制第一离合器、第二离合器的结合与分离；
远程数据传输终端RDT用于子***间的本地通信、远程通信，并通过定位***获取车辆位置信息；
诊断单元HCU-DIF用于与本地诊断中心建立本地连接，传输混合动力包控制单元HCU内部存储的历史数据。有益效果：
(1)混合动力包控制***集成度高，将混合动力包控制单元HCU，传动箱控制单元TCU，电池管理***BMS，逻辑计算单元ALU，柴油机管理计算机FFR，高速永磁电机控制器MCU，辅助风扇控制器AFC，电磁离合器控制单元ECCU、远程数据传输终端RDT和诊断单元HCU-DIF继承到一个控制***中，各子***分工明确。控制***将各子***间的CAN总线挂到三路CAN总线上，方便HCU对子***的调度和管理；其中第一路和第三路CAN最终通过HCU合成一路CAN总线，与车辆进行通信，简化了控制***与车辆的电气接口；HCU根据选择的工作模式，自动调度各子***的运行，司机只需要给定速度或制动指令，动力包控制***便能以最高效率实现指令要求，简化了对司机的操作要求和操作难度。
(2)控制***接收车辆控制指令后，自动筛选动力包的工作模式，在车辆运行状态改变时，自动进行工作模式切换和换挡操作。以满足车辆运行需求的条件下，提高柴油机的热效率，从而提高动力包整体的***综合效率和环境友好性。
(3)控制***在进行离合器的分离和结合时，采用二阶方程控制分离或结合的电流，避免因分离或结合过程产生的冲击，提升乘客的舒适性。对离合器的动作做闭环控制，提高控制精度。
(4)***具有主动保护能力，各子***独立判断工作状态并反馈给HCU，HCU根据子***的工作状态选择调用或切除子***，对子***进行故障保护。
(5)控制***根据车辆发送的制动力设定，自动控制电制动、液力制动的介入和退出，提高能量利用率，并减小机械制动造成的损耗。
(6)电制动和液力制动采用二阶方程平滑控制，减小制动***介入和退出时造成的冲击，提升了乘客的舒适性。
(7)控制***自动实现散热子***的散热功率调节，在保证***热平衡的状态下，降低了散热***的能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本***动力耦合机构图；
图2为混合动力包电气控制***示意图；
图3为本***计算与控制逻辑图；
图4为本***散热子***原理图；
图5为本***离合器控制流程图；
图6为本***控制***通信网络示意图；
图7为本***电制动、液力制动控制流程图；
图8为本***液力制动闭环控制流程图；
图9为本***主动保护架构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，如图2，包括：包括：混合动力包控制单元HCU以及受控于混合动力包控制单元HCU的子***，所述子***包括传动箱控制单元TCU，电池管理***BMS，逻辑计算单元ALU，柴油机管理计算机FFR，高速永磁电机控制器MCU，辅助风扇控制器AFC，电磁离合器控制单元ECCU、远程数据传输终端RDT和诊断单元HCU-DIF；
其中高速永磁电机控制器MCU包含第一高速永磁电机控制器MCU1和第二高速永磁电机控制器MCU2，辅助风扇控制器AFC包含第一辅助风扇控制器AFC1和第二辅助风扇控制器AFC2，柴油机管理计算机FFR管理柴油机电喷控制单元EDC和柴油机后处理控制单元DCU；
混合动力包控制单元HCU用于与车辆控制器通信，接收车辆网络/硬线指令，并将动力包运行过程数据发送给整车；根据各子***的工作状态、ALU计算的动力包不同工作模式的效率及效率高低排序结果、电池组的健康状态等，选择对应的工作模式，调度各子***协调运行；
传动箱控制单元TCU接收混合动力包控制单元HCU发送的控制指令，用于控制传动箱换向、换挡操作，并监控传动箱运行状态；
电池管理***BMS用于检测动力电池组的电量、温度、健康状态、充电/放电的电流/电压的数据，并通过CAN总线发送给混合动力包控制单元HCU；
逻辑计算单元ALU用于计算当前车辆控制指令下动力包对应不同工作模式下柴油机和电机的功率与效率，对效率进行综合计算后按效率高低排序，并将排序结果传送给混合动力包控制单元HCU；
柴油机管理计算机FFR用于与混合动力包控制单元HCU通信，并控制柴油机电喷控制单元EDC和柴油机后处理控制单元DCU工作；
柴油机电喷控制单元EDC用于控制柴油机喷油量，调节柴油机输出转速/扭矩；
柴油机后处理控制单元DCU用于控制柴油机的尿素喷射量；
第一高速永磁电机控制器MCU1用于控制第一高速永磁电机MG1的驱动或发电工作状态及第一高速永磁电机MG1的转速/转矩；
第二高速永磁电机控制器MCU2用于控制第二高速永磁电机MG2的驱动或发电工作状态及第二高速永磁电机MG2的转速/转矩；
第一辅助风扇控制器AFC1用于对比增压空气温度、低温水回路温度与预设温度阈值，进而调节第一辅助风扇电机AM1转速；
第二辅助风扇控制器AFC2用于对比高温水回路温度与预设温度阈值，进而调节第二辅助风扇电机AM2转速，对高温水回路温度进行控制；
电磁离合器控制单元ECCU用于控制第一离合器、第二离合器的结合与分离；
远程数据传输终端RDT用于子***间的本地通信、远程通信，并通过定位***获取车辆位置信息；
诊断单元HCU-DIF用于与本地诊断中心建立本地连接，传输混合动力包控制单元HCU内部存储的历史数据。
3、在具体实施例中，远程数据传输终端RDT具有3路CAN总线通信，分别为第一远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN0、第二远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN1和第三远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN2；
