[0001] 本发明涉及新能源动力系统技术领域，更具体地说，它涉及多功能混动轮式挖掘机的动力系统和控制方法。

[0002] 随着我国新能源汽车行业的快速发展，新能源推广至非道路车辆上势在必行。传统轮式挖掘机的动力输出均来源于发动机，行走机构依靠发动机飞轮取力直接输出动力，回转机构及挖掘机构的动力系统采用的是柴油机通过联轴器，将动力输出给液压泵，再由液压泵将机械能转换成液压能，液压油流经液压马达和油缸时将液压能转换成机械能输出动力给工作器件。

[0003] 如图5所示，传统轮式挖掘机动力系统为柴油机输出动力至飞轮壳进行动力分配，一路经过离合器和变速箱，再通过上下传动箱，将动力通过传动轴传递至车桥，以实现行走功能；一路经过联轴器连接到液压泵，液压泵再通过分配阀，将液压油流经回转马达、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸，以实现回转、动臂、斗杆、铲斗功能。

[0004] 然而传统轮式挖掘机执行上述任一功能时均需使用柴油机作为输出动力，导致柴油机工作负荷较大，容易发生故障；同时，回转功能通过机械能转液压能再转机械能，动作响应慢，影响司机操纵感受及作业进度；此外，在液压系统中存在一些比较精密的零件，液压油温度过高和液压油污染是引起液压系统故障的主要原因，然而挖掘机的工作环境通常比较恶劣，可能会导致液压系统频繁发生故障。

[0005] 因此亟需一种轮式挖掘机的动力系统和控制方法解决上述问题。

[0033] 现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。

[0034] 需要说明的是，除非另外定义，本发明一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明的一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

[0035] 如图1‑图5所示，多功能混动轮式挖掘机的动力系统，包括：发动机(Engine)、发电机(FISG)、发电机控制器(GCU)、动力电池、高压配电箱(PDU)、动力电池箱、动力电池箱控制器、液压电机、主驱电机(DM)、回转电机、主驱电机控制器(MCU1)、液压电机控制器(MCU2)和回转电机控制器(MCU3)；

[0036] 发动机的输出端与发电机的输入端连接，发电机与发电机控制器通过高压电路连接，高压配电箱与发电机控制器、动力电池和动力电池箱通过高压电路连接，主驱电机控制器与主驱电机、高压配电箱和发电机控制器通过高压电路连接，液压电机控制器与液压电机和高压配电箱通过高压电路连接，回转电机控制器与回转电机和高压配电箱通过高压电路连接；

[0037] 多功能混动轮式挖掘机的动力系统还包括：主驱单元、液压单元和回转单元。

[0038] 在本发明的一个实施例中，发动机用以输出原始动力；发电机用以将发动机的机械能转化为电能；动力电池作为动力系统的能量平衡装置；高压配电箱用以将发电机和动力电池的电能分配给主驱电机控制器、液压电机控制器和回转电机控制器，同时多余的电能对动力电池进行充电；发电机控制器设置在发电机与高压配电箱之间，用以控制发动机的开机、停机、数据测量、数据显示以及故障保护功能，而且还提供发电机的电量测量、电量显示以及电量保护功能；动力电池箱用以吸收并储存发电机发出的多余电能，还能通过高压配电箱提供电能给主驱电机控制器、液压电机控制器和回转电机控制器。

[0039] 在本发明的一个实施例中，发动机为柴油发动机。

[0040] 在本发明的一个实施例中，主驱单元包括：变速箱、上下传动箱、传动轴和车桥；主驱电机的输出端与变速箱的输入端连接，变速箱的输出端与上下传动箱的输入端连接，上下传动箱的输出端与传动轴的输入端连接，传动轴的输出端与车桥的输入端连接。

[0041] 在本发明的一个实施例中，液压单元包括：液压泵、分配阀、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸；液压电机的输出端与液压泵的输入端连接，液压泵与分配阀通过液压油管连接，分配阀与动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸通过液压油管连接。

[0042] 在本发明的一个实施例中，回转单元包括：减速箱和回转支承；回转电机的输出端与减速箱的输入端连接，减速箱的输出端安装有驱动齿轮，驱动齿轮与回转支承相啮合。

[0043] 在本发明的一个实施例中，高压配电箱分配电能给主驱电机控制器，主驱电机控制器控制主驱电机产生机械能来驱动变速箱，变速箱将机械能通过上下传动箱和传动轴传递至车桥和车轮完成行走功能。

[0044] 在本发明的一个实施例中，高压配电箱分配电能给液压电机控制器，液压电机控制器控制液压电机产生机械能驱动液压泵，液压泵将液压油通过分配阀传递至动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸完成动臂、斗杆和铲斗功能。

[0045] 在本发明的一个实施例中，高压配电箱分配电能给回转电机控制器，回转电机控制器控制回转电机产生机械能驱动减速箱，将机械能通过回转支承完成回转功能。

[0046] 多功能混动轮式挖掘机的动力系统的控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

[0047] 步骤S101，发动机启动带动发电机发电，发电机控制器控制发动机的开机、停机、数据测量、数据显示以及故障保护功能，并提供发电机的电量测量、电量显示以及电量保护功能；

[0048] 步骤S102，动力电池箱吸收并储存发电机发出的多余电能；当发电机的发电量小于等于发电量阈值或者出现故障时，动力电池箱通过高压配电箱提供电能给主驱电机控制器、液压电机控制器和回转电机控制器；其中发电量阈值为自定义参数，优选的，发电量阈值设置为发电机的额定发电量的20％，额定发电量的单位为千瓦时。

