CN112248824B - 一种车辆牵引功率的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆牵引功率的控制方法及装置、一种计算机可读存储介质及一种电动车辆。该车辆利用发动机为发电机供能，并利用所述发电机驱动牵引电机产生牵引力。该控制方法包括步骤：采集所述发动机的负载反馈系数，所述负载反馈系数指示所述发动机前一周期的带载能力；根据负载反馈目标系数及所述负载反馈系数计算本周期的电机控制量；根据所述本周期的电机控制量计算本周期的给定电机功率；以及根据所述本周期的给定电机功率驱动牵引电机产生牵引力，其中，所述牵引电机的实际功率将作用于所述发动机以产生本周期的负载反馈系数。本发明能够自适应各种工况环境并最大限度的提升牵引电机的牵引功率，从而进一步提升电动轮矿车的综合优势。

Description

一种车辆牵引功率的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电动车辆控制技术，尤其涉及一种车辆牵引功率的控制方法，以及一种车辆牵引功率的控制装置。

背景技术

电动轮矿车是一种能够搭载数百吨的货物的大型工程车辆，一般应用于大型矿山或大型工程，可以节省许多的人力、物力，并缓解工程现场的交通压力，从而提升货物的运输效率。目前的电动轮矿车主要使用柴油机作为动力源，先以柴油机带动发电机发电，再通过变流器进行整流与逆变，最终驱动牵引电机实现车辆的正常运行。

在现有技术中，在设计电动轮矿车的控制系统之初，需要首先对柴油机功率、整车辅助功率及电机功率进行整体估算，搭配出多种不同工况下的最优组合方案，再通过后期的功率匹配来实现各种不同工况下车辆牵引功率的控制。这种现有的牵引功率控制方法需要进行前期的现场测定，先标定出柴油机的每个转速点与电机侧可用功率的对应关系曲线，再通过开环控制的方式来实施。

然而，电动轮矿车柴油机功率的发挥和海拔、温度等条件都密切相关。例如海拔越高，柴油机可发挥的功率越低，进而造成后端电机可用功率也大大减小。这种开环的控制方式一旦遇到海拔变化等导致柴油机的实际输出功率降低的情况，就无法与电动轮矿车的实际功率需求进行匹配自适应，而是需要重新进行人工调节，因此增加了调试的工作量和现场运用的难度。在一些严重的情况下，甚至会导致电动轮矿车不可用，降低了电动轮矿车的可靠性，并限制了电动轮矿车对各种工况环境的适应性。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种牵引功率的控制技术，通过自适应各种工况环境并最大限度的提升牵引电机的牵引功率，以进一步提升电动轮矿车的综合优势。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种车辆牵引功率的控制方法、一种车辆牵引功率的控制装置、一种计算机可读存储介质，以及一种电动车辆，通过自适应各种工况环境并最大限度的提升牵引电机的牵引功率，进一步提升电动轮矿车的综合优势。

在本发明提供的上述车辆牵引功率的控制方法中，所述车辆利用发动机为发电机供能，并利用所述发电机驱动牵引电机产生牵引力。该控制方法包括步骤：采集所述发动机的负载反馈系数，所述负载反馈系数指示所述发动机前一周期的带载能力；根据负载反馈目标系数及所述负载反馈系数计算本周期的电机控制量；根据所述本周期的电机控制量计算本周期的给定电机功率；以及根据所述本周期的给定电机功率驱动牵引电机产生牵引力，其中，所述牵引电机的实际功率将作用于所述发动机以产生本周期的负载反馈系数。

可选地，在本发明的一些实施例中，采集所述负载反馈系数的步骤可以包括：采集所述发动机的实际输出功率；以及根据所述实际输出功率及所述发动机的后端负载功率总需求，计算所述负载反馈系数。

优选地，在本发明的一些实施例中，计算所述本周期的电机控制量的步骤可以包括：根据所述负载反馈目标系数及所述负载反馈系数，计算本周期的控制误差量；根据所述本周期的控制误差量、前一周期的控制误差量及前二周期的控制误差量，通过增量式PID控制算法计算本周期的电机控制量增益；以及根据前一周期的电机控制量及所述本周期的电机控制量增益，计算所述本周期的电机控制量。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述负载反馈目标系数可以为给定参数，设置为大于90％并小于100％。

