一种制动控制系统及方法
【专利摘要】本发明涉及制动控制【技术领域】，公开了一种制动控制系统及方法。其中，该系统包括：直流母线、至少两个IGBT、至少两个制动电阻、电压检测元件及可编程控制器；制动电阻各自分别与IGBT串联组成至少两路制动串联电路，制动串联电路与电压检测元件相互并联的设置在直流母线上；电压检测元件的输出端与可编程控制器的输入端连接，可编程控制器的输出端与IGBT的输入端连接。本发明根据电压传感器采集到的直流母线上的电压，将两个IGBT的导通比输出到IGBT中，以实现两路IGBT的差相控制，每路IGBT在启动时的消耗电流斜坡上升，从而在保证了直流母线电压平稳的基础上，极大提高了整车在行驶时的平稳性。
【专利说明】一种制动控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制动控制【技术领域】，主要适用于制动控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]传统的制动控制装置采用与电动轮驱动匹配的制动控制方式，即有多少只电动轮就有多少组制动控制单元和大功率能耗电阻，同时，在控制模式上采用功率电阻同时开通与关断的模式，这都对整车在行驶时的平稳性不利。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种制动控制系统及方法，它提高了整车在行驶时的平稳性。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供了一种制动控制系统，包括:直流母线、至少两个IGBT、至少两个制动电阻、电压检测元件及可编程控制器；所述制动电阻各自分别与所述IGBT串联组成至少两路制动串联电路，所述制动串联电路与所述电压检测元件相互并联的设置在所述直流母线上；所述电压检测元件的输出端与所述可编程控制器的输入端连接，所述可编程控制器的输出端与所述IGBT的输入端连接。
[0005]进一步地，还包括:直流风机、风机IGBT及风机电阻；所述直流风机、所述风机IGBT及所述风机电阻组成风机串联电路，所述风机串联电路与所述直流母线连接；所述风机IGBT的输入端与所述可编程控制器的输出端连接。
[0006]进一步地，所述IGBT包括:第一 IGBT和第二 IGBT ;所述制动电阻包括:第一制动电阻和第二制动电阻；所述第一 IGBT与所述第一制动电阻串联组成第一制动串联电路，所述第二 IGBT与所述第二制动电阻串联组成第二制动串联电路；所述第一制动串联电路、所述第二制动串联电路和所述电压检测元件相互并联在所述直流母线上。
[0007]进一步地，还包括:第一电流检测元件、第二电流检测元件及第三电流检测元件；所述第一电流检测元件设置在所述直流母线上，所述第二电流检测元件串联在所述第一制动串联电路中，所述第三电流检测元件串联在所述第二制动串联电路中；第一电流检测元件、第二电流检测元件和第三电流检测元件的输出端均与所述可编程控制器的输入端连接。
[0008]进一步地，还包括:电机和不控整流电路；所述电机的输出端通过所述不控整流电路与所述直流母线连接。
[0009]进一步地，还包括:断路器；所述断路器设置在所述电机与所述不控整流电路之间。
[0010]本发明还提供了一种制动控制方法，包括:
[0011]采集直流母线上的电压，得到所述直流母线上电压的上升速率；
[0012]根据所述电压的上升速率对并联在所述直流母线之间的至少两个IGBT的导通比进行调整，以实现所述IGBT的差相控制，使所述直流母线上的电压低于母线最高阈值电压。
[0013]进一步地,还包括:
[0014]采集所述直流母线和IGBT路上的电流；
[0015]由采集到的电流计算当前导通比下所述IGBT的功率，将当前导通比下所述IGBT的功率与所述IGBT的功率性能指标进行匹配，判断所述IGBT是否正常工作；
[0016]若匹配成功，则说明所述IGBT正常工作，差相控制有效；
[0017]若匹配不成功，则说明所述IGBT非正常工作，差相控制有误差，对所述IGBT进行更换或检修。
[0018]进一步地，所述直流母线的输入电流为对供电电源的输出电流进行全桥整流后的电流。
[0019]进一步地,还包括:
