重型煤炭运输车分布式混合动力系统设计及控制策略

鲍久圣¹，邹学耀¹，陈超¹，葛世荣²，赵亮¹，马驰¹，阴妍¹

1. 中国矿业大学机电工程学院2. 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院

摘 要：公路运输是煤炭运输的重要一环,为提高经济效益,煤炭运输车正日益趋向于重型化发展,使得对驱动系统动力性和经济性的要求越来越高。传统柴油机驱动存在污染严重、油耗高等问题,而电驱动存在动力不足、续航能力差等问题,单一动力驱动难以很好满足重型煤炭运输车动力与环保需求。为提高重型煤炭运输车驱动性能并实现节能减排目标,基于重型煤炭运输车系统结构提出了一种新型分布式混合动力驱动系统,并对其控制策略进行了建模和仿真研究。首先,基于将多个动力源分别布置在重型煤炭运输车牵引车和挂车上的设计思路,设计了一种连接型分布式混合动力驱动系统,主要由柴油发动机、驱动电机、变速箱、动力电池组和多台轮边电机等装置组成;其次,通过对不同工作模式下的能量流向进行分析,设计了基于最优转矩的分布式混合动力驱动系统逻辑门限控制策略,根据分布式混合动力系统工作模式特点提出了不同工作模式下转矩目标值的分配方案,并在MATLAB/Simulink软件中搭建了控制策略模型;然后,根据重型煤炭运输车的实际行驶情况,参照相关国家标准建立了重型煤炭运输车循环工况;最后,将控制策略导入CRUISE软件,与所搭建的整车动力系统仿真模型进行了联合仿真。仿真结果表明:所设计的控制策略能够对发动机和电机的转矩进行合理分配,使得发动机和电机始终在高效率区域工作,动力电池也保持在充放电高效区间;相比传统柴油机驱动方式,在整车牵引质量基本不变的前提下,可实现最大爬坡度增加70%、最高车速提高42.8%、0～30 km/h加速时间缩减34.2%、百公里综合油耗降低17.8%;通过混合动力改造和合理制定控制策略,车辆各项指标较原车均有明显提升。

关键词：重型煤炭运输车;分布式混合动力;驱动系统;控制策略;模式切换;