一种码头低速集装箱拖车及其能量回收利用的控制方法与流程

1.本发明涉及码头运输设备技术领域，具体涉及一种码头低速集装箱拖车及其能量回收利用的控制方法。


背景技术：

2.码头低速拖车使用柴油动力，在码头内作业时需频繁进行加减速，减速时能量主要由刹车系统消耗掉，已有的能量转换方案需对发动机和变速箱进行改造，将发电机(电动机)安装在发动机到变速箱输出轴之间或使用增程式发电机组来实现，而且能量回收方案多采用锂电池作为储能材质(锂电池具有循环寿命有限，衰减问题难以解决的缺点)。现有技术方案在转换效率、控制复杂程度、动力水平等方面都没有优势，需要对发动机变速箱做升级改造或整体更换，而且拖车车头部分进行改造的可操作空间较小，对原有发动机变速箱还需整体拆除，这样会造成资源浪费，投入成本大。
3.虽然在房车领域，挂车会使用蓄电池，并利用该蓄电池对生活用电进行供给，还利用蓄电池给拖挂的轮毂电机供电从而为单独移动挂车时提供助力。但是挂车轮毂电机无减速器，即电机扭矩输出无法放大，这种轮毂电机的设计方案无法为码头低速牵引车提供足够的扭力，另外大功率轮毂电机在散热和簧下质量方面不适合于码头低速牵引车。因此，本领域技术人员即使在参考具有现有的有能量回收功能的汽车以及设有电池及轮毂电机的房车挂车后，也难以想到以实现节能且适应码头作业场景为目的码头低速拖车改造方案。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种码头低速集装箱拖车及其能量回收利用的控制方法，从而实现码头低速集装箱拖车的能量回收利用功能，还提高了码头低速集装箱拖车的载重能力以及负载启动能力，解决了现有技术方案中控制程度复杂、动力水平弱、改造成本大且需要对发动机变速箱整体改造的技术问题。
5.本发明通过以下技术手段解决上述问题：
6.本发明提出一种码头低速集装箱拖车，包括牵引车、挂车和控制器，牵引车包括发动机和牵引车控制系统，控制器与牵引车控制系统通信连接，所述挂车包括安装于挂车上的电池、两端分别安装有挂车车轮的驱动轴、减速箱、离合器、电机、充电器和驱动器，所述电机分别与充电器、驱动器电性连接；所述控制器分别与充电器、驱动器、离合器电性连接；电池分别与充电器、驱动器电性连接；所述驱动轴与减速箱的低速传动部进行机械传动连接，所述减速箱的高速传动部通过离合器与所述电机进行离合传动连接；
7.所述电机用于刹车时将驱动轴的机械能转化为被电池能量回收的电能，还用于驱动所述驱动轴；所述电池用于能量回收后的储能；所述充电器用于对能量转换后的电能进行处理以满足充电要求，并用于执行充电；所述驱动器用于利用电池的电能控制电机做功。
8.进一步地，所述离合器为湿式离合器。
9.进一步地，所述电池为超级电容。
10.本发明又提出一种码头低速集装箱拖车能量回收利用的控制方法，应用于如上所述的码头低速集装箱拖车，该控制方法包括以下步骤：
11.s1,当发动机启动后且发动机未处于非空档状态下，则启动电动机模式，控制离合器啮合，然后执行s2；
12.s2,检测并判断是否获得油门信号，是则执行s3，否则待机；
13.s3,控制电池放电并根据油门力度值及车辆速度控制电机转动速度，然后执行s4；
14.s4,检测并判断车辆速度是否达到一预设阈值，是则执行s5，否则执行s41；
15.s41,检测并判断是否刹车且未刹停，是则执行s42,否则继续执行s4；
16.s42，打开离合器，然后执行s43；
17.s43，控制电机继续保持电动机模式并判断单次踩油门时间是否达到指定的计时值，是则离合器吸合然后执行s3，否则继续执行s43；于s43中，当检测到刹停车信号，则立即执行s1；
18.s5，打开离合器，然后控制电机由电动机模式转成发电机模式并判断是否有持续踩刹车信号达到指定的计时值，是则执行s6，否则继续执行s5；
19.s6，离合器吸合并且发电机为电池充电，并判断是否检测到踩油门信号，是则执行s7，否则继续执行s6；
