能量控制系统、方法及高空作业设备与流程

1.本发明涉及工程机械技术领域，具体地，涉及一种能量控制系统、能量控制方法及高空作业设备。


背景技术：

2.混合动力高空作业平台兼具柴油动力和纯电动高空作业平台的优点：在崎岖地形上性能可等同于柴油动力，又能适应室内环境要求安静与低排放的要求。由于混合动机高空作业平台的工况适应性更好，用途更广，故对于租赁商而言，这意味着高空作业车可能会具有更高的利用率。因此，研究混合动力高空作业车有重要的意义。
3.能量管理技术是混合动力的关键技术，在汽车领域发展相对成熟。但由于高空作业平台的结构和作业工况与汽车有较大的差异，使得汽车领域的能量管理技术很难应用于高空作业平台。例如，在汽车领域中，通常需要对需求功率(即功率指令)和各动力源能提供的功率(如电池在不同荷电状态下能提供的功率)进行准确估算，来实现能量控制。然而，高空作业平台因主要存在以下三个方面的情况使得无法准确估算其所需功率：第一方面，其采用液压驱动，所述液压驱动包括行走系统和上车系统，其中上车系统的臂架结构复杂、作业姿态较多且动作组合较多；第二方面，采用间歇工作制和短时工作制，其需求功率波动范围较大；第三方面，目前仍以铅酸电池为主，铅酸电池的soc估算很不准确，且很难评估当前电池的可放电功率。因此，上述汽车领域的能量控制技术无法适应于高空作业平台。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种能量控制系统、能量控制方法及高空作业设备，其采用协同控制策略来实现动力系统扭矩的自动分配，而不需要对需求功率和电源放电功率进行估算。
5.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种能量控制系统，所述能量控制系统包括：目标转速获取装置，用于获取电动机的目标转速；实际转速获取装置，用于获取所述电动机的实际转速；以及控制装置，用于根据所述电动机的目标转速与实际转速，采用协同控制策略控制发动机的喷油量和所述电动机的输出扭矩，以维持所述电动机的实际转速维持在预设范围内，其中，所述发动机与所述电动机同轴联接。
6.优选地，所述目标转速获取装置包括：第一目标转速获取模块，用于获取所述发动机的目标转速；以及第二目标转速获取模块，用于将所述发动机的目标转速确定为所述电动机的目标转速。
7.优选地，所述控制装置包括：第一控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述发动机的喷油量发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述发动机的喷油量减小；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述发动机的喷油量增大，以及第二控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述电动机的输出扭矩发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述电动机的
目标转速的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且减小；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且增大。
8.优选地，所述控制装置包括：第一控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述发动机的喷油量发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速所述电动机的实际转速与目标转速的差值增大的情况下，控制所述发动机的喷油量以第一加速度减小；或者在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值减小的情况下，控制所述发动机的喷油量以第二加速度减小，以及第二控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述电动机的输出扭矩发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值增大的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第五加速度减小，其中，所述第第一加速度与所述第五加速度的比值小于预设比值；或者在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值减小的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第六加速度减小，其中，第二加速度与所述第六加速度的比值大于所述第一加速度与所述第五加速度的比值且小于所述预设比值。
9.优选地，所述控制装置包括：第一控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述发动机的喷油量发生以下变化：在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值增大的情况下，控制所述发动机的喷油量以第三加速度增大；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值减小的情况下，控制所述发动机的喷油量以第四加速度增大，以及第二控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述电动机的输出扭矩发生以下变化：在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值增大的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第七加速度增大，其中，所述第三加速度与所述第七加速度的比值大于预设比值；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值减小的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第八加速度增大，其中，所述第八加速度与所述第四加速度的比值大于所述预设比值且小于所述第三加速度与所述第七加速度的比值。