其中第一远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN0与传动箱控制单元TCU的CAN总线、第一辅助风扇控制器AFC1的CAN总线、电池管理***BMS的CAN总线和、混合动力包控制单元HCU的CAN1总线通信，辑计算单元ALU的CAN1，通过诊断单元HCU-DIF的CAN1与车辆控制单元VCU的CAN总线进行通信，实现与车辆的CAN通信；
第二远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN1与诊断单元HCU-DIF的CAN2通信，用于本地诊断动力包故障信息、监控动力包运行过程数据是否出现故障；
第三远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN2与柴油机管理计算机FFR的CAN总线、辑计算单元ALU的CAN2、第二辅助风扇控制器AFC2的CAN总线、第一高速永磁电机控制器MCU1的CAN总线、第二高速永磁电机控制器MCU2的CAN总线、电磁离合器控制单元的CAN总线、柴油机管理计算机FFR的CAN总线和混合动力包控制单元HCU的CAN2总线进行通信。
在具体实施例中，第一远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN0和混合动力包控制单元HCU接收车辆控制单元VCU的控制指令，当车辆采用CAN通信，且车辆使用的CAN与动力包的CAN采用的标准、通信协议一致时，第一远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN0与车辆控制单元VCU直接通信；当车辆不采用CAN通信时，第一远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN0通过网关(CAN通信或MVB通信或以太网)与车辆控制单元VCU进行通信。
在具体实施例中，远程数据传输终端RDT设有4G/5G通信模块和卫星定位***，用于通过公共导航定位***实时获取车辆位置信息，并将车辆位置信息通过CAN总线发送给混合动力包控制单元HCU；
同时4G/5G通信模块通过4G/5G网络将车辆位置信息、混合动力包控制单元HCU传输的动力包运行状态信息发送到服务器，用于实现动力包的远程故障诊断、运行状态监控、控制程序远程更新和历史数据存储，其中，动力包状态信息包括子***是否工作、工作过程数据、温度、压力、转速、扭矩及逻辑判断结果的数据信息。
在具体实施例中，混合动力包控制单元HCU与车辆控制单元VCU进行网络、硬线通信，同时将动力包状态信息反馈给车辆控制单元VCU，并且通过CAN网络接收逻辑计算单元ALU计算的不同工况综合热效率排序结果，并根据子***运行状态，决策并选择对应的工作模式，调度柴油机管理计算机FFR、第一高速永磁电机控制器MCU1、第二高速永磁电机控制器MCU2、电磁离合器控制单元ECCU及传动箱控制单元TCU动作；
根据车辆运行指令、当前工作模式的热效率排序和速度差/扭矩差使混合动力包控制单元HCU决策并选择对应的工作模式；
具体的，设置动力包综合热效率差值Δη，Δη＝ηX-η0；其中ηX为动力包工作模式X的综合热效率，η0为动力包目标运行热效率；
当动力包输出条件满足当前车辆运行指令，且当前工作模式折算的综合热效率差值Δη小于设定阈值Δη0时，混合动力包控制单元HCU保持当前工作模式，不进行模式切换，防止模式频繁切换；
当动力包输出条件满足当前车辆运行指令，且当前工作模式折算的综合热效率差值Δη不小于设定阈值Δη0，混合动力包控制单元HCU切换工作模式；
当动力包输出条件不满足当前车辆运行指令，混合动力包控制单元HCU切换工作模式。
在具体实施例中，混合动力包控制单元HCU通过CAN总线获取柴油机增压空气温度、高温水回路温度，并通过CAN总线将增压空气温度发送给第一辅助风扇控制器AFC1，将高温水回路温度发送给第二辅助风扇控制器AFC2，第一辅助风扇控制器AFC1通过温度传感器采集低温水回路温度；第一辅助风扇控制器AFC1对比增压空气温度、低温水回路温度与预设温度阈值，调节第一电机AM1转速；AFC2对比高温水温度与预设温度阈值，调节第二电机AM2转速，用于对散热器的增压空气、低温水回路和高温水回路温度进行控制；
辅助风扇控制器AFC通过比较CAN总线接收的增压空气温度Tt与设定的热平衡温度下限值T0t和上限值T1t、高温水回路温度Th与设定的热平衡温度下限值T0h和上限值T1h、传感器采集的低温水回路温度Tl与设定的热平衡温度下限值T0l和上限值T1l，及各温度的突变率，确定风扇工作的转速范围；
确定风扇工作的转速范围得方法为：
当Tt<T0t且Tl<T0l时，第一辅助风扇控制器AFC1控制第一电机AM1不工作；
当Tt≥T1t或Tl≥T1l时，第一辅助风扇控制器AFC1控制AM1以设定的最高转速工作；
当Tl≥T0l，且Tt<T1t且Tl<T1l时，第一辅助风扇控制器AFC1控制第一电机AM1转速nAM1以nAM1＝f(Tl)方式调节，其中nAM1＝f(Tl)为线性方程；且AFC1计算单位时间内Tt、Tl上涨的温度ΔTt、ΔTl是否高于设定阈值ΔTtx、ΔTlx：
若ΔTt≥ΔTtx或ΔTl≥ΔTlx，则nAM1＝f(Tl)+n1；
若ΔTt<ΔTtx且ΔTl<ΔTlx，则nAM1＝f(Tl)；
当Th<T0h时，第二辅助风扇控制器AFC2控制第二电机AM2不工作；
当Th≥T1h时，第二辅助风扇控制器AFC2控制第二电机AM2以设定的转速工作；
当Th≥T0h且Th<T1h时，第二辅助风扇控制器AFC2控制第二电机AM2转速nAM2以nAM2＝f(Th)方式调节，其中nAM2＝f(Th)，且第二辅助风扇控制器AFC2计算单位时间内Th上涨的温度ΔTh是否高于设定阈值ΔThx：
若ΔTh≥ΔThx，则nAM2＝f(Th)+n2；
若ΔTh<ΔThx，则nAM2＝f(Th)；
其中，n1和n2为转速常数。
在具体实施例中，混合动力包控制单元HCU根据逻辑计算单元ALU计算的第一离合器、第二离合器两端转速，确定离合器结合时的速度差/扭矩差，并将速度差/扭矩差发送给电磁离合器控制单元ECCU，用于对两个电磁离合器线圈电流进行分别控制；