可选地，在本发明的一些实施例中，计算所述本周期的给定电机功率的步骤可以包括：根据电机侧最大可用功率及所述本周期的电机控制量计算动态分配功率；以及根据电机侧最小可用功率及所述动态分配功率计算所述本周期的给定电机功率。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述控制方法还可以包括步骤：根据所述发动机的实际输出功率及整车辅助功率的最小值，计算所述电机侧最大可用功率；根据所述发动机的实际输出功率及整车辅助功率的最大值，计算所述电机侧最小可用功率；以及根据所述电机侧最大可用功率及所述电机侧最小可用功率计算比例系数，所述比例系数用于计算所述动态分配功率。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述控制方法还可以包括步骤：响应于采集不到所述负载反馈系数而采集所述发动机的实际转速；以及将所述发动机的实际转速代入发动机转速-电机可用功率曲线，以确定所述给定电机功率，其中，所述发动机转速-电机可用功率曲线是通过自负荷实验校正来标定。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述车辆还可以包括变流器电路和制动电阻。所述发电机连接所述变流器电路的输入端，并通过所述变流器电路的第一输出端驱动牵引电机产生牵引力。所述制动电阻连接所述变流器电路的第二输出端。标定所述发动机转速-电机可用功率曲线的步骤可以包括：在不带负荷的工况下，根据所述发动机的最大转速确定至少一个转速点；将所述发电机产生的自负荷给定功率输出到所述制动电阻，以进入自负荷工况；在所述自负荷工况下，将所述发动机的实际转速调节到一个所述转速点以上，并逐步增加所述自负荷给定功率；响应于所述实际转速小于所述转速点而逐步减小所述自负荷给定功率，直到所述发动机的实际转速稳定；根据整车辅助功率及所述实际转速稳定时的自负荷给定功率，计算所述转速点对应的电机可用功率；以及计算各其余转速点对应的电机可用功率，以标定所述发动机转速-电机可用功率曲线。

优选地，在本发明的一些实施例中，逐步增加和减少所述自负荷给定功率的步骤可以进一步包括：根据所述实际转速及所述转速点，通过增量式PID控制算法计算所述制动电阻本周期的电压控制量；响应于所述实际转速大于或等于所述转速点，控制所述变流器电路根据所述本周期的电压控制量增加所述制动电阻上的电压，以增加所述自负荷给定功率；以及响应于所述实际转速小于所述转速点，控制所述变流器电路根据所述本周期的电压控制量减小所述制动电阻上的电压，以减小所述自负荷给定功率。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种车辆牵引功率的控制装置。

在本发明提供的上述车辆牵引功率的控制装置中，所述车辆利用发动机为发电机供能，并利用所述发电机驱动牵引电机产生牵引力。所述控制装置包括存储器及处理器。所述处理器连接所述存储器，并配置为：采集所述发动机的负载反馈系数，所述负载反馈系数指示所述发动机前一周期的带载能力；根据负载反馈目标系数及所述负载反馈系数计算本周期的电机控制量；根据所述本周期的电机控制量计算本周期的给定电机功率；以及根据所述本周期的给定电机功率驱动牵引电机产生牵引力，其中，所述牵引电机的实际功率将作用于所述发动机以产生本周期的负载反馈系数。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器可以进一步配置为：采集所述发动机的实际输出功率；以及根据所述实际输出功率及所述发动机的后端负载功率总需求，计算所述负载反馈系数。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器可以进一步配置为：根据所述负载反馈目标系数及所述负载反馈系数，计算本周期的控制误差量；根据所述本周期的控制误差量、前一周期的控制误差量及前二周期的控制误差量，通过增量式PID控制算法计算本周期的电机控制量增益；以及根据前一周期的电机控制量及所述本周期的电机控制量增益，计算所述本周期的电机控制量。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述负载反馈目标系数可以为给定参数，设置为大于90％并小于100％。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器可以进一步配置为：根据电机侧最大可用功率及所述本周期的电机控制量计算动态分配功率；以及根据电机侧最小可用功率及所述动态分配功率计算所述本周期的给定电机功率。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器还可以配置为：根据所述发动机的实际输出功率及整车辅助功率的最小值，计算所述电机侧最大可用功率；根据所述发动机的实际输出功率及整车辅助功率的最大值，计算所述电机侧最小可用功率；以及根据所述电机侧最大可用功率及所述电机侧最小可用功率计算比例系数，所述比例系数用于计算所述动态分配功率。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器还可以配置为：响应于采集不到所述负载反馈系数而采集所述发动机的实际转速；以及将所述发动机的实际转速代入发动机转速-电机可用功率曲线，以确定所述给定电机功率，其中，所述发动机转速-电机可用功率曲线是通过自负荷实验校正来标定。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述车辆还可以包括变流器电路和制动电阻。所述发电机连接所述变流器电路的输入端，并通过所述变流器电路的第一输出端驱动牵引电机产生牵引力。所述制动电阻连接所述变流器电路的第二输出端。所述处理器可以进一步配置为：在不带负荷的工况下，根据所述发动机的最大转速确定至少一个转速点；将所述发电机产生的自负荷给定功率输出到所述制动电阻，以进入自负荷工况；在所述自负荷工况下，将所述发动机的实际转速调节到一个所述转速点以上，并逐步增加所述自负荷给定功率；响应于所述实际转速小于所述转速点而逐步减小所述自负荷给定功率，直到所述发动机的实际转速稳定；根据整车辅助功率及所述实际转速稳定时的自负荷给定功率，计算所述转速点对应的电机可用功率；以及计算各其余转速点对应的电机可用功率，以标定所述发动机转速-电机可用功率曲线。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器可以进一步配置为：根据所述实际转速及所述转速点，通过增量式PID控制算法计算所述制动电阻本周期的电压控制量；响应于所述实际转速大于或等于所述转速点，控制所述变流器电路根据所述本周期的电压控制量增加所述制动电阻上的电压，以增加所述自负荷给定功率；以及响应于所述实际转速小于所述转速点，控制所述变流器电路根据所述本周期的电压控制量减小所述制动电阻上的电压，以减小所述自负荷给定功率。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读存储介质。