10.优选地，所述第二控制器用于控制所述电动机的输出扭矩为负值且减小包括：采用充电功率控制策略控制所述电动机的输出扭矩减小。
11.优选地，所述第二控制器用于采用充电功率控制策略控制所述电动机的输出扭矩减小包括：在所述电源的电压大于第一电压且小于第二电压的情况下，控制所述电动机的输出扭矩减小，以采用第一充电电流对所述电源进行预充电，其中，所述第二电压小于所述电源的充电截止电压；在所述电源的电压大于所述第二电压且小于第三电压的情况下，控制所述电动机的输出扭矩减小，以采用第二充电电流对所述电源进行恒流充电，其中，所述第二充电电流大于所述第一充电电流；或者在所述电源的电压大于或等于所述第三电压的情况下，根据所述电源的电流控制所述电动机的输出扭矩减小。
12.优选地，所述第二控制器用于根据所述电源的电流控制所述电动机的输出扭矩减小包括：在所述电源的电压大于或等于所述第三电压且所述电源的充电电流大于第三充电电流的情况下，控制所述电动机的输出扭矩减小，以采用所述第三电压对所述电源进行恒压充电，其中，所述第三充电电流小于所述第一充电电流；或者在所述电源的电压大于或等
于所述第三电压且所述电源的充电电流小于或等于所述第三充电电流的情况下，控制所述电动机的输出扭矩减小，以停止对所述电源进行充电。
13.通过上述技术方案，本发明创造性地根据所述电动机的目标转速与实际转速，采用协同控制策略控制发动机的喷油量和所述电动机的输出扭矩，以维持所述电动机的实际转速维持在预设范围内。由此，本发明采用协同控制策略来实现动力系统扭矩的自动分配，而不需要对需求功率和电源放电功率进行估算。
14.本发明第二方面提供一种能量控制方法，所述能量控制方法包括：获取电动机的目标转速；获取所述电动机的实际转速；以及根据所述电动机的目标转速与实际转速，采用协同控制策略控制发动机的喷油量和所述电动机的输出扭矩，以维持所述电动机的实际转速维持在预设范围内，其中，所述发动机与所述电动机同轴联接。
15.有关本发明实施例提供的能量控制方法的具体细节及益处可参阅上述针对能量控制系统的描述，于此不再赘述。
16.本发明第三方面提供一种高空作业设备，所述高空作业设备包括：所述的能量控制系统。
17.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
19.图1是本发明一实施例提供的能量控制系统的结构图；
20.图2是本发明一实施例提供的能量控制系统的结构图；
21.图3是本发明一实施例提供的基于目标转速差的控制流程图；
22.图4是本发明一实施例提供的协同控制策略的示意图；以及
23.图5是本发明一实施例提供的控制电动机的输出扭矩减小的流程图。
具体实施方式
24.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
25.在具体描述本发明各个实施例之前，先对电动机的输出扭矩进行简要介绍。
26.电动机的输出扭矩为矢量，当其为正值时，可表明所述电动机处于放电状态或电动机状态；当其为负值时，可表明所述电动机处于发电状态，此时所述电动机的输出扭矩也可称为发电扭矩(所述电动机的发电扭矩为标量，其大小等于所述电动机的输出扭矩的大小)。
27.图1是本发明一实施例提供的能量控制系统。如图1所示，所述能量控制系统可包括：目标转速获取装置10，用于获取电动机的目标转速；实际转速获取装置20，用于获取所述电动机的实际转速；以及控制装置30，用于根据所述电动机的目标转速与实际转速，采用协同控制策略控制发动机的喷油量和所述电动机的输出扭矩，以维持所述电动机的实际转速维持在预设范围内。
28.其中，所述发动机与所述电动机同轴联接。由此，所述发动机的实际转速与所述电
动机的实际转速保持一致。
29.下面将介绍根据所述发动机的目标转速获取所述电动机的目标转速。
30.如图2所示的整车控制器1采集高空作业设备的操作信号，并根据操作信号的内容控制发动机的目标转速。具体地，所述发动机的目标转速与操作信号的内容有关(例如，其与操作信号的动作类型有关，但其与操作信号的动作速度无关)。
31.在第一类实施例中，所述电动机的目标转速可与所述发动机的目标转速相同。具体地，所述目标转速获取装置20可包括：第一目标转速获取模块，用于获取所述发动机的目标转速；以及第二目标转速获取模块，用于将所述发动机的目标转速确定为所述电动机的目标转速。
32.例如，若根据上文内容确定所述发动机的目标转速为2000rpm，则所述电动机的目标转速也可为2000rpm。
33.其中，所述预设范围可为[-n
m-sv-n1，n
m-sv
n2]，其中，n
m-sv
为电动机的目标转速；n1、n2分别为两个预设正值，其可根据实际情况进行合理设置。
[0034]
下面对所述控制装置30采用协同控制策略控制发动机与电动机的过程进行介绍。其中，第一控制器可通过控制发动机的喷油量来控制发动机的转速；第二控制器可通过扭矩环来控制电动机的转速。
[0035]
在一实施例中，所述控制装置30包括：第一控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述发动机的喷油量发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述发动机的喷油量减小；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述发动机的喷油量增大，以及第二控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述电动机的输出扭矩发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且减小；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且增大。
[0036]
关于第一控制器与第二控制器的具体控制过程可详见下述另一类实施例中的发动机的目标转速与电动机的目标转速相同的情形，于此不再对其进行赘述。
[0037]