逻辑计算单元ALU计算第一离合器、第二离合器两端的速度差/扭矩差的具体方法为：
当动力包的当前工作模式需要结合或分离第一离合器Clutch1和第二离合器Clutch2，或单独使用第一离合器Clutch1/第二离合器Clutch2时，逻辑计算单元ALU计算两个离合器两侧的速度差/扭矩差，并发送给混合动力包控制单元HCU，混合动力包控制单元HCU判断速度差/扭矩差是否超过许用界限；
当第一离合器Clutch1、第二离合器Clutch2两端的速度差/扭矩差小于设定的冲击扭矩时，电磁离合器控制单元ECCU控制两个离合器结合力矩；
当第一离合器Clutch1、第二离合器Clutch2两端的速度差/扭矩差不小于设定的冲击扭矩时，混合动力包控制单元HCU向电磁离合器控制单元ECCU发送控制电流信号，使电磁离合器控制单元ECCU对两个离合器的输出执行对应电流信号，从而控制离合器的结合/分离力矩；
电磁离合器控制单元ECCU执行电流特性信号时进行闭环控制，具体的闭环控制为电磁离合器控制单元ECCU采集两个离合器的实际执行电流值，通过PI调节，用于缩小实际执行电流与目标电流的偏差。
在具体实施例中，混合动力包控制单元HCU接收电池管理***BMS发送的电池组的电量、温度、健康状态、充电/放电的电流/电压的数据，分配电动/发电功率，并结合车辆控制单元VCU的速度/扭矩控制指令，确定动力包工作模式；
混合动力包控制单元HCU根据车辆控制单元VCU发送的制动指令，结合当前电池管理***BMS状态和液力制动状态，车辆制动模式选择电制动或液力制动；具体的，当电池管理***BMS状态进行充电时，使用电制动，将制动能量转化为电能存储到动力电池组中；当电池管理***BMS不可充电且液力制动可用时，进行液力制动；当电池管理***BMS和液力制动均不可用或不满足制动功率要求时，混合动力包控制单元HCU请求车辆进行机械制动。
在具体实施例中，混合动力包控制单元HCU通过平滑制动算法，使车辆制动模式选择电制动或液力制动；
所述平滑制动算法为：
以二阶方程方式对第一高速永磁电机MG1、第二高速永磁电机MG2的制动力矩进行控制，进而实现对传动箱控制单元TCU的充油量进行控制；
所述二阶方程计算第一高速永磁电机MG1和第二高速永磁电机MG2的转速与角加速度，通过控制角加速度的大小，进而控制转速的变化速率。
在具体实施例中，混合动力包控制***具有主动保护功能，具体方法为各子***具有运行状态监测、故障判断、超限保护和故障判断功能，并根据故障影响划分故障等级。如当第一高速永磁电机MG1的轴承温度超过预设温度时，混合动力包控制单元HCU判断第一高速永磁电机MG1发生故障，并切除第一高速永磁电机MG1工作，混合动力包控制单元HCU进行工作模式选择时，选择不包含第一高速永磁电机MG1运行的模式；同时混合动力包控制单元HCU根据第一高速永磁电机控制器MCU1发送的实时轴承温度数据形成变化曲线，用户通过本地或远程的方式获取该变化曲线，用于解析故障原因(传感器自身故障导致或温度上升导致)。
本***的工作原理如下：
HCU根据VCU的牵引或制动指令，控制动力包向车辆输出动能或制动力矩。
ALU对动力包可能存在的多个工况分别进行***功率计算，并折算成柴油机的功率。通过对比柴油机油耗MAP图，计算出动力包的***综合效率，对所述可能存在的多个工况按***综合效率由高到低进行排序，并将排序结果传送给HCU。
在牵引过程中，HCU根据车辆和动力包子***的运行状态，确定动力包的工作模式。在不同的工作模式下，各子***有着不同且明确的工作方式。当车辆到达另一个运行状态时，动力包自动进行工作模式切换，维持动力包***工作在效率最高区。如车速升高或车辆上下坡时，HCU有着不同的输出转速和输出转矩，将切换到相应的高效工作模式，以满足车速、上下坡等需求的同时，提高动力包工作效率。
HCU通过CAN网络与各子***通信，接收子***的状态信息，并根据这些状态信息决定是否切除对应的子***或改变工作模式。如离合器Clutch1超温或故障时，切除Clutch1，HCU判断是否切换工作模式。Clutch1温度恢复或故障消除后，再根据工作模式投入运行。
AFC1、AFC2根据高温水、低温水、增压空气温度分别控制风扇电机AM1、AM2的输出转速，避免AM1、AM2长时间大功率工作，使动力包工作在高效运行的温度区域，并减少散热***的能耗。
HCU根据工作模式判断离合器Clutch1、Clutch2是否需要结合或分离。当需要结合或分离时，判断离合器两端结合或分离的转速、转矩是否超过冲击允许范围。当未超范围时，HCU向ECCU发送直接结合或分离指令，ECCU控制离合器直接结合或分离。当超过范围时，HCU向ECCU发送计算结合或分离指令，控制离合器缓慢滑摩，通过离合器两端的摩擦缓冲冲击。
HCU根据BMS发送的动力电池组状态数据，判断动力电池组充电、放电或切除状态。当需要充电时，HCU根据工作模式控制MG1、MG2工作在充电状态，给动力电池组充电，并控制充电功率不高于动力电池组可接受的最大充电功率。当动力电池组可放电是，HCU根据工作模式控制MG1、MG2工作在电动状态。当动力电池组出现超温等高等级故障时，HCU切除动力电池组。故障回复后，在重新调度。
HCU通过车辆运行状态和工作模式，向FFR发送柴油机启停、转矩和转速设定信息，控制柴油机的运行、停止和工作转速或转矩。
RDT将车辆位置信息和HCU发送的动力包运行状态信息，通过4G/5G网络传输到远程服务器，实现动力包的远程故障诊断、运行状态监控、控制程序远程更新、历史数据存储等功能。
在制动过程中，HCU根据VCU的制动指令、车辆运行状态、BMS、TCU运行状态等，控制电制动、液力制动的介入和退出，实现车辆动能回收，提高能量利用率。液力制动的介入也会减少机械制动力，从而减小机械摩擦，提高机械制动的使用周期。
如图1为动力耦合机构，其中柴油机连接通过Clutch1连接行星架，MG2通过齿轮与太阳轮啮合，MG1通过齿轮与外齿圈啮合，Clutch2连接行星架和齿圈。齿圈作为动力耦合机构的输出端，AT连接齿圈，通过传动机构连接至车轮。其中，ENG为柴油机，C1为第一电磁离合器Clutch1，C2为第二电磁离合器Clutch2，MG1为第一电机AM1，MG2为第二电机AM2，AT为传动箱AT，Z1为第一电机AM1的齿轮，Z2为行星轮外齿圈，Z3为第一太阳轮齿轮，Z4-第二电机AM2的齿轮，Zr为行星轮，Zs为太阳轮