本发明提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的车辆牵引功率的控制方法。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种电动车辆。

本发明提供的上述电动车辆包括发动机、发电机、牵引电机及控制装置。所述发动机用于为发电机供能。所述发电机用于驱动牵引电机运行。所述电机用于为所述电动车辆提供牵引力。所述控制装置可以选用上述任意一个实施例所提供的车辆牵引功率的控制装置。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据本发明的一些实施例提供的电动轮矿车的架构示意图。

图2示出了根据本发明的一些实施例提供的车辆牵引功率控制方法的流程示意图。

图3示出了根据本发明的一些实施例提供的自负荷实验校正的流程示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

如上所述，现有的开环控制方式一旦遇到海拔变化等导致柴油机的实际输出功率降低的情况，就无法与电动轮矿车的实际功率需求进行匹配自适应，而是需要重新进行人工调节，因此增加了调试的工作量和现场运用的难度。在一些严重的情况下，甚至会导致电动轮矿车不可用，降低了电动轮矿车的可靠性，并限制了电动轮矿车对各种工况环境的适应性。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种车辆牵引功率的控制方法、一种车辆牵引功率的控制装置、一种计算机可读存储介质，以及一种电动车辆，通过自适应各种工况环境并最大限度的提升牵引电机的牵引功率，进一步提升电动轮矿车的综合优势。

请参考图1，图1示出了根据本发明的一些实施例提供的电动轮矿车的架构示意图。

如图1所示，电动轮矿车10是一种电动车辆，可以包括发动机11、发电机12、变流器电路13、牵引电机14及控制装置15。在一些实施例中，发动机11可以选用柴油发动机，通过燃烧柴油来为发电机12供能，从而带动发电机12发电。在一些实施例中，发电机12可以连接变流器电路13的输入端，并通过变流器电路13的第一输出端连接牵引电机14。该变流器电路13可以对发电机12输出的电能进行整流与逆变，再将适应电压的直流电或交流电输出到牵引电机14，驱动牵引电机14运行以产生牵引力。在一些实施例中，电动轮矿车10可以包括多台牵引电机14。该多台牵引电机14分别连接变流器电路13的多个第一输出端，用于为电动轮矿车10提供冗余的动力输出，以提升电动轮矿车10的可靠性。

上述控制装置15可以通信连接发动机11、发电机12及变流器电路13，适于对发动机11、发电机12及变流器电路13进行控制，以实现电动轮矿车10对各种工况环境的自适应以及对牵引电机14牵引功率的提升。在一些实施例中，上述控制装置15可以选用一种设置于电动轮矿车10的独立装置，具有独立的存储器及处理器。该存储器可以包括计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。该处理器可以连接该存储器，适于执行其上的计算机指令，以实施一种车辆牵引功率的控制方法。