更为具体地，在一实施例中，所述控制装置30可包括：第一控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述发动机的喷油量发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值增大的情况下，控制所述发动机的喷油量以第一加速度减小；或者在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值减小的情况下，控制所述发动机的喷油量以第二加速度减小，以及第二控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述电动机的输出扭矩发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值增大的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第五加速度减小，其中，所述第一加速度与所述第五加速度的比值小于预设比值；或者在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值减小的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第六加速度减小，其中，所述第二加速度与所述第六加速度的比值大于所述第一加速度与所述第五加速度的比值且小于所述预设比值。
[0038]
在另一实施例中，所述控制装置30可包括：第一控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述发动机的喷油量发生以下变化：在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值增大的情况下，控制所述发动机的喷油量以第三加速度增大；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值减小的情况下，控制所述发动机的喷油量以第四加速度增大，以及第二控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述电动机的输出扭矩发生以下变化：在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值增大的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第七加速度增大，其中，所述第三加速度与所述第七加速度的比值大于预设比值；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值减小的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第八加速度增大，其中，所述第八加速度与所述第四加速度的比值大于所述预设比值且小于所述第三加速度与所述第七加速度的比值。
[0039]
关于第一控制器与第二控制器的更为具体控制过程可详见下述另一类实施例中的发动机的目标转速与电动机的目标转速相同的情形，于此不再对其进行赘述。
[0040]
然而，若电动机的目标转速与发动机的目标转速相等，在所述电源的电压小于所述电源的充电截止电压的情况下，对于某些充电工况，会存在充电功率不足的情况，因此，在上一类实施例中，需要设置相应的充电装置以补充不足的充电功率。为了进一步地控制发动机作为主要动力源，并更好地适用各种充电工况，在第二类实施例中，可基于目标转速差的控制策略来确定所述电动机的目标转速。在第二类实施例中，所述目标转速获取装置10可包括：电压获取模块，用于获取电源的电压；第一目标转速获取模块，用于获取所述发动机的目标转速；第二目标转速获取模块，用于根据所述电源的电压、所述电源的充电截止电压、所述发动机的目标转速与预设转速差值，确定所述电动机的目标转速。
[0041]
其中，所述第二目标转速获取模块用于确定所述电动机的目标转速可包括：在所述电源的电压小于所述电源的充电截止电压的情况下，将所述发动机的目标转速与所述预设转速差值的差值确定为所述电动机的目标转速；或者在所述电源的电压大于或者等于所述电源的充电截止电压的情况下，将所述发动机的目标转速确定为所述电动机的目标转速。
[0042]
具体地，如图3所示，所述确定电动机的目标转速的过程可包括步骤s301-s303。其中，发动机的目标转速n
e-sv
可根据高空作业设备的操作信号来确定。
[0043]
步骤s301，判断u《u
co
是否成立，若是，执行步骤s302；否则，执行步骤s303。
[0044]
其中，u为电源的电压，u
co
为电源的充电截止电压。
[0045]
步骤s302，确定电动机的目标转速n
m-sv
＝n
e-sv-n
diff
。
[0046]
若成立(即是)，表明可对电源进行充电以维持电源的高荷电状态，则按照n
m-sv
＝n
e-sv-n
diff
(n
diff
为预设转速差值，例如50rpm，其可根据实际需要合理设置为一固定值)确定电动机的目标转速n
m-sv
。在此情况下，当发动机的实际转速大于其目标转速(即负载减小)时，由于电动机与发动机的实际转速相同，所以电动机的实际转速大于其目标转速n
m-sv
，电动机工作在发电状态，此时发动机为唯一动力源，既为整车动作提供能量，又通过电动机将多余的机械能转化成电能储存在动力电池中。当发动机的实际转速波动在n
e-sv
与n
m-sv
之间(即负载增加，发动机提供的能量足够)时，由于电动机的实际转速大于其目标转速，电动机
将无需对系统提供动力(根据电源是否满电，输出扭矩可为负值或0)，仅由发动机提供动力；当发动机的实际转速小于n
m-sv
之间(即负载增加，发动机提供的能量不足)时，以发动机提供主要动力，电动机提供不足的能量，以辅助发动机为整车提供能量，由此，进一步强化了发动机作为主要动力源的特征。
[0047]
这种情形对应的(所述电动机的实际转速维持在的)预设范围可为[-n
m-sv-n1，n
e-sv
n2]，其中，n
m-sv
为电动机的目标转速；n
e-sv
为发电机的目标转速；n1、n2分别为两个预设正值，其可根据实际情况进行合理设置。
[0048]
步骤s303，确定电动机的目标转速n
m-sv
＝n
e-sv
。
[0049]
若不成立(即否)，表明无需对电源进行充电，电源此时处于高荷电状态，则按照n
m-sv
＝n
e-sv
确定电动机的目标转速n
m-sv
。
[0050]
这种情形对应的(所述电动机的实际转速维持在的)预设范围可为[-n
m-sv-n1，n
m-sv
n2]，其中，n
m-sv
为电动机的目标转速；n1、n2分别为两个预设正值，其可根据实际情况进行合理设置。