[0049] 步骤S103，主驱电机控制器控制主驱电机通过变速箱驱动轮式挖掘机完成行走功能；

[0050] 步骤S104，液压电机控制器控制液压电机完成动臂、斗杆、铲斗功能；

[0051] 步骤S105，回转电机控制器控制回转电机完成回转功能；

[0052] 步骤S106，多功能混动轮式挖掘机动力系统还包括发动机热管理系统，发动机热管理系统的暖机单元结合发动机快速暖机控制策略完成低温发动机快速暖机。

[0053] 在本发明的一个实施例中，暖机单元包括：电子节温器、机油温度传感器、PTC加热管、废气再循环阀、电动水泵和发动机水套；

[0054] 如图3所示，发动机快速暖机控制策略包括以下步骤：

[0055] 步骤S201，电子节温器获取冷却液的温度值，当该温度值小于等于第一温度阈值，电子节温器则发送第一调节指令给动力电池将输出电流调节至第一电流值并将废气再循环阀开度调节至第一开度；当该温度大于第一温度阈值并小于等于第二温度阈值，电子节温器则发送第二调节指令给动力电池将输出电流调节至第二电流值并将废气再循环阀开度调节至第二开度；其中第一温度阈值、第二温度阈值、第一电流值、第二电流值、第一开度和第二开度均为自定义参数；例如第一温度阈值设置为冷却液温度下限的50％、第二温度阈值设置为冷却液温度下限的20％、第一电流值设置为动力电池最大输出电流的80％、第二功率值设置为动力电池最大输出电流的50％、第一开度设置为废气再循环阀最大开度的100％和第二开度设置为废气再循环阀最大开度的50％；

[0056] 步骤S202，动力电池输出电流到PTC加热管，冷却液经过PTC加热管加热后，再由电动水泵泵入到发动机水套内，加热后的冷却液经过发动机通过热交换提升发动机温度；

[0057] 步骤S203，机油温度传感器获取发动机的温度值，当该温度值大于等于第五温度阈值，电子节温器则发送第五调节指令停止动力电池输出电流并关闭废气再循环阀；否则重复步骤S202；其中第五温度阈值为自定义参数，具体的，根据发动机正常的工作温度范围进行设定。

[0058] 需要说明的是，PTC发热管由陶瓷发热元件与铝管组成，当电流通过时，会导致其温度升高并产生大量热量，陶瓷发热元件的电阻随温度升高而迅速增大，因此可以通过控制电流来实现对PTC发热管的温度调节。

[0059] 需要说明的是，所述废气再循环阀用于将发动机排放的废气重新引入发动机中，降低了发动机燃烧的最高温度和氧含量，帮助发动机更快地达到正常的工作温度，并且减少发动机氮氧化物的排放。

[0060] 在本发明的一个实施例中，发动机热管理系统还包括散热单元，并结合发动机快速散热控制策略完成高温发动机快速散热。

[0061] 在本发明的一个实施例中，散热单元包括：电子节温器、电动水泵、散热器和发动机水套。

[0062] 在本发明的一个实施例中，如图4所示，发动机快速散热控制策略包括以下步骤：

[0063] 步骤S301，电子节温器获取冷却液的温度值，当该温度值大于等于第三温度阈值，电子节温器则发送第三调节指令将电动水泵的功率调节至第一功率值并将电动水泵的阀门开度调节至第三开度；当该温度值小于第三温度阈值并大于等于第四温度阈值，电子节温器则发送第四调节指令将电动水泵的功率调节至第二功率值并将电动水泵的阀门开度调节至第四开度；所述第三温度阈值、第四温度阈值、第一功率值、第二功率值、第三开度和第四开度均为自定义参数；例如第三温度阈值设置为冷却液温度上限的80％、第四温度阈值设置为冷却液温度上限的50％、第一功率值设置为电动水泵最大功率的80％、第二功率值设置为电动水泵最大功率的50％、第三开度设置为电动水泵阀门最大开度的100％和第四开度设置为电动水泵阀门最大开度的50％；

[0064] 步骤S302，电动水泵将散热器降温后的冷却液泵入到发动机水套内，冷却液通过热交换吸收发动机热量后回到散热器；

[0065] 步骤S303，否则重复步骤S302直至冷却液的温度值达到第五温度阈值。

[0066] 在本发明的一个实施例中，多功能混动轮式挖掘机动力系统还包括：整车控制器和，整车控制器能够根据驾驶室油门、操作面板的指令请求，判断对应的功率需求，将功率需求发送给发电机控制器和动力电池箱控制器，发电机和动力电池协同工作；当油门行程减小或者触动刹车时，整车控制器将减小功率请求数值发送给发电机控制器，同时发送发电指令给主驱电机控制器和发送充电指令给动力电池箱控制器，将刹车此段距离的能量转化为电能，对动力电池进行充电；在回转减速制动过程中，整车控制器将减小功率请求数值发送给发电机控制器，同时发送发电指令给回转电机控制器和发送充电指令给动力电池箱控制器，将回转减速制动的能量转化为电能，对动力电池进行充电。

[0067] 在本发明的一个实施例中，当车辆驻地作业时，根据动力电池箱的SOC(剩余电量)进行判断，当SOC大于等于SCO上限值时则只发送功率请求给动力电池箱控制器，不启动发电机，以实现更好的能量响应，SCO上限值为自定义参数，优选的，SCO上限值设置为动力电池箱的电量总量的20％。

[0068] 上面对本实施例的实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。