СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ КОММЕРЧЕСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
CONTROL SYSTEM FOR COMMERCIAL ELECTRIC VEHICLES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе управления для коммерческих электрических транспортных средств (ЭТС).
Уровень техники
Коммерческие ЭТС, такие как тяжелые электрические грузовики и фургоны, содержат множество основных и вспомогательных компонентов, включающих в себя электродвигатели, батареи, инверторы, воздушные компрессоры, охлаждающие насосы, насосы рулевого управления с усилителем, вентиляторы радиаторов и т.д. Эффективная и безопасная компоновка этих компонентов в интегрированные блоки электропитания для коммерческих ЭТС описана в австралийской предварительной заявке на патент AU 2016900910 подателем настоящей заявки. Эта заявка включена в данный документ посредством ссылки.
Существует потребность в полностью интегрированных системах для отслеживания и управления всеми аспектами работы и производительности тяжелых коммерческих ЭТС для повышения эффективности парка, сокращения эксплуатационных расходов и повышения безопасности водителей.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предложена система, представляющая собой систему управления для коммерческого электрического транспортного средства (ЭТС), содержащую: сеть контроллеров (CAN), содержащую несколько CAN-шин, подключенных к нескольким компонентам ЭТС; и контроллер транспортного средства, подключенный к CAN и выполненный с возможностью отслеживать и/или управлять указанными несколькими компонентами ЭТС на основе CAN-сигналов; причем указанные несколько CAN-шин и соответствующие им компоненты содержат: приводную CAN-шину, подключенную к системе контроллера двигателя, содержащей контроллер двигателя, подключенный к электродвигателю; батарейную CAN-шину, подключенную к аккумуляторной системе, содержащей высоковольтную аккумуляторную батарею; и телематическую CAN-шину, подключенную к телематической системе, при этом контроллер транспортного средства также выполнен с возможностью измерения рабочей температуры контроллера двигателя и регулирования скорости охлаждающего насоса и вентилятора радиатора, чтобы поддерживать заданную рабочую температуру; и контроля состояния контакторов высоковольтной аккумуляторной батареи и оптимизации количества времени, требуемого для запуска ЭТС.
Система контроллера двигателя может содержать контроллер двигателя, подключенный к электродвигателю, причем контроллер транспортного средства выполнен с возможностью управлять крутящим моментом электродвигателя для предотвращения отката, чтобы, тем самым, сохранять положение ЭТС при движении с включенным тормозом.
Контролер транспортного средства также может быть выполнен с возможностью управлять рекуперативным торможением путем определения, движется ли ЭТС по инерции, и регулировки регенерационного тока, подаваемого от электродвигателя на высоковольтную (ВВ) батарею ЭТС.
Контроллер транспортного средства также может быть выполнен с возможностью определять коэффициент использования педали акселератора ЭТС и контролировать мощность, подаваемую контроллером двигателя, для оптимизации и составления отчета об эффективности вождения ЭТС водителем.
Аккумуляторная система может содержать систему управления аккумулятором (BMS), подключенную к высоковольтной аккумуляторной батарее, причем контроллер транспортного средства выполнен с возможностью контроля температуры аккумулятора и оптимизации тока, подаваемого на высоковольтный аккумулятор, исходя из температуры аккумулятора.
Система BMS может содержать высоковольтную распределительную коробку, выполненную с возможностью выборочно активировать и деактивировать множество вспомогательных компонентов ЭТС для оптимизации эффективности ЭТС.
Множество вспомогательных компонентов может содержать контроллер двигателя, высоковольтный нагреватель в кабине ЭТС, высоковольтный компрессор для кондиционирования воздуха (AC), воздушный компрессор, насос гидроусилителя руля, высоковольтное зарядное устройство и их сочетания.
Телематическая система может быть выполнена с возможностью сбора и анализа множества параметров, касающихся ЭТС, водителя ЭТС или обоих.