如图2，动力包控制***包含混合动力包控制单元HCU，传动箱控制单元TCU，电池管理***BMS，逻辑计算单元ALU，柴油机管理计算机FFR，高速永磁电机控制器MCU，辅助风扇控制器AFC，电磁离合器控制单元ECCU、远程数据传输终端RDT和诊断单元HCU-DIF。图2中，AT为传动箱，MG1为第一高速永磁电机，MG2为第二高速永磁电机，Batt为动力电池组；
HCU作为动力包的主控单元，用于决策动力包工作模式，选择***综合效率高的工作模式，提高能量利用率；调度动力包各个子***，进行动作协调，包含柴油机启停与调速、传动箱换挡、离合器动作等；通过网络通信接收各子***工作过程数据、故障信息，进行逻辑判断和主动保护；与车辆控制器通信，接收车辆指令信息，并反馈动力包运行状态信息；存储动力包接收到的历史指令、关键运行数据和历史故障数据，用于数据查询和故障诊断。
ALU作为***的计算单元，拥有高性能的数据处理与计算能力，用于筛选动力包在当前车辆运行指令和车辆运行状态下可能存在的工作模式，并通柴油机和电机的功率，计算各模式下***综合效率。并按***综合效率的高低对各模式进行排序，将排序结果发送给HCU；计算行星传动***各部件的转速、扭矩值，将计算结果发送给HCU。
AFC1、AFC2作为动力包整机散热***的控制单元，分别控制两台辅助散热风扇电机AM1、AM2。HCU通过CAN总线获取柴油机增压空气温度、高温水回路温度，并通过CAN总线将增压空气温度发送给AFC1，将高温水回路温度发送给AFC2，AFC1通过低温水温度传感器采集低温水回路温度。AFC1对比增压空气温度、低温水回路温度与预设温度阈值，确定AFC1所需的散热量。AFC2对比高温水温度与预设温度阈值，确定AFC2所需的散热量。并分别调节风扇AM1和AM2的转速，对散热器的增压空气、低温水回路和高温水回路进行控制。其中低温水温度传感器安装在MG2进水口(该位置为低温水回路最后要冷却的元件的进水口)管路上，以更好地反映低温水温度。
AFC1调节AM1转速、AFC2调节AM2转速方法为：
当Tt<T0t且Tl<T0l时，AFC1控制AM1不工作；
当Tt≥T1t或Tl≥T1l时，AFC1控制AM1以设定的最高转速工作；
当Tl≥T0l，且Tt<T1t且Tl<T1l时，AFC1控制AM1转速nAM1以nAM1＝f(Tl)方式调节，其中nAM1＝f(Tl)为线性方程。且AFC1计算单位时间内Tt、Tl上涨的温度ΔTt、ΔTl是否高于设定阈值ΔTtx、ΔTlx：
若ΔTt≥ΔTtx或ΔTl≥ΔTlx，则nAM1＝f(Tl)+n1；
若ΔTt<ΔTtx且ΔTl<ΔTlx，则nAM1＝f(Tl)。
当Th<T0h时，AFC2控制AM2不工作；
当Th≥T1h时，AFC2控制AM2以设定的最高转速工作；
当Th≥T0h且Th<T1h时，AFC2控制AM2转速nAM2以nAM2＝f(Th)方式调节，其中nAM2＝f(Th)为线性方程。且AFC2计算单位时间内Th上涨的温度ΔTh是否高于设定阈值ΔThx：
若ΔTh≥ΔThx，则nAM2＝f(Th)+n2；
若ΔTh<ΔThx，则nAM2＝f(Th)。
ECCU接收HCU发送的两路模拟量信号，分别输出两个电磁离合器的目标电流，控制Clutch1、Clutch2两个电磁离合器的结合或分离，并实现对离合器结合或分离时的摩擦力大小的控制。模拟量越大，ECCU输出电流越大，离合器的摩擦力越大，相反则越小。
当动力包的当前工作模式需要结合或分离Clutch1或Clutch2时，ALU计算离合器两侧的转速、扭矩差，并发送给HCU。HCU判断转速、扭矩差是否超过许用界限。
当Clutch1、Clutch2两端的转速/扭矩差小于允许的冲击扭矩时，ECCU分别控制两个离合器直接结合或分离。
当Clutch1、Clutch2两端的转速/扭矩差不小于允许的冲击扭矩时，HCU向ECCU发送控制电流信号，ECCU分别对两个离合器的输出目标控制电流信号，从而控制离合器的结合/分离力矩，避免因力矩大造成的冲击。
同时为提高控制精度，对离合器的执行电流做采集，并发送给HCU做闭环控制。
RDT作为动力包控制单元的通信节点单元，具有3路CAN总线通信，实现动力包内部各个子***、动力包与车辆、动力包远程数据传输功能。其中RDT_CAN0与TCU、AFC1、BMS和HCU通信，并与远程的ALU通信，并挂载到车辆控制器CAN网络中，实现与车辆的CAN通信。RDT_CAN1与远程诊断模块HCU-DIF通信，用于诊断动力包故障信息、监控动力包运行过程数据等，并通过GPRS/4G/5G等方式将传输到远程服务器。RDT_CAN2与FFR、AFC2、MCU1、MCU2、ECCU、DCU_CAN、HCU通信，并与远程的ALU通信。
BMS检测动力电池组的电量、温度、健康状态等数据，确定动力电池组是否需要充电或能否进行放电，通过CAN总线与HCU通信。当BMS判断当前动力电池组的健康状态不满足充/放电条件时，输出故障信息。当动力电池组可进行充电时，向HCU输出充电使能。当动力电池组需进行充电时，向HCU输出充电使能和充电请求。当动力电池组可以进行放电时，向HCU输出放电使能。
HCU接收到BMS发送的数据后，根据当前工作模式，判断是否需要动力电池组充电或放电。
当BMS输出故障信息时，HCU根据故障信息，确认是否切除动力电池组。其中低等级故障不切除电池组，高等级故障切除电池组。故障恢复后在应用电池组。
当BMS发送充电使能或充电请求信号时，HCU根据充电电量和VCU控制信号确定工作模式，充电功率分配到MCU1和MCU2，进行充电。
当BMS发送放电使能信号，且工作模式中包含电机电动运行信息时，HCU将电动功率分配到MCU1和MCU2，分别控制两台电机的电动功率。