[0051]
本实施例通过给发动机和电动机设置不同的目标转速，并采用协同控制策略来实现动力系统扭矩的自动分配，而不需要进行需求功率和电源放电功率的估算。本实施例采用目标转速差的控制策略，充分利用发动机输出扭矩，电动机及时吸收发动机多余的能量，在发动机扭矩不够时，电动机作为辅助动力提供能量。
[0052]
下面对所述控制装置30采用协同控制策略控制发动机与电动机的过程进行介绍。其中，第一控制器可通过控制发动机的喷油量来控制发动机的转速；第二控制器可通过扭矩环来控制电动机的转速。
[0053]
首先，对发动机的目标转速与电动机的目标转速相同的情形进行分析。
[0054]
在一实施例中，在将所述发动机的目标转速确定为所述电动机的目标转速的情况下，所述控制装置30可包括：第一控制器，用于在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述发动机的喷油量减小；以及第二控制器，用于在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且减小。
[0055]
也就是说，当负载变小时，电动机/发动机的实际转速大于其目标转速，通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制减少喷油量以防止发动机的实际转速上升；同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制降低电动机的输出扭矩(该输出扭矩为负值，即提供发电扭矩)。由此，通过两个控制器可控制发动机(或电动机)的转速不随负载的变化而变化，即实现恒速控制。
[0056]
在一实施例中，在将所述发动机的目标转速确定为所述电动机的目标转速的情况下，所述控制装置30可包括：第一控制器，用于在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述发动机的喷油量增大；以及第二控制器，用于在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且增大。
[0057]
也就是说，当负载变大时，电动机/发动机的实际转速小于其目标转速，通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制加大喷油量以防止发动机掉速；同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制器加大电动机的输出扭矩(该输出扭矩为正值，
即电动机处于电动状态)。由此，通过两个控制器可控制发动机(或电动机)的转速不随负载的变化而变化，即实现恒速控制。
[0058]
更为具体地，在将所述发动机的目标转速确定为所述电动机的目标转速的情况下，所述控制装置30包括：第一控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述发动机的喷油量发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值增大的情况下，控制所述发动机的喷油量以第一加速度减小；在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值减小的情况下，控制所述发动机的喷油量以第二加速度减小；在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值增大的情况下，控制所述发动机的喷油量以第三加速度增大；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值减小的情况下，控制所述发动机的喷油量以第四加速度增大，以及第二控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述电动机的输出扭矩发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值逐渐增大的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第五加速度减小，其中，所述第第一加速度与所述第五加速度的比值小于预设比值；在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值逐渐减小的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第六加速度减小，其中，第二加速度与所述第六加速度的比值大于所述第一加速度与所述第五加速度的比值且小于所述预设比值；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值增大的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第七加速度增大，其中，所述第三加速度与所述第七加速度的比值大于所述预设比值；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值减小的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第八加速度增大，其中，所述第八加速度与所述第四加速度的比值大于所述预设比值且小于所述第三加速度与所述第七加速度的比值。
[0059]
其中，所述预设比值可为电动机的最大扭矩与发动机的最大扭矩的比值(例如，k0)。
[0060]
第一，针对电动机/发动机的实际转速大于其目标转速的情形，可划分为图4所示的实际转速与目标转速的差值增大与减小两种情形。此处，将结合图4对上述控制装置30的具体控制过程进行描述。
[0061]
在一实施例中，如图4中的第一部分所示，在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值增大的情况下，通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制所述发动机的喷油量以第一加速度减小(即缓慢减小)，同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第五加速度减小(即快速减小)(其也可表达为：控制所述电动机的发电扭矩以第五加速度增大)。其中，所述第一加速度与所述第五加速度的比值小于预设比值。