[0020]对所述供电电源的输出电流进行电路保护。
[0021]本发明的有益效果在于:
[0022]本发明提供的制动控制系统及方法，根据电压检测元件采集到的直流母线上的电压，将两个IGBT的导通比输出到IGBT中，以实现两路IGBT的差相控制，每路IGBT在启动时的消耗电流斜坡上升，从而在保证了直流母线电压平稳的基础上，极大提高了整车在行驶时的平稳性。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例提供的制动控制系统的电路图；
[0024]图2为本发明实施例提供的制动控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025]为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的制动控制系统及方法的【具体实施方式】及工作原理进行详细说明。
[0026]参见图1，本发明实施例提供的制动控制系统，包括:直流母线、至少两个IGBT、至少两个制动电阻、电压检测元件、可编程控制器、直流风机、风机IGBT及风机电阻；制动电阻各自分别与IGBT串联组成至少两路制动串联电路，制动串联电路与电压检测元件相互并联的设置在直流母线上；电压检测元件的输出端通过CAN总线与可编程控制器的输入端连接，可编程控制器的输出端与IGBT的输入端连接。直流风机、风机IGBT及风机电阻组成风机串联电路，风机串联电路与直流母线连接；风机IGBT的输入端与可编程控制器的输出端连接。其中，IGBT包括:第一 IGBTTl和第二 IGBTT2 ;制动电阻包括:第一制动电阻Rl和第二制动电阻R2 ;第一 IGBTTl与第一制动电阻Rl串联组成第一制动串联电路，第二 IGBTT2与第二制动电阻R2串联组成第二制动串联电路；第一制动串联电路、第二制动串联电路和电压检测元件相互并联在直流母线上。需要说明的是，在本实施例中，风机电阻的功率小于第一制动电阻R1、第二制动电阻R2的功率。
[0027]为了对本发明实施例中的IGBT的工作状态进行监测，需要将工作中的IGBT的功率与IGBT的功率性能指标进行匹配，以便使两路IGBT能更有效地执行差相控制，以进一步保证直流母线电压的平稳，本发明实施例还包括:第一电流检测元件、第二电流检测元件及第三电流检测元件；第一电流检测元件设置在直流母线上，第二电流检测元件串联在第一制动串联电路中，第三电流检测元件串联在第二制动串联电路中；第一电流检测元件、第二电流检测元件和第三电流检测元件的输出端均通过CAN总线与可编程控制器的输入端连接。其中，IBGT的功率性能指标由IBGT的生产厂家提供。
[0028]为了使本发明实施例具有整流的功能，本发明实施例还包括:电机和不控整流电路；电机的输出端通过不控整流电路与直流母线连接。
[0029]为了提高本发明实施例在整流时的安全性，本发明实施例还包括:交流断路器；交流断路器设置在电机与不控整流电路之间。
[0030]在本实施例中，电压检测元件为霍尔电压传感器UM ;电流检测元件为电流传感器，即第一电流检测元件为第一电流传感器LM1，第二电流检测元件为第二电流传感器LM2，第三电流检测元件为第三电流传感器LM3 ;不控整流电路为三相桥式不可控整流电路；电机为柴油发电机组FD。
[0031]参见图2，本发明实施例还提供了一种制动控制方法，包括:
[0032]步骤SllO:通过电压检测元件采集直流母线上的电压，并将采集到的电压传输到可编程控制器，从而得到直流母线上电压的上升速率；
[0033]步骤S210:可编程控制器根据直流母线上电压的上升速率将并联在直流母线之间的至少两个IGBT的导通比传输到IGBT中，完成对IGBT的导通比的调整，以实现对IGBT的差相控制，使直流母线上的电压低于母线最高阈值电压。在本实施例中，将第一 IGBTTl与第一制动电阻Rl串联组成第一制动串联电路，将第二 IGBTT2与第二制动电阻R2串联组成第二制动串联电路；将第一制动串联电路、第二制动串联电路和电压检测元件相互并联在直流母线上。相应地，步骤S210的具体步骤为:可编程控制器根据直流母线上电压的上升速率将第一 IGBTTl和第二 IGBTT2的导通比传输到IGBT中，完成对第一 IGBTTl和第二IGBTT2的导通比的调整，以实现对第一 IGBTTl和第二 IGBTT2的差相控制，使直流母线上的电压低于母线最高阈值电压。