车辆进行制动操作时，HCU根据VCU的制动力需求，结合当前BMS状态和液力制动状态，决定是否将将电制动和液力制动介入到车辆制动中，辅助车辆进行再生制动和液力制动。同时HCU计算当前电制动、液力制动的功率/力矩，并反馈给VCU，VCU将剩余的制动力以机械制动方式补充。其中电制动功率通过电机电流、电压计算得出；液力制动功率根据传动箱AT不同输出转速与制动力设定，通过查表法得出。
车辆制动介入的控制方法为：
当车辆制动且BMS发送可充电使能或充电请求信号时，HCU控制MCU1、MCU2工作在发电状态，剩余制动功率通过液力制动或机械制动补充。
当车辆制动且TCU输出液力制动使能信号时，HCU控制TCU工作在液力制动状态，剩余制动功率通过电制动或机械制动补充。
混合动力包控制***具有主动保护功能，实现方法为：
当***出现低等级故障时，HCU将故障信息反馈给VCU，并维持各***的当前工作状态。
当***出现中等级故障时，HCU将故障信息反馈给VCU，并请求VCU进行子***切除。若一定时间内VCU未进行切除操作，HCU进行自动切除。
当***出现高等级故障时，HCU将故障信息反馈给VCU，并自动切除故障***。
如图3，VCU将司控器的牵引力/制动力设定指令发送给ALU，ALU根据指令、车速、动力电池组状态、行星轮传动机构工作状态等数据，对动力包可以进行的各个工作模式进行功率计算，并对计算结果中的电机MG1、电机MG2功率，根据传动关系折算到柴油机功率上。折算后的功率与计算结果中的柴油机功率相叠加得到综合功率，将综合功率与柴油机的油耗MAP图作对比，通过对比查找出柴油机当前综合功率下的燃油消耗量，综合功率与燃油消耗量作除法计算，可得到当前柴油机的燃油消耗率，即描述了动力包的***综合效率。
ALU将各个工作模式下的***综合效率按从大到小进行排序，并将排序结果发送给HCU。HCU结合当前动力包各子***的状态，按***综合效率的高低选择工作模式，并根据工作模式对柴油机、电机MG1、电机MG2进行功率设定，具体工作模式见表1动力包工作状态和各子***的工作模式组合对照表。行星传动***将功率分流到柴油机、电机MG1和电机MG2，可得到柴油机、电机MG1和电机MG2的工作转速、转矩。
行星传动机构后端连接AT传动箱传动机构，通过AT档位和传动参数可计算出当前车速。同时，根据电机MG1、电机MG2的功率设定和动力电池组的SOC、使能状态，可计算出电池组的充放电功率，BMS对电池组进行能量管理。
根据动力包工作状态和各子***的工作状态组合，可将动力包工作模式划分为表1中所示的20种模式。其中模式1～2为柴油机快速启动模式，模式3为纯柴油机驱动模式，模式4～7为混联驱动模式，模式8～10为纯电驱动模式，模式11～14为并联驱动模式，模式15～17为再生制动模式，模式18～20为停车充电模式。
当柴油机由静止状态启动时，可按模式1～2中的任一模式，通过电机MG2或电机MG1驱动进行快速启动。当动力电池组不可用时，可通过正常模式启动。
当电驱动***不可用时，通过模式3可实现纯柴油机驱动。
当动力包在混联驱动模式工作时，运行在模式4～7中相应的工作模式下。
当车辆需静音、零排等特殊工况运行时，动力包工作在模式8～10中的相应纯电驱动模式下。
当动力包在并联驱动模式工作时，运行在模式11～14中相应的工作模式下。
当车辆制动时，动力包依据动力电池状态等参数，选择模式15～17中的相应模式进行再生制动。
当车辆停车，且动力电池组需充电时，动力包工作在模式18～20中的相应模式下。
具体的，动力包工作状态和各子***的工作状态组合对照表见下表所示；
Figure BDA0003568361470000171
表1、动力包工作状态和各子***的工作模式组合对照表
其中，离合器×表示结合，¤表示分开；变流器+表示空载，×表示电动，¤表示发电。
如图4，散热***包含增压空气冷却回路、高温水冷却回路和低温水冷却回路。增压空气冷却回路用于柴油机的增压空气冷却，高温水冷却回路用于柴油机、传动油冷却，低温水冷却回路用于高速永磁电机(MG1、MG2)及高速永磁电机控制器(MCU1、MCU2)、辅助风扇电机(AM1、AM2)及辅助风扇控制器(AFC1、AFC2)散热。
在增压空气冷却回路中安装空空中冷器，柴油机增压空气在空空中冷器中与外界大气实现热交换，降低增压器温度。增压空气温度通过柴油机自带的温度传感器采集，并通过CAN总线发送给AFC1。
低温水冷却回路由柴油机自带的低温水泵驱动水循环。在高速永磁电机之间设置低温水温度传感器，由AFC1采集。AFC1根据低温水温度和增压空气温度控制辅助风扇电机AM1的转速，从而控制增压空气不超温，并维持高速永磁电机高效运行所需的温度。将低温水温度传感器安装在两台高速永磁电机之间，能够对低温水温度进行更准确的监测，从而更准确地描述高速永磁电机的工作温度，保持电机高效运行所需的温度。
高温水冷却回路由柴油机自带的高温水泵驱动水循环，并由柴油机自带的高温水温度传感器采集高温水温度，通过CAN总线将温度发送给AFC2。AFC2根据高温水温度控制风扇电机AM2转速，从而实现高温水温度调节，确保柴油机、传动油不超温。
如图5，为避免离合器结合时，因两端转速差过大导致结合时的扭矩冲击过大，影响动力包动力输出性能，而在离合器结合时进行转速控制，以减小冲击。其中可直接结合的判断条件为离合器两端的转速差是否超过许用值。
工作模式切换过程中，当需要结合离合器Clutch1时，可通过控制柴油机转速调节Clutch1一端的转速。Clutch1另一端连接至行星架，需确定太阳轮和齿圈转速，即需确定MG2、MG1转速。车辆运行过程中，车速不会出现突变的现象，因此MG1转速不会出现突变，不对MG1转速进行调节。通过调节MG2转速，并获取MG1转速，可实现对Clutch1另一端转速的控制。当Clutch1两端的转速差小于许用冲击阈值对应的转速阈值时，结合Clutch1。不需要Clutch1结合时，调节柴油机、电机MG2和MG1的功率，使得柴油机输出功率为零且动力包输出功率不变时，Clutch1直接分离。