[0062]
也就是说，当负载减小使得电动机/发动机的实际转速大于其目标转速且差值逐渐增大时，电动机控制器3比发动机控制器2更快响应，使得发动机的喷油量减小的加速度与电动机输出扭矩减小的加速度(即发电扭矩增大的加速度)的比值k1小于(例如远小于)
k0，由此，电动机5对减小输出扭矩贡献较多(即电动机处于发电状态)，此时主要以发动机的喷油量为主要动力源。
[0063]
在一实施例中，如图4中的第二部分所示，在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与目标转速的差值减小的情况下，通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制所述发动机的喷油量以第二加速度减小(即缓慢减小)，同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第六加速度减小(即快速减小)(其也可表达为：控制所述电动机的发电扭矩以第六加速度增大)。其中，所述第二加速度与所述第六加速度的比值大于所述第一加速度与所述第五加速度的比值且(所述第二加速度与所述第六加速度的比值)小于所述预设比值。
[0064]
也就是说，当负载减小使得电动机/发动机的实际转速大于其目标转速且差值逐渐减小时，电动机控制器3比发动机控制器2更快响应(但比图4的第一部分对应的实施例的响应慢，使得发动机的喷油量减小的加速度与电动机输出扭矩减小的加速度(即发电扭矩增大的加速度)的比值k2小于k0且k2大于k1，由此，电动机5对减小输出扭矩贡献较多(即电动机处于发电状态)，此时主要以发动机的喷油量为主要动力源。
[0065]
第二，针对电动机/发动机的实际转速小于其目标转速的情形，可划分为图4所示的目标转速与实际转速的差值增大与减小两种情形。此处，将结合图4对上述控制装置30的具体控制过程进行描述。
[0066]
在一实施例中，如图4中的第三部分所示，在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值增大的情况下，通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制所述发动机的喷油量以第三加速度增大，同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第七加速度增大。其中，所述第三加速度与所述第七加速度的比值大于所述预设比值。
[0067]
也就是说，当负载增大使得电动机/发动机的实际转速小于其目标转速且差值逐渐增大时，发动机控制器2比电动机控制器3更快响应，使得发动机的喷油量增大的加速度与电动机输出扭矩增大的加速度的比值k3大于(例如远大于)k0，由此，发动机对增大输出扭矩贡献较多，即主要以发动机的喷油量为主要动力源；而电动机以比较慢的速度响应，增大输出扭矩，其作为辅助动力提供能量，即电动机处于电动机状态。
[0068]
在一实施例中，如图4中的第四部分所示，在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值减小的情况下，通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制所述发动机的喷油量以第四速度增大，同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第八速度增大。其中，所述第八加速度与所述第四加速度的比值大于所述预设比值且小于所述第三加速度与所述第七加速度的比值
[0069]
也就是说，当负载增大使得电动机/发动机的实际转速小于其目标转速且差值逐渐减小时，发动机控制器2比电动机控制器3更快响应(但比图4中的第三部分对应的实施例的响应慢)，使得发动机的喷油量增大的加速度与电动机输出扭矩增大的加速度的比值k4大于k0且k4小于k3，由此，发动机对增大输出扭矩贡献较多，即主要以发动机的喷油量为主要动力源；而电动机以比较慢的速度响应，增大输出扭矩，其作为辅助动力提供能量，即电动机处于电动机状态。
[0070]
其次，对发动机的目标转速与电动机的目标转速存在差值的情形进行分析。例如，发电机的目标转速为2000rpm；电动机的目标转速为1950rpm。
[0071]
在一实施例中，在将所述发动机的目标转速与所述预设转速差值的差值确定为所述电动机的目标转速的情况下，所述控制装置30可包括：第一控制器，用于在所述电动机的实际转速大于所述发动机的目标转速的情况下，控制所述发动机的喷油量减小；以及第二控制器，用于在所述电动机的实际转速大于所述发动机的目标转速的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且减小。
[0072]
也就是说，当负载变小时，发动机的实际转速大于其目标转速(例如，2000rpm)，通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制减少喷油量以防止发动机的实际转速上升；同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制降低电动机的输出扭矩(该输出扭矩为负值，即提供发电扭矩)。由此，通过两个控制器可控制发动机(或电动机)的转速不随负载的变化而变化，即实现恒速控制。
[0073]
在一实施例中，在将所述发动机的目标转速确定为所述电动机的目标转速的情况下，所述控制装置30可包括：第一控制器，用于在所述电动机的实际转速小于所述发动机的目标转速的情况下，控制所述发动机的喷油量增大；以及第二控制器，用于在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且小于所述发动机的目标转速的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为非正值；或者在所述电动机的实际转速小于所述发动机的目标转速的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且增大。
[0074]