Множество параметров может содержать ускорение, торможение, прохождение поворотов, рекуперацию батареи, температуру в кабине, скорость, полезную нагрузку, маршрут доставки, время доставки, диагностику, ремонт, техническое обслуживание и их комбинации.
Телематическая система также может быть выполнена с возможностью передавать множество параметров на вычислительное устройство, содержащее развлекательную систему транспортного средства, настольный компьютер, портативный компьютер, планшетный компьютер, смартфон и их комбинации.
Телематическая система также может быть выполнена с возможностью генерирования приборной панели на вычислительном устройстве, отображающей множество параметров.
Высоковольтный нагреватель может быть выполнен с возможностью:
оптимизировать активацию нагревательных элементов, исходя из условий окружающей среды и пользователя;
изолировать себя от высокого напряжения в случае неисправности; и
регулировать температуру жидкости на входе и выходе в зависимости от условий окружающей среды и пользователя.
Высоковольтный компрессор кондиционера может быть выполнен с возможностью:
оптимизировать активацию нагревательных элементов, исходя из условий окружающей среды и пользователя;
изолировать себя от высокого напряжения в случае неисправности; и
регулировать температуру жидкости на входе и выходе в зависимости от условий окружающей среды и пользователя.
Охлаждающий насос может быть выполнен с возможностью иметь переменную скорость, исходя из входных сигналов от низковольтных (LV) органов управления, чтобы оптимизировать эффективность ЭТС.
Охлаждающий насос также может быть выполнен с возможностью иметь переменную скорость, исходя из входных сигналов от низковольтных органов управления, чтобы оптимизировать эффективность ЭТС.
Аккумуляторная система также может содержать высоковольтное зарядное устройство, причем контроллер транспортного средства выполнен с возможностью оценивать рабочие условия ЭТС через CAN и управлять высоковольтным зарядным устройством для оптимизации мощности, подаваемой постоянным током (DC) высокого напряжения для зарядки высоковольтной батареи.
В настоящем изобретении также предложен способ работы ЭТС с использованием системы, описанной выше.
Настоящее изобретение также относится к ЭТС, содержащему описанную выше систему.
Краткое описание чертежей
Теперь только на примере будут описаны варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показана функциональная блок-схема электрической системы ЭТС в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг.2 приведена функциональная блок-схема архитектуры CAN системы управления ЭТС;
на фиг. 3 приведена функциональная блок-схема системы контроллера привода ЭТС;
на фиг. 4 приведена функциональная блок-схема аккумуляторной системы ЭТС;
на фиг. 5 приведена функциональная блок-схема высоковольтной распределительной коробки ЭТС;
на фиг. 6 приведена функциональная блок-схема аккумуляторной системы ЭТС;
на фиг. 7 приведен снимок экрана приборной панели с рабочими/эксплуатационными параметрами ЭТС, сгенерированного телематической системой системы управления;
на фиг. 8 приведена функциональная блок-схема высоковольтного нагревателя ЭТС;
на фиг. 9 приведена функциональная блок-схема компрессора кондиционера ЭТС;
на фиг. 10 приведена функциональная блок-схема охлаждающего насоса ЭТС;
на фиг. 11 приведена функциональная блок-схема архитектуры охлаждающего контура ЭТС;
на фиг. 12 приведена функциональная блок-схема охлаждающего вентилятора ЭТС;
на фиг. 13 приведена функциональная блок-схема инвертора постоянного тока ЭТС; и
на фиг. 14 и 15 представлены функциональные блок-схемы высоковольтного зарядного устройства ЭТС.