工作模式切换过程中，当需要结合离合器Clutch2时，可通过控制MG2转速调节Clutch2一端的转速。Clutch2另一端连接至齿圈，在车辆运行过程中，车速不会出现转速突变，因此只需调节MG2转速，并获取MG1转速，可实现对Clutch2另一端转速的控制。当Clutch2两端的转速差小于许用冲击阈值对应的转速阈值时，结合Clutch2。不需要Clutch2结合时，调节柴油机、电机MG2和MG1的功率，维持动力包输出功率不变，Clutch2直接分离。
如图6，控制***主要通过CAN总线通信，支持轨道交通常用的CAN2.0A标准帧、CAN2.0B扩展帧格式，支持CANOpen、SAEJ1939协议，同时应用了4G/5G通信网络和串口通信。并支持轨道交通常用的以太网通信、MVB通信。
本***包含3路CAN通信，分别定义为RDT_CAN0、RDT_CAN1和RDT_CAN2。其中RDT_CAN0与RDT_CAN2用作动力包内部CAN总线，实现动力包各子***间的信息交互。RDT_CAN0挂载到车辆网络中，当车辆网络为CAN通信时，RDT_CAN0直接挂载到车辆网络中；当车辆网络不是CAN通信，如MVB通信或以太网通信时，RDT_CAN0通过网关转换后挂载到车辆网络中。
RDT_CAN1与远程诊断接口通信，用于诊断动力包故障信息、监控动力包运行过程数据等，并通过4G/5G等方式将传输到服务器。
如图7，当车辆进行制动时，首先判断动力包的电制动和液力制动是否可用。当两者均不可用时，动力包向车辆反馈电制动、液力制动不可用的信息，并请求车辆进行机械制动，如空气制动。其中电制动可用的判断条件包含电机状态、动力电池组状态及其它影响电制动的状态等，液力制动可用的判断条件包含AT传动箱状态、传动油温度、液力制动器涡轮转速及其它影响液力制动的状态等。
当电制动可用时，动力包控制MG1施加反向力矩，MG1工作在发电状态，将回收的电能储存在动力电池组或用于车辆的辅助***，如空调、照明等。当MG1的发电功率不满足制动要求时，动力包闭合Clutch2并控制MG2施加反向力矩，将MG2也工作在发电状态。同时HCU根据MG1、MG2电流、电压计算电制动功率。
当电制动功率不满足制动要求时，且液力制动不可用时，HCU请求车辆进行机械制动。
当电制动功率不满足制动要求时，且液力制动可用时，HCU通过CAN总线向TCU发送液力制动功率请求。TCU控制液力制动比例阀动作，并根据涡轮转速和比例阀控制电流，通过查找预设的液力制动功率表，找出当前液力制动功率。并根据比例阀实际电流和实际制动功率作双闭环控制。双闭环控制原理如图8所示。TCU根据功率请求，设定制动比例阀的控制电流，同时TCU采集比例阀实际工作电流，将实际电流反馈到控制端，进行PI调节，减小控制电流的偏差。同时根据实际电流值与涡轮转速，查找标准温度下的液力制动功率。并根据当前传动油温度，将查找到的制动功率乘以油温、传动油型号影响等系数，得到液力制动实际功率。并将该功率反馈到控制端，进行PI调节。
如图9，动力包主动保护包含故障保护、误操作保护、信号干扰保护等。其中故障保护中，将动力包***中发生的故障分为低、中、高三个等级故障。
当低等级故障发生时，动力包将故障信息发送给车辆，作为提示性信息，车辆在停止运行时，应在第一时间内排查，或等故障自动恢复。如车辆运行过程中，柴油机启动蓄电池电压低故障发生时，无需车辆作任何操作。停车时应尽快排查充电部分问题，或等一定充电时间后故障自动回复。
当中等级故障发生时，动力包将丧失部分功能，并将故障信息反馈给车辆，请求车辆切除相应的功能需求，如液力制动器超温故障发生时，动力包将超温信息发送给车辆，车辆切除液力制动功能。若一定时间内车辆未进行操作，动力包自动切除液力制动功能。
当高等级故障发生时，动力包将并将故障信息反馈给车辆，并主动切除故障***。如柴油机因故障导致无法工作时，动力包主动切除柴油机。
误操作故障通过信号延时和互锁进行判断，尤其在硬线信号上作延时处理，若信号有互锁，则进行互锁处理。故障发生时，动力包反馈故障信息，维持当前工作状态并请求重新操作，如动力包同时收到两个方向的设定指令时，输出误操作故障，请求车辆检查方向设定指令或信号接线。
信号干扰故障中的模拟量干扰信号，通过信号的平滑性和延时进行处理，如温度信号在设定时间内的跳变超过设定阈值，且在设定时间后恢复正常时，认为出现干扰信号。请求车辆对信号线的屏蔽、接线等进行检查。网络信号干扰通过信号延时和互锁进行判断。故障发生时，动力包反馈故障信息，并维持当前运行状态。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，其特征在于，包括：混合动力包控制单元HCU以及受控于混合动力包控制单元HCU的子***，所述子***包括传动箱控制单元TCU，电池管理***BMS，逻辑计算单元ALU，柴油机管理计算机FFR，高速永磁电机控制器MCU，辅助风扇控制器AFC，电磁离合器控制单元ECCU、远程数据传输终端RDT和诊断单元HCU-DIF；
其中高速永磁电机控制器MCU包含第一高速永磁电机控制器MCU1和第二高速永磁电机控制器MCU2，辅助风扇控制器AFC包含第一辅助风扇控制器AFC1和第二辅助风扇控制器AFC2，柴油机管理计算机FFR管理柴油机电喷控制单元EDC和柴油机后处理控制单元DCU；
混合动力包控制单元HCU用于与车辆控制器通信，接收车辆网络/硬线指令，并将动力包运行过程数据发送给整车；根据各子***的工作状态、ALU计算的动力包不同工作模式的效率及效率高低排序结果、电池组的健康状态等，选择对应的工作模式，调度各子***协调运行；
传动箱控制单元TCU接收混合动力包控制单元HCU发送的控制指令，用于控制传动箱换向、换挡操作，并监控传动箱运行状态；
电池管理***BMS用于检测动力电池组的电量、温度、健康状态、充电/放电的电流/电压的数据，并通过CAN总线发送给混合动力包控制单元HCU；
逻辑计算单元ALU用于计算当前车辆控制指令下动力包对应不同工作模式下柴油机和电机的功率与效率，对效率进行综合计算后按效率高低排序，并将排序结果传送给混合动力包控制单元HCU；
柴油机管理计算机FFR用于与混合动力包控制单元HCU通信，并控制柴油机电喷控制单元EDC和柴油机后处理控制单元DCU工作；