20.s7，打开离合器并判断是否有持续踩刹车信号达到指定的计时值，是则执行s6,否则继续执行s7；于s7中，当检测到刹停车信号，则立即执行s1。
21.本发明又提出一种计算机可读存储介质，其上存储有用于控制码头低速集装箱拖车进行能量回收利用的稳定程序，该稳定程序被处理器执行时实现如上所述的码头低速集装箱拖车能量回收利用的控制方法。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
23.本发明具有能量转换效率高、控制复杂程度低、动力水平高、投入成本低等优点，且不需要对发动机变速箱做升级改造或整体更换。由于本发明的主要改造部位是挂车的拖架，所以可操作空间较充裕。本发明的电机为电动机时仅在车辆起步加速阶段提供动力，单次加速时间较短，单次用电量不高，且用电后很快可以补充，且储能设备具备大功率放电能力。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明的码头低速集装箱拖车的正视图；
26.图2是本发明的码头低速集装箱拖车的结构原理图；
27.图3是本发明的码头低速集装箱拖车能量回收利用的控制方法的工作流程图；
28.附图标记说明：
29.牵引车100；挂车200；电机1；减速箱2；离合器3；驱动轴4；车轮5；电池6；驱动器7；充电器8；控制器9。
具体实施方式
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅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做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。
31.需要理解的是，术语“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
33.实施例
34.如图1、图2所示，本实施例提出一种码头低速集装箱拖车，包括牵引车100、挂车200和控制器9，牵引车100包括发动机和牵引车控制系统，控制器9与牵引车控制系统通信连接，所述挂车200包括安装于挂车200上的电池6、两端分别安装有挂车200车轮5的驱动轴4、减速箱2、离合器3、电机1、充电器8和驱动器7；所述电机1分别与充电器8、驱动器7电性连接；所述控制器9分别与充电器8、驱动器7、离合器3电性连接；电池6分别与充电器8、驱动器7电性连接；所述驱动轴4与减速箱2的低速传动部进行机械传动连接，所述减速箱2的高速传动部通过离合器3与所述电机1进行离合传动连接；具体地，控制器9通过can协议与码头低速集装箱拖车进行通讯，读取牵引车100的油门力度、刹车、速度等数据，控制器9由车辆24v电池进行供电；控制器9、电池6、驱动轴4、离合器3、电机1、充电器8和驱动器7均布置在挂车上，其优点在于改造原码头低速集装箱拖车时不改动原牵引车的拖头结构；优选地，所述驱动轴4的中部与减速箱2的低速传动部进行机械传动连接；
35.所述电机1用于刹车时将驱动轴4的机械能转化为被电池6能量回收的电能，还用于驱动所述驱动轴4；所述电池6用于能量回收后的储能；所述充电器8用于对能量转换后的电能进行处理以满足充电要求，并用于执行充电；所述驱动器7用于利用电池6的电能控制电机1做功。
36.具体地，现有的挂车200有两至三组车轴，可以将其中一组轴改造为驱动轴。
37.于本实施例优化的，所述离合器3为湿式离合器；具体地，减速箱2、发电机(动力输出时为电动机)通过湿式离合器连接并安装于挂车200的驱动轴4，用于能量回收和驱动拖车，与原车的发动机变速箱动力系统没有机械连接。