Описание вариантов осуществления изобретения
Со ссылкой на фиг. 1, коммерческое ЭТС 10 обычно содержит блок 12 электропитания, сконфигурированный для плотного прилегания между парой противоположных лонжеронов 14 шасси 16 коммерческого транспортного средства. Коммерческое транспортное средство может представлять собой коммерческое транспортное средство с расположением двигателя в середине или с передним расположением двигателя, представляющее собой, например, фургон, автобус или грузовик. Кроме того, коммерческое транспортное средство может представлять собой планер, который будет преобразован в новое коммерческое электрическое транспортное средство 10, или дизельное или бензиновое коммерческое транспортное средство, которое будет преобразовано или модернизировано до ЭТС. Блок 12 электропитания может быть сконфигурирован в целом, как описано в австралийской предварительной заявке на патент AU 2016900910.
Более конкретно, блок 12 электропитания может содержать основные и вспомогательные компоненты ЭТС 10, включающие в себя вентилятор 18 радиатора, высоковольтную батарею 20, BMS 22, контроллер 24 двигателя (или микроконтроллер (MCU)), электродвигатель 26, высоковольтный нагреватель 28, высоковольтный компрессор 30 кондиционера, охлаждающий насос 32, преобразователь 34 постоянного тока, воздушный компрессор 36, компрессор 38 рулевого управления, 24 В предохранители 40, контроллер транспортного средства (или блок управления транспортным средством (VMU)) 42, интерфейсы 44 транспортного средства (напр., педаль акселератора, педаль тормоза, селектор привода, органы управления отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха (HVAC) и т.д.), высоковольтную распределительную коробку 46, телематическую систему 48 и высоковольтное зарядное устройство 50, подключаемое к зарядной инфраструктуре 52.
На фиг. 2 показана архитектура CAN системы 54 управления для ЭТС 10. CAN 56 может содержать множество CAN-шин, соединенных с основными и вспомогательными компонентами блока 12 электропитания ЭТС 10, описанного выше. CAN-шины могут содержать CAN-шину 58 привода, CAN-шину 60 батареи и CAN-шину 62 телематики. Высоковольтный компрессор 30 кондиционера также может быть подключен к CAN 56 с помощью дополнительной CAN-шины 64. Контроллер 42 транспортного средства может быть подключен к CAN 56 и выполнен с возможностью отслеживать и/или управлять несколькими компонентами ЭТС 10 на основе CAN-сигналов; Каждый из компонентов может быть подключен к своей соответствующей CAN-шине на узлах CAN. Каждый узел CAN может быть выполнен в виде устройства ввода/вывода или в виде встроенного компьютера или контроллера с интерфейсом CAN и программным обеспечением. Датчики (не показаны) могут быть связаны с компонентами или встроены в них, также могут быть подключены к CAN-шинам в узлах CAN.
CAN-шина 58 привода может быть подключена к системе контроллера двигателя, которая содержит контроллер 24 двигателя и электродвигатель 26. Контроллер 42 транспортного средства может быть выполнен с возможностью управлять крутящим моментом электродвигателя 26 для предотвращения отката, чтобы, тем самым, поддерживать положение ЭТС 10, когда оно находится в движении с включенным тормозом. Контролер 42 транспортного средства также может быть выполнен с возможностью управлять рекуперативным торможением путем определения, движется ли ЭТС 10 по инерции, и регулировки регенерационного тока, подаваемого от электродвигателя 26 на высоковольтную батарею 20 ЭТС 10. Контроллер 42 транспортного средства также может быть выполнен с возможностью измерять рабочую температуру контроллера 24 двигателя и регулировать скорость охлаждающего насоса 32 и вентилятора 18 радиатора, чтобы поддерживать заданную рабочую температуру. Контроллер 42 транспортного средства также может быть выполнен с возможностью определять коэффициент использования педали 44 акселератора ЭТС 10 и контролировать мощность, подаваемую контроллером 24 двигателя, для оптимизации и составления отчета об эффективности вождения ЭТС 10 водителем.