柴油机电喷控制单元EDC用于控制柴油机喷油量，调节柴油机输出转速/扭矩；
柴油机后处理控制单元DCU用于控制柴油机的尿素喷射量；
第一高速永磁电机控制器MCU1用于控制第一高速永磁电机MG1的驱动或发电工作状态及第一高速永磁电机MG1的转速/转矩；
第二高速永磁电机控制器MCU2用于控制第二高速永磁电机MG2的驱动或发电工作状态及第二高速永磁电机MG2的转速/转矩；
第一辅助风扇控制器AFC1用于对比增压空气温度、低温水回路温度与预设温度阈值，进而调节第一辅助风扇电机AM1转速；
第二辅助风扇控制器AFC2用于对比高温水回路温度与预设温度阈值，进而调节第二辅助风扇电机AM2转速，对高温水回路温度进行控制；
电磁离合器控制单元ECCU用于控制第一离合器、第二离合器的结合与分离；
远程数据传输终端RDT用于子***间的本地通信、远程通信，并通过定位***获取车辆位置信息；
诊断单元HCU-DIF用于与本地诊断中心建立本地连接，传输混合动力包控制单元HCU内部存储的历史数据。
2.如权利要求1所述的一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，其特征在于：远程数据传输终端RDT具有3路CAN总线通信，分别为第一远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN0、第二远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN1和第三远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN2；
其中第一远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN0与传动箱控制单元TCU的CAN总线、第一辅助风扇控制器AFC1的CAN总线、电池管理***BMS的CAN总线和、混合动力包控制单元HCU的CAN1总线通信，辑计算单元ALU的CAN1，通过诊断单元HCU-DIF的CAN1与车辆控制单元VCU的CAN总线进行通信，实现与车辆的CAN通信；
第二远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN1与诊断单元HCU-DIF的CAN2通信，用于本地诊断动力包故障信息、监控动力包运行过程数据是否出现故障；
第三远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN2与柴油机管理计算机FFR的CAN总线、辑计算单元ALU的CAN2、第二辅助风扇控制器AFC2的CAN总线、第一高速永磁电机控制器MCU1的CAN总线、第二高速永磁电机控制器MCU2的CAN总线、电磁离合器控制单元的CAN总线、柴油机管理计算机FFR的CAN总线和混合动力包控制单元HCU的CAN2总线进行通信。
3.如权利要求2所述的一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，其特征在于：第一远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN0和混合动力包控制单元HCU接收车辆控制单元VCU的控制指令，当车辆采用CAN通信，且车辆使用的CAN与动力包的CAN采用的标准、通信协议一致时，第一远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN0与车辆控制单元VCU直接通信；当车辆不采用CAN通信时，第一远程数据传输终端CAN总线通信RDT_CAN0通过网关与车辆控制单元VCU进行通信。
4.如权利要求3所述的一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，其特征在于：远程数据传输终端RDT设有4G/5G通信模块和卫星定位***，用于通过公共导航定位***实时获取车辆位置信息，并将车辆位置信息通过CAN总线发送给混合动力包控制单元HCU；
同时4G/5G通信模块通过4G/5G网络将车辆位置信息、混合动力包控制单元HCU传输的动力包运行状态信息发送到服务器，用于实现动力包的远程故障诊断、运行状态监控、控制程序远程更新和历史数据存储，其中，动力包状态信息包括子***是否工作、工作过程数据、温度、压力、转速、扭矩及逻辑判断结果的数据信息。
5.如权利要求4所述的一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，其特征在于：混合动力包控制单元HCU与车辆控制单元VCU进行网络、硬线通信，同时将动力包状态信息反馈给车辆控制单元VCU，并且通过CAN网络接收逻辑计算单元ALU计算的不同模式综合热效率排序结果，并根据子***运行状态，决策并选择对应的工作模式，调度柴油机管理计算机FFR、第一高速永磁电机控制器MCU1、第二高速永磁电机控制器MCU2、电磁离合器控制单元ECCU及传动箱控制单元TCU动作；
根据车辆运行指令、当前工作模式的热效率排序和速度差/扭矩差使混合动力包控制单元HCU决策并选择对应的工作模式；
具体的，设置动力包综合热效率差值Δη，Δη＝ηX-η0；其中ηX为动力包工作模式X的综合热效率，η0为动力包目标运行热效率；
当动力包输出条件满足当前车辆运行指令，且当前工作模式折算的综合热效率差值Δη小于设定阈值Δη0时，混合动力包控制单元HCU保持当前工作模式，不进行模式切换，防止因微小的效率差Δη造成工作模式的频繁切换；
当动力包输出条件满足当前车辆运行指令，且当前工作模式折算的综合热效率差值Δη不小于设定阈值Δη0，混合动力包控制单元HCU切换工作模式；
当动力包输出条件不满足当前车辆运行指令，混合动力包控制单元HCU切换工作模式。