[0034]步骤S310:采集直流母线和IGBT路上的电流。在本实施例中，将第一电流检测元件设置在直流母线上，对直流母线上的电流进行采集；将第二电流检测元件串联在第一制动串联电路中，对流经第一 IGBTTl的电流进行采集；将第三电流检测元件串联在第二制动串联电路中，对流经第二 IGBTT2的电流进行采集；第一电流检测元件、第二电流检测元件和第三电流检测元件各自分别将采集到的电流传输到可编程控制器。其中，直流母线的输入电流为通过三相桥式不可控整流电路对供电电源(电机)的输出电流进行全桥整流后的电流。还需要说明的是，通过断路器对供电电源的输出电流进行电路保护。
[0035]步骤S410:可编程控制器基于各IGBT的电阻和采集到的电流计算当前导通比下各IGBT的功率，将当前导通比下各IGBT的功率与各IGBT的功率性能指标进行匹配，判断各IGBT是否正常工作；其中，各IBGT的电阻和功率性能指标由IBGT的生产厂家提供。
[0036]步骤S411:若步骤S410的匹配结果为成功，则说明匹配成功的IGBT正常工作，差相控制有效；
[0037]步骤S412:若步骤S410的匹配结果为不成功，则说明匹配不成功的IGBT非正常工作，差相控制有误差，需要对IGBT进行更换或检修。[0038]在本实施例中，电压检测元件为霍尔电压传感器UM ；电流检测元件为电流传感器，即第一电流检测元件为第一电流传感器LM1，第二电流检测元件为第二电流传感器LM2，第三电流检测元件为第三电流传感器LM3 ;不控整流电路为三相桥式不可控整流电路；电机为柴油发电机组FD。
[0039]当本发明实施例提供的制动控制系统设置在电动轮矿用车上工作时，柴油发电机组FD发出的交流电首先进入交流断路器，经交流断路器控制后经三相桥式不可控整流电路全桥整流。三相桥式不可控整流电路将交流电变换成直流电,并以直流母线的形式输出。当电缓行制动时，矿用车将行驶的惯性能量或势能等通过传动系统传递给轮毂电机。电机以发电方式工作，电机转子轴上的动能将转变为电能，此能量经过逆变器的反向二极管回馈到直流侧。在电机的发电过程中，产生的电机制动力矩经传动系统对驱动轮施加制动，产生制动力。同时，电力驱动控制器控制制动电阻箱工作，以消耗电机发出的电能，从而维持直流母线电压的稳定。电压传感器和电流传感器分别每周期采集直流母线电压Um和直流母线电流Im，并通过CAN总线发送到可编程控制器参与整车控制，同时也用于制动控制。假设制动动作电压阀值为1100V，母线最高电压小于1200V，制动停止电压为1000V，制动控制原理按以下三种方式执行:
[0040]a)当可编程控制器接收到从主控制器输出的电制动允许信号Uzy时，可编程控制器随即打开风机控制通路。同时，基于电压传感器输出的直流母线电压Um检测直流母线电压仏的上升速率，可编程控制器启动制动控制，两只主制动IGBT (T1、T2)的导通比根据直流母线电压Um的上升速率而定，从而将直流母线电压Um控制在1200V以内，此设计方式极好地保证直流母线电压Um的平稳，极大地提高了整车在行驶时的平稳性。
[0041]b)当可编程控制器接收到从主控制器输出的紧急制动信号时，可编程控制器随即打开风机IGBT，并将两路IGBT均完全打开，即以最大的制动功率进行制动，提高整车安全性。
[0042]c)当可编程控制器没有`接到制动允许信号Uzy，而连续多次检测到直流母线电压Uffl超过1100V时，可编程控制器自动投入，首先启动直流风机，使风机路导通。其次，通过CAN总线发出制动启动信号和适用的IGBT导通比到IGBT，两只主制动IGBT (Tl、T2)的导通比根据直流母线电压Um的上升速率而定，从而将直流母线电压Um控制在1200V以内，此设计方式极好地保证直流母线电压Um的平稳，极大地提高了整车在行驶时的平稳性。需要说明的是，连续检测到直流母线电压Um超过1100V时的次数可根据实际要求而设定。
[0043]这里还需要说明的是，本发明实施例还在直流风机上串联功率电阻，在需要较小制动的情况下，仅需风机路工作而无需大功率制动电阻工作，极大地减少了能量的消耗，从而提高了整车在行驶时的燃油经济性。