也就是说，当负载变大时，若电动机的实际转速大于其目标转速(例如，1950rpm)且小于发动机的目标转速(例如，2000rpm)，则通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制加大喷油量以防止发动机掉速；同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制器控制电动机对系统不提供动力(根据电源是否满电，控制输出扭矩为负值或0)。当负载变大时，若电动机的实际转速小于其目标转速(例如，1950rpm)，则通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制加大喷油量以防止发动机掉速；同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制器加大电动机的输出扭矩(该输出扭矩为正值，即电动机处于电动状态)。由此，通过两个控制器可控制发动机(或电动机)的转速不随负载的变化而变化，即实现恒速控制。
[0075]
更为具体地，在将所述发动机的目标转速与所述预设转速差值的差值确定为所述电动机的目标转速的情况下，所述控制装置30可包括：第一控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述发动机的喷油量发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述发动机的目标转速且所述电动机的实际转速与所述发动机的目标转速的差值增大的情况下，控制所述发动机的喷油量以第九加速度减小；在所述电动机的实际转速大于所述电动机的目标转速且所述电动机的实际转速与所述发动机的目标转速的差值减小的情况下，控制所述发动机的喷油量以第十加速度减小；在所述电动机的实际转速小于所述发动机的目标转速且所述发动机的目标转速与所述电动机的实际转速的差值增大的情况下，控制所述发动机的喷油量以第十一加速度增大；或者在所述电动机的实际转速小于所述发动机的目标转速且所述发动机的目标转速与所述电动机的实际转速的差值减小的情况下，控制所述发动机的喷油量以第十二加速度增大，以及第二控制器，用于采用所述协同控制策略控制所述电动机的输出扭矩发生以下变化：在所述电动机的实际转速大于所述发动机的目标转速且所述电
动机的实际转速与所述发动机的目标转速的差值增大的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第十三加速度减小，其中，所述第九加速度与所述第十三加速度的比值小于预设比值；在所述电动机的实际转速大于所述发动机的目标转速且所述电动机的实际转速与所述发动机的目标转速的差值减小的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第十四加速度减小，其中，所述第十加速度与所述第十四加速度的比值大于所述第九加速度与所述第十三加速度的比值且小于所述预设比值；在所述电动机的实际转速小于所述发动机的目标转速且大于或等于所述电动机的目标转速的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为非正值；在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值增大的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第十五加速度增大，其中，所述第十一加速度与所述第十五加速度的比值大于所述预设比值；或者在所述电动机的实际转速小于所述电动机的目标转速且所述电动机的目标转速与实际转速的差值减小的情况下，控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第十六加速度增大，其中，所述第十六加速度与所述第十二加速度的比值大于所述预设比值且小于所述第十一加速度与所述第十五加速度的比值。
[0076]
其中，所述预设比值可为电动机的最大扭矩与发动机的最大扭矩的比值(例如，k0)。
[0077]
第一，针对电动机/发动机的实际转速大于其目标转速的情形，可划分为实际转速与目标转速的差值增大与减小两种情形。
[0078]
在一实施例中，在所述电动机/发动机的实际转速大于所述发动机的目标转速(例如，2000rpm)且所述电动机的实际转速与目标转速(例如，1950rpm)的差值增大的情况下，通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制所述发动机的喷油量以第九加速度减小，同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第十三加速度减小(其也可表达为：控制所述电动机的发电扭矩以第十三加速度增大)。其中，所述第九加速度与所述第十三加速度的比值小于预设比值。
[0079]
也就是说，当负载减小使得电动机/发动机的实际转速大于发电机的目标转速(例如，2000rpm)且差值逐渐增大时，由于电动机的目标转速(例如，1950rpm)小于发电机的目标转速(例如，2000rpm)，故电动机的实际转速与其目标转速(例如，1950rpm)的差值更大，由此，电动机控制器3比发动机控制器2更快响应，使得发动机的喷油量减小的加速度与电动机输出扭矩减小的加速度(即发电扭矩增大的加速度)的比值k5小于k1(由于k1小于(例如远小于)k0，故k5也小于(例如远小于)k0)，由此，电动机5对减小输出扭矩贡献更多(即电动机处于发电状态)，此时主要以发动机的喷油量为主要动力源。
[0080]
在一实施例中，在所述电动机的实际转速大于所述发动机的目标转速且所述电动机的实际转速与所述发动机的目标转速的差值减小的情况下，通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制所述发动机的喷油量以第十加速度减小，同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制所述电动机的输出扭矩为负值且以第十四加速度减小(其也可表达为：控制所述电动机的发电扭矩以第十四加速度增大)。其中，所述第十加速度与所述第十四加速度的比值大于所述第九加速度与所述第十三加速度的比值且(所述第十加速度与所述第十四加速度的比值)小于所述预设比值。
[0081]
也就是说，当负载减小使得电动机/发动机的实际转速大于发动机的目标转速(例