可选地，在另一些实施例中，上述控制装置15也可以配置为内嵌于电动轮矿车10的整车控制单元(Vehicle Control Unit，VCU)的功能模块，以VCU的存储器单元为其存储器，并以VCU的处理器单元为其处理器。同样地，该处理器也可以执行存储器上存储的计算机指令，以实施一种车辆牵引功率的控制方法。

以下将结合一些利用控制装置15实施车辆牵引功率的控制方法的实施例来描述控制装置15的工作原理。本领域的技术人员可以理解，这些以控制装置15实施控制方法的方案只是一些非限制性的实施例，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

请参考图2，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的车辆牵引功率控制方法的流程示意图。

如图2所示，本发明提供的上述车辆牵引功率的控制方法可以包括步骤：采集发动机的负载反馈系数。

上述负载反馈系数是指发动机11后端的负载功率总需求P_total与发动机11实际输出功率P_output的比值，即

用于指示发动机11在前一采集周期的实际带载能力。发动机11后端的负载功率总需求P_total包括但不限于发电机12及变流器电路13的功率损耗、牵引电机14的能耗，以及制动电阻16及其他车载电器的能耗。在一些实施例中，电动轮矿山车10采用的柴油发动机11配置有自行计算负载反馈系数K_load的功能，可以通过车辆10的CAN通信总线向控制装置15传递柴油发动机11的负载反馈系数。

可选地，在另一些实施例中，对于不具备负载反馈系数K_load计算功能的柴油发动机11，控制装置15也可以通过车辆10的CAN通信总线直接采集柴油发动机11的实际输出功率P_output，再根据采集的实际输出功率P_output及柴油发动机11后端的负载功率总需求P_total计算柴油发动机11的负载反馈系数K_load。

可以理解的是，柴油发动机11的负载反馈系数代表了柴油发动机11的实际带载负荷。如果该带载负荷等于或超过100％，就会导致柴油发动机11发生冒黑烟、降转速等情况，继而导致牵引性能下降的情况出现，对车辆10正常运用产生影响。为了防止柴油发动机11的实际输出功率降低导致发动机过载的情况，本发明提供的上述控制装置15通过CAN网络实时获取柴油发动机11的负载反馈系数，通过增量式PID控制算法对电机功率进行动态分配，以实现电机功率给定的优化，从而保证当前转速下的柴油发动机11的负载反馈系数始终保持在一个较高的水平。

如图2所示，本发明提供的上述车辆牵引功率的控制方法还可以包括步骤：根据负载反馈目标系数及负载反馈系数计算本周期的电机控制量。

上述负载反馈目标系数是一种预先给定的控制目标参数，用作调节负载反馈系数K_load的目标值，一般设置在90％～100％之间。可以理解的是，负载反馈系数K_load的取值越接近100％，柴油发动机11的能效就越高。

在一些非限制性的实施例中，控制装置15可以将预先给定的负载反馈目标系数(例如：99％)与采集到的前一周期的K_load(例如：97％)进行差值运算，并通过数据处理获得本周期的控制误差量e(k)。之后，控制装置15可以将计算获得的本周期的控制误差量e(k)、前一周期的控制误差量e(k-1)及前二周期的控制误差量e(k-2)代入增量式PID控制算法公式，以计算本周期的电机控制量u(k)相对于前一周期的电机控制量u(k-1)的控制量增益：Δu(k)＝u(k)-u(k-1)＝K_P(e(k)-e(k-1))+K_Ie(k)+K_D(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))

式中：Δu(k)为本周期的控制量增益，K_P为比例系数，K_I为积分系数，K_D为微分系数。在一些实施例中，该比例系数K_P、积分系数K_I及微分系数K_D可以通过预先进行实验，或根据经验数据来标定。

在计算获得本周期的控制量增益Δu(k)之后，控制装置15可以根据前一周期的电机控制量u(k-1)及本周期的电机控制量增益Δu(k)，计算本周期的电机控制量u(k)，即u(k)＝u(k-1)+Δu(k)。该电机控制量u(k)可以指示本周期的给定电机功率的大小。可以理解的是，控制装置15的每个采集周期和控制周期间隔都很短暂，对应于每个周期的控制量增益Δu(k)也较小。反应到整个控制系统来说，形成的给定电机功率负载变化冲击也较小，因此有利于整车控制系统稳定。

