一种具有容错功能的自卸车液压能量与制动能量回收系统及其作业方法

本发明属于能量回收利用，具体涉及一种具有容错功能的自卸车液压能量与制动能量回收系统。

背景技术：

1、自卸车是一种广泛应用于矿山、水利、城建的特种工程车辆，举升作业时，液压泵通过取力器和变速器从发动机获取动力，推动液压缸从而将其装载货厢举升一定高度自动卸货。卸货完成后需脱开取力器后才可正常行车，若行驶时，取力器处于接通状态会导致油泵损坏或车厢升起等严重事故。传统的自卸车作业过程中，随着货箱的举升积累的大量重力势能无法得到有效利用，导致能源浪费。另外，如果在自卸车作业过程中进行制动能量回收，可以减少车辆对制动器的磨损。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种具有容错功能的自卸车液压能量与制动能量回收系统，基于对两个电机的精准控制实现行车时制动能量回收和辅助制动，驻车作业时对液压势能有效回收利用，在电机故障状态下通过容错控制保障车辆正常的作业。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种具有容错功能的自卸车液压能量与制动能量回收系统，包括液压蓄能器、举升油缸、液压泵、液压马达、第一行星轮系、第二行星轮系、第三行星轮系、第四行星轮系、电子控制单元ecu、第一电机和第二电机；

4、所述液压蓄能器与液压马达之间通过第一电磁换向阀和第三电磁换向阀依次连接，所述液压蓄能器还与举升油缸的无杆腔之间通过第四电磁换向阀连接；所述举升油缸的无杆腔与液压泵之间通过第二电磁换向阀连接；

5、所述第一行星轮系与第二行星轮系的齿圈外圈相互啮合，所述第三行星轮系与第四行星轮系的齿圈外圈相互啮合；

6、所述第一行星轮系的太阳轮与第一电机的输入轴连接，第一行星轮系的行星架一端与液压泵的输入轴配合、另一端与其行星轮啮合；

7、所述第二行星轮系和第三行星轮系的太阳轮轴均与第二电机的输入轴通过锥齿轮啮合，第二行星轮系和第三行星轮系的行星架的一端分别与左右车轮轴配合、另一端分别与各自的行星轮啮合；

8、所述第四行星轮系的行星架固定，第四行星轮系的太阳轮与液压马达的输入轴连接；

9、所述液压泵的输入轴与第一电磁锁止器连接，第一电机的输入轴与第二电磁锁止器连接，第二行星轮系的行星架与第三电磁锁止器连接，第二行星轮系的齿圈与第四电磁锁止器连接，第三行星轮系的齿圈与第五电磁锁止器连接，第三行星轮系的行星架与第六电磁锁止器连接，液压马达的输入轴与第七电磁锁止器连接。

10、上述技术方案中，所述第二电磁换向阀与第一电磁换向阀之间连接第一单向阀，所述液压泵与第二电磁换向阀之间连接第二单向阀，所述第一电磁换向阀与第三电磁换向阀之间连接第三单向阀。

11、上述技术方案中，左、右车轮上分别布置有轮速传感器，举升油缸和液压蓄能器上均布置有液压传感器，电子控制单元ecu采集车轮轮速信号、液压传感器信号、举升请求信号、制动踏板信号、电机反馈信号、bms反馈信号，并进行处理，随后对各电磁换向阀、电磁锁止器和电机进行控制。

12、上述技术方案中，所述举升油缸还与液压油箱连接。

13、上述技术方案中，所述第二电机的传动轴上安装有第八电磁锁止器。

14、上述技术方案中，所述第一电机用于举升，第二电机用于制动能量回收，当第一电机发生故障时，第二电机作为冗余电机代替第一电机进行举升工作。

15、一种具有容错功能的自卸车液压能量与制动能量回收系统的作业方法：

16、1)当自卸车正常行车时，系统进行制动能量回收；

17、第二电机未发生故障时，所述系统工作模式为制动能量回收模式：第三电磁锁止器、第六电磁锁止器断开，第四电磁锁止器、第五电磁锁止器闭合，第一电机不工作，第二电机进行制动能量回收；