CAN-шина 60 аккумулятора может быть подключена к аккумуляторной системе, которая содержит BMS 22 и высоковольтную батарею 20. Контроллер 42 транспортного средства может быть выполнен с возможностью контролировать температуру батареи и оптимизировать ток, подаваемый на высоковольтную аккумуляторную батарею 20, исходя из температуры батареи. Контроллер 42 транспортного средства также может быть выполнен с возможностью контроля состояния контакторов высоковольтной батареи 20 и оптимизации количества времени, требуемого для запуска ЭТС 10. Система 22 BMS может содержать высоковольтную распределительную коробку 46, выполненную с возможностью выборочно активировать и деактивировать множество вспомогательных компонентов ЭТС 10 для оптимизации эффективности работы ЭТС 10. Множество вспомогательных компонентов может содержать контроллер 24 двигателя, высоковольтный нагреватель 28, высоковольтный компрессор 30 кондиционера, воздушный компрессор 36, насос 38 гидроусилителя руля, высоковольтное зарядное устройство 50 и их комбинации.
Телематическая CAN-шина 62 может быть подключена к телематической системе 48, которая выполнена с возможностью сбора и анализа множества параметров, касающихся ЭТС 10, водителя ЭТС 10 или обоих. Множество параметров может содержать ускорение, торможение, прохождение поворотов, рекуперацию батареи, температуру в кабине, скорость, полезную нагрузку, маршрут доставки, время доставки, диагностику, ремонт, техническое обслуживание и их комбинации. Телематическая система также может быть выполнена с возможностью передавать множество параметров на вычислительное устройство, содержащее развлекательную систему транспортного средства, настольный компьютер, портативный компьютер, планшетный компьютер, смартфон и их комбинации. Как показано на фиг. 7, телематическая система 48 также может быть выполнена с возможностью генерировать приборную панель (или графический пользовательский интерфейс) 66 на вычислительном устройстве, отображающей один или несколько из множества параметров рабочих и/или эксплуатационных характеристик.
Телематическая система может реализовывать и воплощать принцип "TDDR" следующим образом:
• (T) Грузовик (Truck) = диагностика коммерческого ЭТС 10 и оптимизация работы, отображаемые на онлайн-панели. Этот инструмент диагностики транспортного средства позволит проводить как профилактический, так и ответный мониторинг, диагностику и ремонт транспортного средства. Примером является упреждающее сообщение о неисправности светодиодного освещения транспортного средства до возвращения ЭТС 10 в депо, поэтому ремонтные бригады готовы отремонтировать транспортное средство после его возвращения.
• (D) Водитель (Driver) = телеметрия для оптимизации взаимодействия водителя с коммерческим ЭТС 10 и последующей оптимизации характеристик автомобиля. В глобальных исследованиях было доказано, что водитель может оказывать до 15% влияния на общую производительность ЭТС, поэтому контроль взаимодействия водителя с коммерческим ЭТС 10 (и, следовательно, возможность вознаграждения за хорошие характеристики, показываемые водителем) является ключевым преимуществом телематической системы. Рабочие/эксплуатационные параметры, которые можно отслеживать, включают в себя ускорение, торможение, прохождение поворотов, регенерацию батареи, температуру в кабине и скорость.
• (D) Доставка (Delivery) = способность сопрягать "умный грузовик" ("Smart Truck") с доставкой полезной нагрузки и связью с получателем. Огромная возможность уменьшить существенные затраты, связанные с пропущенными доставками по широкому кругу причин. Разработка предназначена для того, чтобы позволить транспортному средству заблаговременно сообщать предполагаемое время доставки для доставок на дом и позволить получателю (с помощью смартфона) подтвердить это время, предложить новое время или разрешить водителю оставить груз в определенном месте. Гарантия доставки, обеспечивающая существенное снижение цены за партию для оператора для задачи, которая является проверенной, растущей (из-за возросшей активности онлайн-покупок) и дорогой задачей в Австралии и на других широко географически рассредоточенных рынках.