如图2所示，本发明提供的上述车辆牵引功率的控制方法还可以包括步骤：根据本周期的电机控制量计算本周期的给定电机功率。

如上所述，发动机11后端的负载功率总需求P_total包括但不限于发电机12及变流器电路13的功率损耗、牵引电机14的能耗，以及制动电阻16及其他车载电器的能耗。当发动机11的实际输出功率P_output接近发动机11后端的负载功率总需求P_total时，假设定义发电机12及变流器电路13的功率损耗、制动电阻16及其他车载电器的能耗之和为整车辅助功率P_Aid，则可以确定牵引电机14的给定电机功率P_Give＝P_output-P_Aid。

在一些实施例中，控制装置15可以根据发动机11的实际输出功率P_output及整车辅助功率的最小值P_{Aid_min}，计算电机侧的最大可用功率P_Max；并根据发动机11的实际输出功率P_output及整车辅助功率的最大值P_{Aid_max}，计算电机侧最小可用功率P_Min。之后，控制装置15可以根据电机侧最大可用功率P_Max及电机侧最小可用功率P_Min计算其比例系数

并利用该比例系数K_n计算牵引电机14的动态分配功率P_s。

具体来说，控制装置15可以首先根据电机侧最大可用功率P_Max及本周期的电机控制量u(k)计算对应的动态分配功率P_s＝P_Max*(1-K_n)*u(k)。之后，控制装置15可以根据电机侧最小可用功率P_Min及动态分配功率P_s计算本周期的给定电机功率P_Give＝P_Min+P_s＝P_Max*K_n+P_Max*(1-K_n)*U(k)。

之后，控制装置15可以根据本周期的给定电机功率P_Give驱动牵引电机14运行，输出对应的实际电机功率P_Motor来向电动轮矿山车10提供对应的牵引力。如图2所示，牵引电机14的实际功率P_Motor将反向作用于柴油发动机11，产生本周期的负载反馈系数K_load，以用于后一周期的牵引功率控制。也就是说，本发明提供的上述牵引功率的控制方法是一种闭环控制方法，可以根据柴油发动机11各周期的负载反馈系数K_load来确定后一周期的电机控制量，因此可以实现电机功率P_Motor对各种工况环境的自适应。

通过采用上述方法来确定本周期的给定电机功率P_Give，可以首先确保电机功率P_Motor大于上述电机侧最小可用功率P_Min，从而保障柴油发动机11的负载反馈系数K_load在当前柴油机转速下始终保持一个较高水平。牵引性能的提升对矿山车辆运用效率具有重大意义，意味着本发明能够在同样运用环境下使同等载重的车辆可以跑的更快。

此外，如上所述，电动轮矿车柴油机功率的发挥和海拔、温度等条件都密切相关。例如海拔越高，柴油机可发挥的功率越低，进而造成后端电机可用功率也大大减小。本发明可以确保电机功率P_Motor始终小于上述电机侧最大可用功率P_Max，通过实现电机功率P_Motor对各种工况环境的自适应，确保柴油发动机11实际输出功率降低的情况不会进一步导致其带载负荷K_load等于或超过100％的问题。因此，本发明可以实现对各种运用环境的自适应，从而减少现场的调试时间，并增强控制程序的通用性。

在本发明的一些实施例中，上述车辆牵引功率的控制方法可以进一步采用预先标定的发动机转速-电机可用功率曲线对给定电机功率P_Give进行开环的冗余控制。该开环控制可以在上述闭环控制方案失效的情况下为电动轮矿山车10提供冗余的牵引功率控制，从而进一步提高电动轮矿山车10的可靠性。具体来说，响应于采集不到柴油发动机11的负载反馈系数K_load，控制装置15可以采集柴油发动机11的实际转速，再将采集的实际转速代入预先标定的发动机转速-电机可用功率曲线，以确定对应的给定电机功率P_Give。

在一些实施例中，上述发动机转速-电机可用功率曲线可以通过自负荷实验校正来进行预先标定。请参考图3，图3示出了根据本发明的一些实施例提供的自负荷实验校正的流程示意图。