如，2000rpm)且差值逐渐减小时，由于电动机的目标转速(例如，1950rpm)小于发电机的目标转速(例如，2000rpm)，故电动机的实际转速与其目标转速(例如，1950rpm)的差值更大，由此，电动机控制器3比发动机控制器2更快响应(但比上一实施例的响应慢)，使得发动机的喷油量减小的加速度与电动机输出扭矩减小的加速度(即发电扭矩增大的加速度)的比值k6小于k2(由于k2小于k0，故k6也小于k0)且k6大于k5，由此，电动机5对减小输出扭矩贡献较多(即电动机处于发电状态)，此时主要以发动机的喷油量为主要动力源。
[0082]
第二，针对电动机/发动机的实际转速小于发动机的目标转速(例如，2000rpm)的情形，可划分为电动机/发动机的实际转速大于或等于电动机的目标转速(例如，1950rpm)与电动机/发动机的实际转速小于电动机的目标转速(例如，1950rpm)两种情形。
[0083]
在一实施例中，在所述电动机的实际转速小于所述发动机的目标转速且大于或等于所述电动机的目标转速的情况下，分成以下两种情形进行讨论：情形一：若所述发动机的目标转速与所述电动机的实际转速的差值增大，则通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制所述发动机的喷油量以第十一加速度增大，同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制所述电动机的输出扭矩为非正值。情形二：若所述发动机的目标转速与所述电动机的实际转速的差值减小，则通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制所述发动机的喷油量以第十二加速度增大，同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制所述电动机的输出扭矩为非正值。
[0084]
也就是说，当负载增大使得电动机/发动机的实际转速小于发电机的目标转速(例如，2000rpm)且大于或等于所述电动机的目标转速(例如，1950rpm)时，由于电动机/发动机的实际转速大于或等于目标转速，不需要电动机出力，此时仅需要通过增大发动机的喷油量来响应负载的增加。
[0085]
在一实施例中，在所述电动机/发动机的实际转速小于所述电动机的目标转速(例如，1950rpm)的情况下，分成以下两种情形进行讨论。
[0086]
情形一：若所述电动机的目标转速(例如，1950rpm)与实际转速的差值增大，则通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制所述发动机的喷油量以第十一加速度增大，同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第十五加速度增大。其中，所述第十一加速度与所述第十五加速度的比值大于所述预设比值。
[0087]
也就是说，当负载增大使得电动机的实际转速小于其目标转速(例如，1950rpm)且差值逐渐增大时，发动机控制器2比电动机控制器3更快响应，使得发动机的喷油量增大的加速度与电动机输出扭矩增大的加速度的比值k7大于(例如远大于)k0，由此，发动机对增大输出扭矩贡献较多，即主要以发动机的喷油量为主要动力源；而电动机以比较慢的速度响应，增大输出扭矩，其作为辅助动力提供能量，即电动机处于电动机状态。
[0088]
情形二：若所述电动机的目标转速(例如，1950rpm)与实际转速的差值减小，则通过第一控制器(如图2所示的发动机控制器2)控制所述发动机的喷油量以第十二加速度增大，同时，通过第二控制器(如图2所示的电动机控制器3)控制所述电动机的输出扭矩为正值且以第十六加速度增大。其中，所述第十六加速度与所述第十二加速度的比值大于所述预设比值且小于所述第十一加速度与所述第十五加速度的比值。
[0089]
也就是说，当负载增大使得电动机的实际转速小于其目标转速(例如，1950rpm)且
差值逐渐减小时，发动机控制器2比电动机控制器3更快响应(但比上一实施例的响应慢)，使得发动机的喷油量增大的加速度与电动机输出扭矩增大的加速度的比值k8大于k0且k8小于k7，由此，发动机对增大输出扭矩贡献较多，即主要以发动机的喷油量为主要动力源；而电动机以比较慢的速度响应，增大输出扭矩，其作为辅助动力提供能量，即电动机处于电动机状态。
[0090]
上述协同控制策略可以采用分段pid或者模糊控制算法来实现。本实施例采用协同控制策略控制发动机和电动机，并且设置发动机对负载增加敏感，电动机对负载变小敏感，从而强化发动机作为主要动力的特征。然后，经由图2中的动力耦合装置6通过液压泵7为整车提供动力。
[0091]
需要注意的是，上述各个实施例中的各个加速度均可为一固定值，也可为一变量(通常会基于高空作业设备所处的实际工况、负载等因素的影响，而将各个加速度设置为一变量)。
[0092]
下面对所述第二控制器控制电动机的输出扭矩为负值且减小(即充电扭矩增加)的具体过程进行详细介绍。
[0093]
在实际应用中，基于soc的控制策略，由于soc估算不准容易引起过电压的问题。为了解决由soc估算不准引起充电过程频繁出现过电压的现象，在本实施例中提出了基于电源的电压的充电功率控制。
[0094]
在一实施例中，所述第二控制器用于控制所述电动机的输出扭矩减小包括：采用充电功率控制策略控制所述电动机的输出扭矩减小。
[0095]
具体地，所述第二控制器用于采用充电功率控制策略控制所述电动机的输出扭矩减小可包括：在所述电源的电压大于第一电压且小于第二电压的情况下，控制所述电动机的输出扭矩减小，以采用第一充电电流对所述电源进行预充电，其中，所述第二电压小于所述电源的充电截止电压；在所述电源的电压大于所述第二电压且小于第三电压的情况下，控制所述电动机的输出扭矩减小，以采用第二充电电流对所述电源进行恒流充电，其中，所述第二充电电流大于所述第一充电电流；或者在所述电源的电压大于或等于所述第三电压的情况下，根据所述电源的电流控制所述电动机的输出扭矩减小。
[0096]
对于所述电源的电压大于或等于所述第三电压的情况，所述第二控制器用于根据所述电源的电流控制所述电动机的输出扭矩减小可包括：在所述电源的电压大于或等于所述第三电压且所述电源的充电电流大于第三充电电流的情况下，控制所述电动机的输出扭矩减小，以采用所述第三电压对所述电源进行恒压充电，其中，所述第三充电电流小于所述第一充电电流；或者在所述电源的电压大于或等于所述第三电压且所述电源的充电电流小于或等于所述第三充电电流的情况下，控制所述电动机的输出扭矩减小，以停止对所述电源进行充电。