18、2)当自卸车驻车时，系统进行举升作业；

19、第一电机未发生故障时，所述系统工作模式为液压举升模式一：第四电磁锁止器、第五电磁锁止器闭合，第一电磁锁止器、第二电磁锁止器断开，第二电机不工作，第一电机驱动液压泵，第二电磁换向阀工作于左位状态，液压油经过第二单向阀和第二电磁换向阀进入液压举升油缸，完成举升；

20、当第一电机发生故障时，所述系统工作模式为液压举升模式二：第二电磁锁止器)、第三电磁锁止器、第六电磁锁止器和第七电磁锁止器闭合，第一电磁锁止器、第四电磁锁止器、第五电磁锁止器断开，第二电磁换向阀工作于左位状态，第二电机驱动液压泵，作为冗余电机代替第一电机完成举升作业；

21、3)当举升完成后，系统配合车箱自重下降时进行液压能量回收；

22、当第一电机与第二电机均未发生故障时，所述系统工作模式为液压能量回收模式一：第一电磁锁止器、第三电磁锁止器、第六电磁锁止器闭合，第二电磁锁止器、第四电磁锁止器、第五电磁锁止器、第七电磁锁止器断开；当举升油缸无杆腔内的压力与液压蓄能器内的压力差值大于预设阈值时，第四电磁换向阀工作于左位状态，举升油缸内的高压油流入液压蓄能器；当举升油缸无杆腔内的压力小于液压蓄能器内的压力时，第二电磁换向阀工作于右位状态、第三电磁换向阀工作于左位状态、第四电磁换向阀工作于右位状态，多余的液压油通过第二电磁换向阀、第一单向阀、第三单向阀和第三电磁换向阀流入液压马达，液压马达驱动第四行星轮系的太阳轮和齿圈，两电机同时作为发电机进行液压能量回收工作；

23、当第一电机发生故障时，所述系统工作模式为液压能量回收模式二：断开第一电机电源供电，第四电磁锁止器、第五电磁锁止器、第七电磁锁止器断开，第一电磁锁止器、第二电磁锁止器、第三电磁锁止器、第六电磁锁止器闭合，第二电机独立进行液压能量回收工作；

24、当第二电机发生故障时，所述系统工作模式为液压能量回收模式三：第八电磁锁止器闭合，断开第二电机电源供电，第一电机独立进行液压能量回收工作。

25、进一步地，液压蓄能器存储的能量在下次举升工作时作为辅助动力，第一电磁换向阀工作于右位状态，液压油经过第一电磁换向阀输入至液压泵。

26、进一步地，液压油还可以输入液压马达通过电机回收为电能：第一电磁换向阀和第三电磁换向阀均工作于左位状态，液压油经过第一电磁换向阀、第三单向阀和第三电磁换向阀进入液压马达。

27、进一步地，当车厢举升到最高点时，电子控制单元ecu控制第二电磁换向阀工作于中位、第四电磁换向阀工作于右位，举升油缸位置锁死，车厢进行卸货。

28、本发明的有益效果为：

29、(1)本发明具有容错功能的自卸车液压能量与制动能量回收系统中第二行星轮系和第三行星轮系的太阳轮轴均与第二电机的输出轴通过锥齿轮啮合，将车辆制动时的机械能通过第二行星轮系、第三行星轮系和第二电机转化为电能为蓄电池充电，减少了能耗，能有效地提高能量利用率。

30、(2)本发明的电子控制单元ecu判断举升油缸的压力和液压蓄能器的压力大小关系，控制电磁换向阀动作，将自卸车举升过程中积累的重力势能，在举升油缸下降过程充入液压蓄能器为下次举升工作提供辅助动力，多余的能量通过液压马达、行星轮系和电机转化为电能：举升油缸与液压蓄能器通过第一电磁换向阀和第三电磁换向阀与液压马达相连，液压马达将液压能转换为机械能，机械能通过行星轮系传递给电机，进而转换成电能。

31、(3)本发明具有容错功能的自卸车液压能量与制动能量回收系统，能够根据电机的工作状态和故障情况，进入不同的容错工作模式，保证自卸车的举升功能还能进行能量回收。