38.于本实施例优化的，所述电池6为超级电容；本发明选用超级电容作为储能介质，较锂电池，具有循环寿命极高、电能转换率高(无化学变化)、充放电电流大、储能稳定性高等优点，超级电容具有能量密度低(所需体积大)的缺点，需要安装于空间较大的挂车200下方；超级电容储能为物理变化，具有易于管理、安全性高、循环寿命长，衰减小，受环境温度影响小、充放电电流大等特点，在使用成本方面具有较大优势；按照目前主流超级电容能量密度为5-8wh/kg，按照储存3kwh电能计算，需要重量为375-600kg；普通锂电池循环寿命为800-2000次，在频繁充放电情况下会较快达到循环寿命，锂电的寿命、一致性、安全性、充放电倍率、bms系统易实现程度等相较超级电容都存在劣势。
39.如图1-图3所示，本实施例提出一种码头低速集装箱拖车能量回收利用的控制方法，应用于如上所述的码头低速集装箱拖车，该控制方法包括以下步骤：
40.s1,当发动机启动后且发动机未处于非空档状态下，则启动电动机模式，控制离合器3啮合，然后执行s2；具体地，车辆停止时，控制器9能量回收利用系统待机，挂挡后离合器吸合；s1中的发动机启动是指车辆未行驶(速度为0)状态下启动发动机后，系统处于电动机模式，停止的车辆在运行逻辑里必定是电动机模式；s1中的控制离合器啮合是指挂非空挡后离合器吸合；另外，因为电机需要在电动机和发电机之间切换，所示需要以电动机模式明确电机所处状态；
41.s2,检测并判断是否获得油门信号，是则执行s3，否则待机；
42.s3,控制电池6放电并根据油门力度值及车辆速度控制电机1转动速度，然后执行s4；具体地，电机低速状态下处于恒扭矩输出区间，高速状态处于恒功率区间，控制电机1转动速度也可以理解为控制电动机为车辆提供相应动力；
43.s4,检测并判断车辆速度是否达到一预设阈值，是则执行s5，否则执行s41；
44.s41,检测并判断是否刹车且未刹停，是则执行s42,否则继续执行s4；
45.s42，打开离合器3，然后执行s43；
46.s43，控制电机1继续保持电动机模式并判断单次踩油门时间是否达到指定的计时值，是则离合器3吸合然后执行s3，否则继续执行s43；于s43中，当检测到刹停车信号，则立即执行s1；
47.s5，打开离合器3，然后控制电机1由电动机模式转成发电机模式并判断是否有持续踩刹车信号达到指定的计时值，是则执行s6，否则继续执行s5；具体地，因为电机需要在电动机和发电机之间切换，所示需要以发电机模式明确电机所处状态；
48.s6，离合器3吸合并且发电机为电池6充电，并判断是否检测到踩油门信号，是则执行s7，否则继续执行s6；
49.s7，打开离合器3并判断是否有持续踩刹车信号达到指定的计时值，是则执行s6,否则继续执行s7；于s7中，当检测到刹停车信号，则立即执行s1。
50.具体地，当控制器9能量回收利用系统电量低时则只有发电机模式，不进入电动机模式，当倒挡时则只有电动机模式或系统电量低不介入，不进入发电机模式。
51.本发明又提出一种计算机可读存储介质，其上存储有用于控制码头低速集装箱拖车进行能量回收利用的稳定程序，该稳定程序被处理器执行时实现如上所述的码头低速集装箱拖车能量回收利用的控制方法。
52.本发明的工作过程如下：
53.本发明的码头低速集装箱拖车起步加速时，电池6放电通过驱动器7驱动电动机，与发动机一起为车辆提供动能，车辆达到一定速度后离合器3分离，完全由发动机提供动力，电动机状态转换为发电机；刹车时，离合器3吸合，发电机通过充电器8对电池充电，刹停后，电动机状态再次转换为发电机；刹车过程中取消刹车动作并踩油门，则离合器3分离，在下一次刹车时，离合器3吸合，发电机发电通过充电器8对电池充电，直至拖车刹停后发电机状态转为电动机状态；通过改造挂车的车轴为驱动轴4，由挂车的驱动轴4通过减速箱2带动发电机充能或电动机带动减速箱2给挂车的驱动轴4提供动力。
54.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。