6.如权利要求5所述的一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，其特征在于：混合动力包控制单元HCU通过CAN总线获取柴油机增压空气温度、高温水回路温度，并通过CAN总线将增压空气温度发送给第一辅助风扇控制器AFC1，将高温水回路温度发送给第二辅助风扇控制器AFC2，第一辅助风扇控制器AFC1通过温度传感器采集低温水回路温度；第一辅助风扇控制器AFC1对比增压空气温度、低温水回路温度与预设温度阈值，调节第一电机AM1转速；AFC2对比高温水温度与预设温度阈值，调节第二电机AM2转速，用于对散热器的增压空气、低温水回路和高温水回路温度进行控制；
辅助风扇控制器AFC通过比较CAN总线接收的增压空气温度Tt与设定的热平衡温度下限值T0t和上限值T1t、高温水回路温度Th与设定的热平衡温度下限值T0h和上限值T1h、传感器采集的低温水回路温度Tl与设定的热平衡温度下限值T0l和上限值T1l，及各温度的突变率，确定风扇工作的转速范围；
确定风扇工作的转速范围得方法为：
当Tt<T0t且Tl<T0l时，第一辅助风扇控制器AFC1控制第一电机AM1不工作；
当Tt≥T1t或Tl≥T1l时，第一辅助风扇控制器AFC1控制AM1以设定的最高转速工作；
当Tl≥T0l，且Tt<T1t且Tl<T1l时，第一辅助风扇控制器AFC1控制第一电机AM1转速nAM1以nAM1＝f(Tl)方式调节，其中nAM1＝f(Tl)为线性方程；且AFC1计算单位时间内Tt、Tl上涨的温度ΔTt、ΔTl是否高于设定阈值ΔTtx、ΔTlx：
若ΔTt≥ΔTtx或ΔTl≥ΔTlx，则nAM1＝f(Tl)+n1；
若ΔTt<ΔTtx且ΔTl<ΔTlx，则nAM1＝f(Tl)；
当Th<T0h时，第二辅助风扇控制器AFC2控制第二电机AM2不工作；
当Th≥T1h时，第二辅助风扇控制器AFC2控制第二电机AM2以设定的转速工作；
当Th≥T0h且Th<T1h时，第二辅助风扇控制器AFC2控制第二电机AM2转速nAM2以nAM2＝f(Th)方式调节，其中nAM2＝f(Th)，且第二辅助风扇控制器AFC2计算单位时间内Th上涨的温度ΔTh是否高于设定阈值ΔThx：
若ΔTh≥ΔThx，则nAM2＝f(Th)+n2；
若ΔTh<ΔThx，则nAM2＝f(Th)；
其中，n1和n2为转速常数。
7.如权利要求6所述的一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，其特征在于：混合动力包控制单元HCU根据逻辑计算单元ALU计算的第一离合器、第二离合器两端转速，确定离合器结合时的速度差/扭矩差，并将速度差/扭矩差发送给电磁离合器控制单元ECCU，用于对两个电磁离合器线圈电流进行分别控制；
逻辑计算单元ALU计算第一离合器、第二离合器两端的速度差/扭矩差的具体方法为：
当动力包的当前工作模式需要结合或分离第一离合器Clutch1和第二离合器Clutch2，或单独使用第一离合器Clutch1/第二离合器Clutch2时，逻辑计算单元ALU计算两个离合器两侧的速度差/扭矩差，并发送给混合动力包控制单元HCU，混合动力包控制单元HCU判断速度差/扭矩差是否超过许用界限；
当第一离合器Clutch1、第二离合器Clutch2两端的速度差/扭矩差小于设定的冲击扭矩时，电磁离合器控制单元ECCU控制两个离合器结合力矩；
当第一离合器Clutch1、第二离合器Clutch2两端的速度差/扭矩差不小于设定的冲击扭矩时，混合动力包控制单元HCU向电磁离合器控制单元ECCU发送控制电流信号，使电磁离合器控制单元ECCU对两个离合器的输出执行对应电流信号，从而控制离合器的结合/分离力矩；
电磁离合器控制单元ECCU执行电流特性信号时进行闭环控制，具体的闭环控制为电磁离合器控制单元ECCU采集两个离合器的实际执行电流值，通过PI调节，用于缩小实际执行电流与目标电流的偏差。
8.如权利要求7所述的一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，其特征在于：混合动力包控制单元HCU接收电池管理***BMS发送的电池组的电量、温度、健康状态、充电/放电的电流/电压的数据，分配电动/发电功率，并结合车辆控制单元VCU的速度/扭矩控制指令，确定动力包工作模式；
混合动力包控制单元HCU根据车辆控制单元VCU发送的制动指令，结合当前电池管理***BMS状态和液力制动状态，车辆制动模式选择电制动或液力制动；具体的，当电池管理***BMS状态进行充电时，使用电制动，将制动能量转化为电能存储到动力电池组中；当电池管理***BMS不可充电且液力制动可用时，进行液力制动；当电池管理***BMS和液力制动均不可用或不满足制动功率要求时，混合动力包控制单元HCU请求车辆进行机械制动。
9.如权利要求8所述的一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，其特征在于：混合动力包控制单元HCU通过平滑制动算法，使车辆制动模式选择电制动或液力制动；
所述平滑制动算法为：
以二阶方程方式对第一高速永磁电机MG1、第二高速永磁电机MG2的制动力矩进行控制，进而实现对传动箱控制单元TCU的充油量进行控制；
所述二阶方程计算第一高速永磁电机MG1和第二高速永磁电机MG2的转速与角加速度，通过控制角加速度的大小，进而控制转速的变化速率。
10.如权利要求9所述的一种轨道交通装备用混合动力包电气控制***，其特征在于：当第一高速永磁电机MG1的轴承温度超过预设温度时，混合动力包控制单元HCU判断第一高速永磁电机MG1发生故障，并切除第一高速永磁电机MG1工作，混合动力包控制单元HCU进行工作模式选择时，选择不包含第一高速永磁电机MG1的运行模式；同时混合动力包控制单元HCU根据第一高速永磁电机控制器MCU1发送的实时轴承温度数据形成变化曲线，用户通过本地或远程的方式获取该变化曲线，用于解析故障原因。
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CN115179917A (zh) * 2022-08-08 2022-10-14 中车大连机车研究所有限公司 一种轨道交通车辆液-气联合制动控制方法

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