重卡节油机器人装置和控制方法制造方法及图纸

本公开提供了一种主要针对公路干线物流的混联重卡节油机器人系统。该系统根据车载三维电子地图，卫星导航仪实测的车辆动态三维定位数据，车辆各个子系统的参数及动力电池包荷电状态，和前视毫米波雷达实测的本车辆与同车道前方车辆之间的相对速度和绝对距离等数据，通过节油机器人云端AI大脑与车载AI大脑之间动态协同，由车辆控制器指挥车载电功率分流器，以十毫秒级响应时间，在内燃机、发电机、电池包和驱动电机四者之间精准动态地调配百千瓦级电功率的流动方向和幅度，实时地满足车辆动力学方程瞬态功率平衡，通过预测性自适应巡航节油控制算法，达到车辆油耗和排放最小化、降低司机长途驾驶劳动强度、改善车辆行驶主动安全性等有益效果。

【技术实现步骤摘要】
重卡节油机器人装置和控制方法
本专利技术涉及一种重卡节油机器人装置和控制方法。尤其涉及一种在干线物流应用场景下，基于双电机单离合器时分串联-并联混合动力总成的智能网联电动(ACE)重卡，通过车联网、卫星导航、3D电子导航地图、车辆运行结构化大数据、云计算、人工智能，实现内燃机高效点工况稳定运行、预测性自适应巡航控制、前方碰撞预警、车道偏离预警、紧急制动辅助、长下坡缓速等功能，达到车辆节能减排、提升车辆主动安全性、驾驶便捷性、和真实驾驶环境(RDE)排放系统70万公里耐久性达标等有益效果。
技术介绍
公路物流对世界各个主要经济体都至关重要。干线物流(平均日行驶500公里以上；90％以上行驶里程为高速公路)重卡即是公路物流行业的中坚力量，也是交通领域的油耗和污染大户，是各国常年节能减排监管整治的重点之一。当今欧美针对包括公路重型卡车(简称“重卡”)在内的大型商用车辆(车辆总重量大于15吨)的强制性排放法规已从聚焦减少尾气污染物排放的欧-6标准(2014年在欧洲全面实施)和美国EPA-2010(2010年在美国全面实施)转变为聚焦降低尾气中以二氧化碳(CO2)为主的温室气体(GHG)碳排放的一系列新排放法规。车辆的碳排放(CO2克/公里)和其油耗(升/百公里)成正比，降低油耗(或提高燃油经济性MPG；英里/加仑)等同于减少碳排放。美国2016年颁布的针对中/重型内燃机和商用车的温室气体第二阶段法规(GHGPhaseII)，明确规定了2021年到2027年期间，所有在美国销售的新中/重型内燃机和商用车在维持EPA-2010尾气污染物排放限值不变的前提下，逐年提高车辆燃油经济性(FE，英里/加仑)，降低油耗(FC，升/百公里)及碳排放(克/公里)的详尽强制性标准。2018年11月，欧洲议会投票通过欧洲历史上首个重卡碳排放强制性法规(即欧-7标准)。该法规以2019年柴油重卡为基准，要求到2025年，欧洲新重卡碳排放(二氧化碳克/公里)下降20％，到2030年，新重卡碳排放下降35％。中国2017年开始全国实施大型商用车辆国-5强制性排放法规，从2021年7月全国开始实施国-6强制性排放法规。国-6标准在尾气污染物排放限值方面与欧-6标准和美国EPA-2010标准基本相同，个别限值甚至更严格。排放法规是世界各国车辆动力总成技术发展的主要推动力。中国国-6重卡的动力总成将和目前北美和欧洲重卡的动力总成在历史上首次处于同一技术平台水平。根据近二十年以来中国国-1到国-6法规制定颁布都参照欧盟欧-1到欧-6法规的历史经验，预计中国将会追随欧盟，很快推出聚焦重卡碳排放强度和油耗的国-7法规。2020年以后，全球三大重卡市场(中国、美国、欧盟)的排放法规和行业聚焦都将从降低尾气污染物排放转向减少油耗和碳排放。重卡在世界各地都是污染和油耗的大户，是各国常年节能减排治理的重点。干线物流重卡的燃油是高频海量的刚需。一辆干线物流重卡在美国平均燃油费近六万美元/年，在中国和欧洲平均燃油费近四十万元人民币/年。美国二百多万辆重卡每年总油费超过千亿美元，中国四百多万辆重卡每年总油费超过一万亿人民币。通过技术创新，降低重卡油耗和排放，对主机厂、司机、车队、运货人、社会等各利益攸关方都意义非凡。美国在重卡排放和油耗法规和技术开发方面一直走在世界前列。由美国能源部牵头并资助的“超级卡车“项目(SuperTruck)，四支由美国前四大重卡主机厂领衔的技术团队，通过五年研发，所打造的四辆超级重卡样车，2016年底都超额完成对标2009年重卡货运燃油经济性(加仑/吨英里)改善50％的目标。美国的超级卡车项目，集成了全部2025年前可能商用量产的各种重卡节能减排技术。今后主要挑战是提高各项节能技术实施的综合性价比。目前美国重卡行业中长期挑战是如何在有效地控制新重卡售价涨幅的前提下，达到GHGPhaseII重卡油耗2027年的强制性要求。而中国重卡行业各利益攸关方，都要对应从2019年开始销售的新国六重卡的零售价预计比当今国五重卡售价大幅上涨的严峻考验。近十年来，在世界主要汽车市场，特别是世界最大的中国汽车市场，纯电或油电混合动力的乘用车和大型客车，在大力补贴之下，都有大规模商用的成功先例。