井下矿用客车双电机动力耦合驱动控制策略研究

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传统的柴动防爆无轨胶轮车尾气污染较高,使得井下空气污浊,所以近年来纯电动防爆无轨胶轮车发展迅速。某煤矿机械企业设计了一种单防爆驱动电机驱动的防爆无轨胶轮车,在设计过程中发现了以下问题:防爆驱动电机一但损坏,整车将无法运行;为保证动力性,防爆驱动电机的功率较大,导致整车续驶里程较短。该企业为改善上述问题提出了“某型防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车”项目,其目的是设计一种双防爆驱动电机驱动的防爆无轨胶轮车,本论文依托于此项目,并着重于驱动系统控制策略的研究。为完成上述研究目标,本文主要做了如下工作。(1)首先,对一般的双电机驱动系统构型进行比较分析,综合其优点,并结合使用工况与设计指标,提出了一种双防爆驱动电机分别独立驱动前后驱动轴的驱动系统构型。然后,对新构型的结构与工作模式进行了介绍,并从理论上对其节能机理进行了分析。(2)针对提出的驱动系统构型,结合动力性与经济性指标,在MATLAB里编制参数匹配程序,根据程序运算结果,制定了防爆驱动电机的参数匹配要求(额定功率、额定转速、额定转矩、最高转速与最大转矩)和防爆动力电池的匹配参数要求(电池组的容量)。根据匹配参数,分别选定:某型25kW低速防爆驱动电机和某型磷酸铁锂防爆电池组。根据所选防爆驱动电机绘制了防爆驱动电机效率map图、汽车行驶功率平衡图与爬坡性能图,证明了所选电机可以满足整车动力性要求。(3)针对所提构型与所选防爆驱动电机,制定了驱动系统控制策略,分别对需求转矩计算、驱动模式划分与转矩分配进行了研究。需求转矩计算根据既定工况计算出当前驱动系统需要提供的转矩与转速;驱动模式划分基于防爆驱动电机最小需求电功率的原则,对工作区域进行了驱动模式划分,并根据划分结果制定了切换驱动模式的门限值;转矩分配部分以驱动系统效率最高为原则,制定了双防爆驱动电机耦合驱动时动力的分配原则,在完成分配原则的制定后,考虑了当路面附着系数变小时,驱动轮打滑时的转矩分配策略。(4)基于MATLAB/Simulink搭建了驱动系统离线仿真模型,首先对各部件以及总成模块的建模原理与公式进行了介绍,然后对驱动系统进行了经济性的仿真。仿真结果表明,相比于传统单防爆驱动电机驱动系统,本文所提构型的经济性更优。(5)开展了整车试验,试验主要分为动力性试验与经济性实验。动力性实验结果证明,所提构型能够很好的满足动力性要求。在经济性实验中,当整车以25km/h等速行驶时,采取单防爆驱动电机驱动系统的上一代车辆续驶里程为94km,采用本文所提驱动系统构型的车辆续驶里程为107km,进一步的证明了其经济性的优势。
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