[0044]本发明实施例提供的制动控制系统及方法，可编程控制器根据电压传感器采集到的直流母线上的电压，将两个IGBT的导通比输出到IGBT中，以实现两路IGBT的差相控制，每路IGBT在启动时的消耗电流斜坡上升，从而在保证了直流母线电压平稳的基础上，极大提高了整车在行驶时的平稳性。本发明实施例还使制动控制部分与整流部分共直流母线，从物理连接上更加接近，实现了制动与整流的一体化控制。另外，在本发明实施例的整流部分中，采用了三相全桥无控整流，从而实现了整流部分的高功率密度、高效、高可靠性和低整车设计成本。本发明实施例还在整流部分的前端增加了一只大功率断路器，从而提高了整车在行驶时的安全性。
[0045]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，尽管参照实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。
【权利要求】
1.一种制动控制系统，其特征在于，包括:直流母线、至少两个IGBT、至少两个制动电阻、电压检测元件及可编程控制器；所述制动电阻各自分别与所述IGBT串联组成至少两路制动串联电路，所述制动串联电路与所述电压检测元件相互并联的设置在所述直流母线上；所述电压检测元件的输出端与所述可编程控制器的输入端连接，所述可编程控制器的输出端与所述IGBT的输入端连接。
2.如权利要求1所述的制动控制系统，其特征在于，还包括:直流风机、风机IGBT及风机电阻；所述直流风机、所述风机IGBT及所述风机电阻组成风机串联电路，所述风机串联电路与所述直流母线连接；所述风机IGBT的输入端与所述可编程控制器的输出端连接。
3.如权利要求2所述的制动控制系统，其特征在于，所述IGBT包括:第一IGBT和第二IGBT ;所述制动电阻包括:第一制动电阻和第二制动电阻；所述第一 IGBT与所述第一制动电阻串联组成第一制动串联电路，所述第二 IGBT与所述第二制动电阻串联组成第二制动串联电路；所述第一制动串联电路、所述第二制动串联电路和所述电压检测元件相互并联在所述直流母线上。
4.如权利要求3所述的制动控制系统，其特征在于，还包括:第一电流检测元件、第二电流检测元件及第三电流检测元件；所述第一电流检测元件设置在所述直流母线上，所述第二电流检测元件串联在所述第一制动串联电路中，所述第三电流检测元件串联在所述第二制动串联电路中；第一电流检测元件、第二电流检测元件和第三电流检测元件的输出端均与所述可编程控制器的输入端连接。
5.如权利要求1-4中任一项所述的制动控制系统，其特征在于，还包括:电机和不控整流电路；所述电机的输出端通过所述不控整流电路与所述直流母线连接。
6.如权利要求5所述的制动控制系统，其特征在于，还包括:断路器；所述断路器设置在所述电机与所述不控整流电路之间。
7.一种制动控制方法，其特征在于，包括: 采集直流母线上的电压，得到所述直流母线上电压的上升速率； 根据所述电压的上升速率对并联在所述直流母线之间的至少两个IGBT的导通比进行调整，以实现对所述IGBT的差相控制，使所述直流母线上的电压低于母线最高阈值电压。
8.如权利要求7所述的制动控制方法，其特征在于，还包括: 采集所述直流母线和IGBT路上的电流； 由采集到的电流计算当前导通比下所述IGBT的功率，将当前导通比下所述IGBT的功率与所述IGBT的功率性能指标进行匹配，判断所述IGBT是否正常工作； 若匹配成功，则说明所述IGBT正常工作，差相控制有效； 若匹配不成功，则说明所述IGBT非正常工作，差相控制有误差，对所述IGBT进行更换或检修。
9.如权利要求7或8所述的制动控制方法，其特征在于，所述直流母线的输入电流为对供电电源的输出电流进行全桥整流后的电流。
10.如权利要求9所述的制动控制方法，其特征在于，还包括: 对所述供电电源的输出电流进行电路保护。
【文档编号】B60L7/02GK103818263SQ201310694835
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】张建明, 何适, 虢劲松, 徐代友 申请人:航天重型工程装备有限公司