但在中国/美国/欧盟这三个全球范围体量最大、技术最先进的干线物流重卡市场，国内外行业专家一致认为2030年以前，受限于当今可产业化的动力电池技术和性能极限，纯电重卡或深混重卡在无补贴的情况下，无法实现大规模干线物流商用。细节参见下列公开行业研究报告:1)里卡多(Ricardo)公司2017年题为“重型车辆技术潜力和成本分析”的研究报告。Ricardo(2017),“HeavyDutyVehicleTechnologyPotentialandCostStudy”,FinalReportforICCT；2)国际清洁交通协会(ICCT)OscarDelgado等专家2018年1月发表的白皮书”EuropeanHeavy-DutyVehicles:CostEffectivenessofFuel-EfficiencyTechnologiesforLong-HaulTractor-Trailersinthe2025-2030Timeframe”；3)国际清洁交通协会(ICCT)FelipeRrodriguez博士2018年6月28日学术报告”HDVFuelEfficiencyTechnologies”；4)美国能源部2016年6月提交国会的报告”AdoptionofNewFuelEfficientTechnologiesfromSuperTruck”。油电混动车辆的实际油耗(升/百公里)与其车辆行驶工况密切相关。城市工况下车辆平均车速低，主动加速、减速或制动频繁；高速工况下车辆平均车速高，主动加速、减速或制动不频繁。混动车主要通过驱动电机的再生制动来回收能量，达到节能减排的有益效果。长期以来，全球汽车产业界和学术界对混动车辆的节油潜力有如下“共识”：城市工况下，混动车辆比传统燃油车节油明显，综合油耗可降低30％以上；但在高速工况下，混动车辆比传统燃油车节油不明显，综合油耗降幅不可能达到10％以上，特别是串联混动车辆，在高速工况下甚至可能比传统燃油车更费油。全世界在用重卡内燃机中柴油机占比超过95％。重卡柴油机在高速工况下可稳定地工作在其燃烧高效区，经过几十年不断改进后，节油效益递减，进一步减低传统柴油机油耗的技术挑战越来越大，成本增加也越来越高。在过去二十年间，美国、欧洲、和中国干线物流重卡行业平均油耗改善降幅每年不足1.5％。对欧美和中国的重卡制造商而言，年年以市场认可的性价比持续降低干线物流重卡油耗(升/百公里)在技术上和商务上挑战非常大。参见欧洲汽车制造商协会(ACEA)2018年8月针对欧盟重卡欧-7排放标准立法的立场文件“TheEuropeanComissionProposalonCO2StandardsforNewHeavy-DutyVehicles”。ACEA认为欧盟即将批准的欧-7碳排放标准2025年油耗降20％，2030年油耗降35％的目标过于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合动力车辆，包括：/n发电机组，用于将车载燃料的化学能转化为电能；/n电功率分流器(ePSD)，其被配置为具有三个端口的电力电子网络，每个端口对外至少有一路单向或双向电联接，其中所述ePSD的第一端口与所述发电机组的输出端双向电联接；/n至少一个动力电池包，与所述ePSD的第三端口双向电联接；/n变速箱，其输出轴与所述车辆的驱动桥双向机械联接；/n至少一个驱动电机，与所述ePSD的第二端口双向电联接，并且所述至少一个驱动电机中的主驱动电机的输出轴与所述自动变速箱的输入轴双向机械联接，其中所述驱动电机可被操作为：/n将电能转化为机械能，以通过所述自动变速箱来驱动所述车辆，或/n将所述车辆的机械能转化为电能，以再生制动回收能量，并且通过所述ePSD来对所述动力电池包进行充电，/n第一可控离合器，设置在所述发电机组与所述驱动电机之间，所述第一可控离合器能够被操作为耦合或断开至所述驱动电机的机械联接。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合动力车辆，包括：
发电机组，用于将车载燃料的化学能转化为电能；
电功率分流器(ePSD)，其被配置为具有三个端口的电力电子网络，每个端口对外至少有一路单向或双向电联接，其中所述ePSD的第一端口与所述发电机组的输出端双向电联接；
至少一个动力电池包，与所述ePSD的第三端口双向电联接；
变速箱，其输出轴与所述车辆的驱动桥双向机械联接；
至少一个驱动电机，与所述ePSD的第二端口双向电联接，并且所述至少一个驱动电机中的主驱动电机的输出轴与所述自动变速箱的输入轴双向机械联接，其中所述驱动电机可被操作为：
将电能转化为机械能，以通过所述自动变速箱来驱动所述车辆，或
将所述车辆的机械能转化为电能，以再生制动回收能量，并且通过所述ePSD来对所述动力电池包进行充电，
第一可控离合器，设置在所述发电机组与所述驱动电机之间，所述第一可控离合器能够被操作为耦合或断开至所述驱动电机的机械联接。