• (R) Маршрут (Route) = относится к важности сбора данных о маршруте для планирования маршрута и оптимизации в реальном времени. При ежедневном изменении профилей маршрутов доставки планирование маршрута является важной функцией оптимизированной доставки услуг. Сбор данных является ключевым для этой функции, поэтому критически важно обеспечить, чтобы телематическая система системы 54 управления могла непрерывно собирать данные о маршруте, чтобы можно было и периодически, и в реальном времени выполнять оптимизацию маршрута. Примером может служить получатель доставки на дом, заранее запрашивающий изменить время доставки, требующий, чтобы транспортное средство изменило свой текущий запланированный маршрут на более эффективный маршрут, все еще позволяющий, чтобы все требуемые доставки и сборы были произведены в этот конкретный день.
В настоящее время не существует глобального поставщика интегрированной телеметрии, который предлагал бы этот полный набор сбора и анализа данных для коммерческих ЭТС. Оптимизировав все четыре аспекта анализа TDDR, можно обеспечить эталонный уровень эксплуатационных и сервисных показателей. Обновления программного обеспечения в реальном времени (в транспортном средстве) гарантируют, что каждое транспортное средство, использующее телематические функции системы 54 управления, имеет самое последнее программное обеспечение и непрерывно диагностирует улучшения.
На фиг. 8-15 показаны компоненты электрической системы ЭТС 10 и их интеграцию в систему 54 управления. Со ссылкой на фиг. 8, высоковольтный нагреватель 28 может быть выполнен с возможностью: оптимизировать активацию нагревательных элементов, исходя из условий окружающей среды и условий пользователя; изолировать себя от высокого напряжения в случае неисправности; регулировать температуру жидкости на входе и выходе в зависимости от условий окружающей среды и условий пользователя.
Аналогично, как показано на фиг. 9, высоковольтный компрессор 36 кондиционера может быть выполнен с возможностью: оптимизировать активацию нагревательных элементов, исходя из условий окружающей среды и условий пользователя; изолировать себя от высокого напряжения в случае неисправности; регулировать температуру жидкости на входе и выходе в зависимости от условий окружающей среды и условий пользователя.
Со ссылкой на фиг. 10, охлаждающий насос 32 может быть выполнен с возможностью иметь переменную скорость, исходя из входных сигналов от низковольтных органов управления, чтобы оптимизировать эффективность ЭТС 10. Охлаждающий насос 32 также может быть выполнен с возможностью иметь переменную скорость, исходя из входных сигналов от низковольтных органов управления, чтобы оптимизировать эффективность ЭТС 10.
На фиг. 11 показана архитектура контура охлаждения ЭТС 10. Конфигурация охлаждения, обеспечиваемая контуром охлаждения, обеспечивает оптимизированную последовательную/параллельную систему охлаждения для электрических компонентов уровня транспортного средства, включая контроллер 24 двигателя, электродвигатель 26 и высоковольтное зарядное устройство 50.
На фиг. 12 и 13 соответственно показаны примеры функциональной реализации охлаждающего вентилятора 18 и преобразователя 34 постоянного тока в ЭТС 10.
Со ссылкой на фиг. 14 и 15, контроллер 42 транспортного средства может быть выполнен с возможностью оценки условий работы ЭТС 10 через CAN 56 и управления высоковольтным зарядным устройством 50 для оптимизации мощности, подаваемой посредством постоянного тока высокого напряжения (DC) для зарядки высоковольтной батареи 20.
Варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют полностью интегрированные системы мониторинга, управления и телематики для коммерческих ЭТС, которые пригодны для повышения эффективности автопарка, снижения эксплуатационных расходов и повышения безопасности водителя.
Для целей данного описания слово "содержащий" означает "включающий в себя, но не ограничиваясь этим", и слово "содержит" имеет соответствующее значение.
Вышеуказанные варианты осуществления были описаны только в качестве примера, и возможны модификации в пределах объема нижеприведенной формулы изобретения.