如图3所示，在进行自负荷实验校正时，校正者可以在不带负荷的工况下根据柴油发动机11的最大转速确定至少一个转速点。可以理解的是，上述不带负荷的工况是指柴油发动机11只带发电机12和其它必要负载，而不带牵引电机14等其他后端负载的工况。上述至少一个转速点可以作为发动机转速-电机可用功率曲线拟合的基准数据点，一般采用多个转速点来进行自负荷实验校正。转速点越多，对柴油发动机11额定转速范围内每个转速点对应自负荷功率的计算越精确。上述校正者可以指进行自负荷实验的校正人员，也可以指实施自负荷实验程序的处理器。

如图1所示，电动轮矿山车10还可以配置有制动电阻16。该制动电阻16可以连接变流器电路13的第二输出端，用于对电动轮矿山车10制动时产生的反向高压进行放电降压，以避免车辆各电路元件的过压损坏。在确定柴油发动机11的多个转速点后，校正者可以将柴油发电机11产生的功率输出到制动电阻16，以进入自负荷工况。可以理解的是，该自负荷工况是指柴油发动机11带动发电机12、变流器电路13及制动电阻16的工况。

在一些实施例中，柴油发动机11可以具备稳速功能。也就是说，通过提供稳定的油门开度，柴油发动机11可以保持对应的转速稳定运行。在上述自负荷工况下，校正者可以首先通过调节电动轮矿山车10的油门开度，将柴油发动机11的实际转速调节到之前确定的一个目标转速点以上，再逐步提升制动电阻16上消耗的功率以增加自负荷给定功率P_Selfload。

具体来说，校正者可以采集柴油发动机11在前一采集周期的实际转速，并将其与给定的目标转速点进行差值运算，以确定本周期的控制误差量e(k)。之后，校正者可以将计算获得的本周期的控制误差量e(k)、前一周期的控制误差量e(k-1)及前二周期的控制误差量e(k-2)代入增量式PID控制算法公式，以计算本周期的电压控制量u(k)相对于前一周期的电压控制量u(k-1)的控制量增益：

Δu(k)＝u(k)-u(k-1)＝K_P(e(k)-e(k-1))+K_Ie(k)+K_D(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))

式中：Δu(k)为本周期的控制量增益，K_P为比例系数，K_I为积分系数，K_D为微分系数。在一些实施例中，该比例系数K_P、积分系数K_I及微分系数K_D可以通过预先进行实验，或根据经验数据来标定。

在上述公式中，当柴油发动机11的实际转速大于或等于目标转速点时，Δu(k)≥0，指示应当增加对应地制动电阻16上的电压，以增加自负荷给定功率P_selfload。当柴油发动机11的实际转速小于目标转速点时，Δu(k)＜0，指示应当对应地减小制动电阻16上的电压，以减小自负荷给定功率P_Selfload。

在计算获得本周期的控制量增益Δu(k)之后，校正者可以根据前一周期的电压控制量u(k-1)及本周期的电压控制量增益Δu(k)，计算本周期的电压控制量u(k)，即u(k)＝u(k-1)+Δu(k)。之后，校正者可以根据该电压控制量u(k)指示的电压大小，控制变流器电路13为制动电阻16提供对应的电压，以调节制动电阻16上消耗的功率，从而达到调节自负荷给定功率P_Selfload的效果。在一些实施例中，校正者可以先控制变流器电路13将发电机12的输出电压处理为适应幅值的中间直流电压，再将该适应幅值的中间直流电压施加在制动电阻16上，以调节制动电阻16上消耗的功率。在另一些实施例中，校正者也可以控制变流器电路13将发电机12的输出电压处理为适应占空比的中间脉冲电压，再将该适应占空比的中间脉冲电压施加在制动电阻16上，以调节制动电阻16上消耗的功率。该中间脉冲电压的有效幅值取决于其占空比。

随着自负荷给定功率P_selfload的逐步增加，柴油发动机11的带载负荷也将逐步上升。当柴油发动机11的带载负荷等于或超过100％，就会导致柴油发动机11的转速下降，并降低到目标转速点以下。此时，校正者可以判断自负荷给定功率P_Selfload越过了该转速所对应的电机可用功率的临界值，从而继续控制变流器电路13根据本周期的电压控制量u(k)逐步减小制动电阻16上的电压，以逐步减小自负荷给定功率P_Selfload。依此往复，直到柴油发动机11的转速稳定。该使柴油发动机11转速稳定的自负荷给定功率P_Selfload能够在当前转速点下，使柴油发动机11输出的能量到变流器电路13后发挥的最大功率。