2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中所述驱动电机被设置在所述第一可控离合器与所述变速箱之间。


3.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中所述变速箱被设置在所述第一可控离合器与所述驱动电机之间。


4.根据权利要求3所述的混合动力车辆，其中所述发电机组由内燃机和电机构成，并且
所述混合动力车辆还包括第二可控离合器，设置在所述内燃机和所述电机之间，并被配置为可控地耦合或解耦所述内燃机的飞轮端与所述发电机的机械轴之间的机械联接。


5.根据权利要求4所述的混合动力车辆，其中：
当所述第一可控离合器和所述第二可控离合器同时闭合时，所述内燃机、所述电机、和所述变速箱机械上并联连接，以使得所述电机既能够操作为发电机，也能够操作为驱动电机；
当所述第二可控离合器断开而所述第二可控离合器闭合时，所述电机被操作为驱动电机；以及
当所述第二可控离合器闭合而所述第二可控离合器断开时，所述电机被操作为发电机，而不直接参与至所述驱动电机的所述机械驱动。


6.根据权利要求1所述的混合动力车辆，还包括：
地图仪，其预先存储有三维电子导航地图，所述三维电子导航地图包含有所述车辆行驶路径公路的经度、纬度和道路纵坡三维信息；和/或
卫星导航仪，能实时地测算所述车辆行驶过程中所处位置处的经度、纬度、和道路...

【专利技术属性】
技术研发人员：格桑旺杰，查为，
申请(专利权)人：乾碳国际公司，格桑旺杰，查为，
类型：发明
国别省市：上海;31