[0097]
现以图5为例对第二控制器控制电动机的输出扭矩为负值且减小的具体控制过程进行说明。
[0098]
其中，所述第一电压可为1.5*n v；所述第二电压可为1.9*n v；所述第三电压可为2.4*n v，n可为所述电源中的单体电源的数目。且其中，所述第一充电电流i
c1
可为2％c
20
；所述第二充电电流i
c2
可为区间(10％c
20
,25％c
20
)中的任一值；所述第三充电电流i
c3
可为1.5％c
20
，c
20
为所述电源的容量。当然，本发明中的第一电压、第二电压、第三电压、第一充
电电流、第二充电电流及第三充电电流并不限于上述列举的具体数据，其可分别根据具体需要进行合理设置。
[0099]
所述第二控制器控制所述电动机的输出扭矩减小的具体控制过程可包括步骤s501-s507，如图5所示。
[0100]
步骤s501，判断1.5*n v《uc《1.9*n v是否成立，若是，则执行步骤s502；否则，执行步骤s503。
[0101]
其中，uc为电源的电压。
[0102]
步骤s502，以i
c1
＝2％c
20
对电源进行预充电。
[0103]
步骤s503，判断1.9*n v≤uc《2.4*n v是否成立，若是，则执行步骤s504；否则，执行步骤s505。
[0104]
步骤s504，以i
c2
＝20％c
20
对电源进行恒流充电。
[0105]
步骤s505，判断ic》1.5％c
20
是否成立，若是，则执行步骤s506；否则，执行步骤s507。
[0106]
其中，ic为单体电源的电流。
[0107]
步骤s506，以ua＝2.4*n v对电源进行恒压充电。
[0108]
其中，ua为充电电压。当然，控制在2.4*n v的预设波动范围(例如，在2.4*n v的上下波动1％)内进行充电即为恒压充电。
[0109]
步骤s507，停止对电源进行充电。
[0110]
在本实施例中，由于充电电压可控，由此，有效避免了过电压报警现象的产生。因此，采用上述分段充电的策略也有利于延长电池寿命。
[0111]
具体而言，下面以曲臂式高空作业平台的塔臂上升过程为例，详细说明在本方案协同控制策略下混合动力的各工作模式是如何自动切换的。
[0112]
1、当u《u
co
(即电源电压小于充电截至电压)时，塔臂上升过程的发动机目标转速为最大功率点转速2600rpm，取预设转速差n
diff
为50rpm，则电动机的目标转速为2550rpm。
[0113]
当塔臂角度《35
°
时，一旦塔臂上升需要的功率超出发动机的最大功率，即使发动机控制器控制的喷油量已达到最大，其仍不能满足上升需要的扭矩，发动机的实际转速由2600rpm开始往下降。所述发动机的实际转速降到2550rpm以下后，通过本方案协同控制策略执行：发动机控制器快速响应以输出最大功率(该功率可通过设置发动机的响应参数来实现)，电动机控制器根据负载变化调节输出扭矩补充剩余所需功率，以通过增加输出扭矩将实际转速保持在2550rpm。此时动力系统工作在混合动力模式，发动机和峰值电池同时提供动力。
[0114]
当35
°
≤塔臂角度＜40
°
时，一旦塔臂上升需要的功率等于发动机的最大功率，电动机控制器可根据转速变化最终将输出扭矩调节至0，发动机转速将保持2550rpm。此时，由发动机单独工作以提供给整车能量，动力系统工作在单发动机工作模式。
[0115]
当塔臂角度》40
°
时，一旦塔臂上升需要的功率小于发动机的最大功率，发动机提供的扭矩大于上升需要的扭矩，此时发动机转速上升。由于发动机/电动机的实际转速高于电动机的目标转速，通过本方案协同控制策略可知，电动机工作在发电机状态，电动机控制器通过限制扭矩值控制发电电流给电源充电。此时动力系统工作在充电模式，由发动机提供整车动作所需能量和充电所需能量。
[0116]
需要注意的是，上述塔臂角度范围仅用于示例，实际上塔臂角度范围与实际工况、负载情况等多种复杂因素相关，由于相应动力系统的工作模式的具体控制策略与塔臂角度范围的之间关系并不是本发明的改进内容，于此并未对其进行详细论述。
[0117]
2、若u≥u
co
(即电源的电压≥充电截止电压)，此时电动机的目标转速等于发动机的目标转速。
[0118]
当负载增加时，发动机的实际转速下降，发动机控制器快速反应，加大喷油量，作为主动力提供能量；电动机控制器以比较慢的速度响应，增大输出扭矩，作为辅助动力提供能量。当负载减小时，发动机的实际转速上升，电动机控制器快速响应，减小输出扭矩，发动机仍做为主动力提供能量。电动机工作在电动机状态，并限制发电扭矩为零。
[0119]
由于高空作业平台没有机械刹车装置，混合动力运行时不存在制动模式，故混合动力高空作业平台只有四种工作模式：单电动机模式、混合动力模式、单发动机模式和充电模式。
[0120]
因此，无论电源的荷电状态如何，曲臂式高空作业平台始终以发动机做为基本动力源，电源做为辅助动力源。
[0121]
需要说明的是，本发明各个实施例中的目标转速获取装置、实际转速获取装置均可集成在整车控制器1中，当然也可作为独立的部件。
[0122]
综上所述，本发明创造性地根据所述电动机的目标转速与实际转速，采用协同控制策略控制发动机的喷油量和所述电动机的输出扭矩，以维持所述电动机/发动机的实际转速维持在预设范围内。由此，本发明采用协同控制策略来实现动力系统扭矩的自动分配，而不需要对需求功率和电源放电功率进行估算。
[0123]
本发明一实施例还提供一种能量控制方法。所述能量控制方法可包括：获取电动机的目标转速；获取所述电动机的实际转速；以及根据所述电动机的目标转速与实际转速，采用协同控制策略控制发动机的喷油量和所述电动机的输出扭矩，以维持所述电动机的实际转速维持在预设范围内。其中，所述发动机与所述电动机同轴联接。
[0124]
有关本发明实施例提供的能量控制方法的具体细节及益处可参阅上述针对能量控制系统的描述，于此不再赘述。
[0125]
本发明一实施例还提供一种高空作业设备。所述高空作业设备可包括：所述的能量控制系统。
[0126]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0127]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0128]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。