之后，校正者可以根据该使柴油发动机11转速稳定的自负荷给定功率P_Selfload及整车辅助功率P_Aid，计算当前转速点对应的电机可用功率P_Give＝P_Selfload-P_Aid。依此类推，校正者还可以逐一计算各其余转速点对应的电机可用功率P_Give，获取多组对应的数据点来标定上述发动机转速-电机可用功率曲线。

本领域的技术人员可以理解，上述将开环控制方法作为闭环控制方法的冗余控制方案的实施例，只是本发明提供的一种非限制性的实施方式。对于配置了无法提供负载反馈系数K_load的老式柴油机的车辆而言，该开环控制方法也可以单独进行车辆牵引功率的控制，以确保在不同柴油机转速下后端电机可用功率的最大发挥。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

尽管上述的实施例所述的控制装置15可以通过软件与硬件的组合来实现的。但是可以理解，控制装置15也可以单独在软件或硬件中加以实施。对于硬件实施而言，控制装置15可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。对软件实施而言，控制装置15可以通过在通用芯片上运行的诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块可以执行一个或多个本文中描述的功能和操作。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (16)

1.一种车辆牵引功率的控制方法，其特征在于，所述车辆利用发动机为发电机供能，并利用所述发电机驱动牵引电机产生牵引力，所述控制方法包括：

采集所述发动机的负载反馈系数，所述负载反馈系数指示所述发动机前一周期的带载能力；

根据负载反馈目标系数及所述负载反馈系数，计算本周期的电机控制量；

根据所述发动机的实际输出功率及整车辅助功率的最小值计算电机侧最大可用功率，根据所述发动机的实际输出功率及整车辅助功率的最大值计算电机侧最小可用功率，并根据所述电机侧最大可用功率及所述电机侧最小可用功率计算比例系数；

根据所述电机侧最大可用功率、所述本周期的电机控制量，以及所述比例系数，计算动态分配功率；

根据所述电机侧最小可用功率及所述动态分配功率，计算本周期的给定电机功率；以及

根据所述本周期的给定电机功率驱动牵引电机产生牵引力，其中，所述牵引电机的实际功率将作用于所述发动机以产生本周期的负载反馈系数。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，采集所述负载反馈系数的步骤包括：

采集所述发动机的实际输出功率；以及

根据所述实际输出功率及所述发动机的后端负载功率总需求，计算所述负载反馈系数。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，计算所述本周期的电机控制量的步骤包括：

根据所述负载反馈目标系数及所述负载反馈系数，计算本周期的控制误差量；

根据所述本周期的控制误差量、前一周期的控制误差量及前二周期的控制误差量，通过增量式PID控制算法计算本周期的电机控制量增益；以及

根据前一周期的电机控制量及所述本周期的电机控制量增益，计算所述本周期的电机控制量。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述负载反馈目标系数为给定参数，设置为大于90％并小于100％。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：

响应于采集不到所述负载反馈系数而采集所述发动机的实际转速；以及

将所述发动机的实际转速代入发动机转速-电机可用功率曲线，以确定所述给定电机功率，其中，所述发动机转速-电机可用功率曲线是通过自负荷实验校正来标定。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述车辆还包括变流器电路和制动电阻，所述发电机连接所述变流器电路的输入端，并通过所述变流器电路的第一输出端驱动牵引电机产生牵引力，所述制动电阻连接所述变流器电路的第二输出端，标定所述发动机转速-电机可用功率曲线的步骤包括：

在不带负荷的工况下，根据所述发动机的最大转速确定至少一个转速点；

将所述发电机产生的自负荷给定功率输出到所述制动电阻，以进入自负荷工况；

在所述自负荷工况下，将所述发动机的实际转速调节到一个所述转速点以上，并逐步增加所述自负荷给定功率；

响应于所述实际转速小于所述转速点而逐步减小所述自负荷给定功率，直到所述发动机的实际转速稳定；

根据整车辅助功率及所述实际转速稳定时的自负荷给定功率，计算所述转速点对应的电机可用功率；以及

计算各其余转速点对应的电机可用功率，以标定所述发动机转速-电机可用功率曲线。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，逐步增加和减少所述自负荷给定功率的步骤进一步包括：

根据所述实际转速及所述转速点，通过增量式PID控制算法计算所述制动电阻本周期的电压控制量；

响应于所述实际转速大于或等于所述转速点，控制所述变流器电路根据所述本周期的电压控制量增加所述制动电阻上的电压，以增加所述自负荷给定功率；以及

响应于所述实际转速小于所述转速点，控制所述变流器电路根据所述本周期的电压控制量减小所述制动电阻上的电压，以减小所述自负荷给定功率。

8.一种车辆牵引功率的控制装置，其特征在于，所述车辆利用发动机为发电机供能，并利用所述发电机驱动牵引电机产生牵引力，所述控制装置包括：

存储器；以及

处理器，所述处理器连接所述存储器，并配置为：

采集所述发动机的负载反馈系数，所述负载反馈系数指示所述发动机前一周期的带载能力；

根据负载反馈目标系数及所述负载反馈系数计算本周期的电机控制量；

根据所述发动机的实际输出功率及整车辅助功率的最小值计算电机侧最大可用功率，根据所述发动机的实际输出功率及整车辅助功率的最大值计算电机侧最小可用功率，并根据所述电机侧最大可用功率及所述电机侧最小可用功率计算比例系数；

根据所述电机侧最大可用功率、所述本周期的电机控制量，以及所述比例系数，计算动态分配功率；

根据所述电机侧最小可用功率及所述动态分配功率，计算本周期的给定电机功率；以及

根据所述本周期的给定电机功率驱动牵引电机产生牵引力，其中，所述牵引电机的实际功率将作用于所述发动机以产生本周期的负载反馈系数。

9.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述处理器进一步配置为：

采集所述发动机的实际输出功率；以及

根据所述实际输出功率及所述发动机的后端负载功率总需求，计算所述负载反馈系数。

10.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述处理器进一步配置为：

根据所述负载反馈目标系数及所述负载反馈系数，计算本周期的控制误差量；

根据所述本周期的控制误差量、前一周期的控制误差量及前二周期的控制误差量，通过增量式PID控制算法计算本周期的电机控制量增益；以及

根据前一周期的电机控制量及所述本周期的电机控制量增益，计算所述本周期的电机控制量。

11.如权利要求10所述的控制装置，其特征在于，所述负载反馈目标系数为给定参数，设置为大于90％并小于100％。

12.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述处理器还配置为：

响应于采集不到所述负载反馈系数而采集所述发动机的实际转速；以及

将所述发动机的实际转速代入发动机转速-电机可用功率曲线，以确定所述给定电机功率，其中，所述发动机转速-电机可用功率曲线是通过自负荷实验校正来标定。

13.如权利要求12所述的控制装置，其特征在于，所述车辆还包括变流器电路和制动电阻，所述发电机连接所述变流器电路的输入端，并通过所述变流器电路的第一输出端驱动牵引电机产生牵引力，所述制动电阻连接所述变流器电路的第二输出端，所述处理器进一步配置为：

在不带负荷的工况下，根据所述发动机的最大转速确定至少一个转速点；

将所述发电机产生的自负荷给定功率输出到所述制动电阻，以进入自负荷工况；

在所述自负荷工况下，将所述发动机的实际转速调节到一个所述转速点以上，并逐步增加所述自负荷给定功率；

响应于所述实际转速小于所述转速点而逐步减小所述自负荷给定功率，直到所述发动机的实际转速稳定；

根据整车辅助功率及所述实际转速稳定时的自负荷给定功率，计算所述转速点对应的电机可用功率；以及

计算各其余转速点对应的电机可用功率，以标定所述发动机转速-电机可用功率曲线。

14.如权利要求13所述的控制装置，其特征在于，所述处理器进一步配置为：

根据所述实际转速及所述转速点，通过增量式PID控制算法计算所述制动电阻本周期的电压控制量；

响应于所述实际转速大于或等于所述转速点，控制所述变流器电路根据所述本周期的电压控制量增加所述制动电阻上的电压，以增加所述自负荷给定功率；以及

响应于所述实际转速小于所述转速点，控制所述变流器电路根据所述本周期的电压控制量减小所述制动电阻上的电压，以减小所述自负荷给定功率。

15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时，实施如权利要求1～7中任一项所述的车辆牵引功率的控制方法。

16.一种电动车辆，其特征在于，包括：

发动机，用于为发电机供能；

所述发电机，用于驱动牵引电机运行；

所述牵引电机，用于为所述电动车辆提供牵引力；以及

如权利要求8～14中任一项所述的车辆牵引功率的控制装置。

Images