一种并联式混合动力系统、控制方法及混合动力矿车与流程

1.本发明涉及工业矿车技术领域，具体为一种并联式混合动力系统、控制方法及混合动力矿车。


背景技术：

2.随着矿山开采规模的不断扩大、国家环保政策的不断加严，大型化、电动化是矿车发展的必然方向。目前矿区车辆主要以柴油机车型为主，纯电、混动车型为辅。以柴油机车型为主的矿区车辆运输工作主要存在如下几个问题：
3.1)为提升运输效率，柴油机车型的发动机多在额定转速附近运行，发动机运行效率低、油耗高。
4.2)国内矿山尤其是露天煤矿以重载上坡为主，纯电动矿车在爬坡时消耗电量较大，需要频繁的停车充电，影响了运输效率。
5.3)纯电、混动车型增加了电池、电机，成本增加大，经济性差。
6.4)现有车辆采用6x4结构，受车桥、轮胎等配套资源限制，难以做出更大吨位车型。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种并联式混合动力系统、控制方法及混合动力矿车，以解决上述背景技术中提出的目前在矿区车辆运输工作中存在的运行效率低、油耗高以及运输效率低下等无法满足现有矿山运输需求的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种并联式混合动力系统，其特征在于，包括：
9.主驱动子系统，所述主驱动子系统包括发动机、主驱动变速箱和主驱动车桥，所述主驱动车桥通过悬架与车架相连接，且其两端安装有车轮，主驱动系统通过与发动机依次连接的主驱动变速箱、主驱动车桥来驱动车轮；所述主驱动子系统用于提供该混合动力系统重载时的主要动力和其他工况下的全部动力；
10.辅助驱动子系统，所述辅助驱动子系统包括驱动电机、辅助驱动变速箱和辅助驱动车桥，所述主驱动系统和辅助驱动系统前后并联布置；
11.所述辅助驱动车桥通过悬架与车架相连接，其两端安装有车轮，辅助驱动系统通过驱动电机、辅助驱动变速箱、辅助驱动车桥来驱动车轮，其用于在重载时为该混合动力系统提供辅助驱动力，与主驱动系统一起驱动车辆运行；且在系统处于缓速工况下时反拖发电机发电，以实现能量回收；
12.发电子系统，包括发电机和电池系统，其中发电机与发动机耦合，所述发动机驱动发电机发电；
13.控制子系统，包括内置有多套控制程序的vcu,多个传感器和执行装置，所述vcu分别与上述各子系统通信连接，并根据混合动力系统的运行工况以及电池系统的电量情况，控制发电机的ecu及所述相关执行装置执行主动发电、驱动电机反拖发电、辅助驱动动作中
的一种或几种。
14.优选的，电池系统为可充电电池，所述电池系统设置有配电盒和充电口。
15.一种并联式混合动力系统控制方法，包括如下步骤：
16.获取混合动力系统的当前工作参数；
17.根据上述工作参数判定混合动力系统所处的工况；
18.根据混合动力系统所处的工况来调整发动机模式。
19.优选的，当前工作参数包括有车速、油门开度、缓速开启状态、举升开启状态；工况主要分为制动反拖工况、卸料工况、装载工况、空载运行工况和重载运行工况；发动机模式包括经济模式和动力模式；
20.当车速不为0、油门开度为0、缓速开启状态为开车时，vcu判定辆为制动反拖工况，调整发动机为经济模式，车辆反拖电机发电，给电池系统充电，实现能量回收，保证车辆能量需求；
21.当车速为0，举升为开启状态时，vcu判定车辆处于卸料工况时，调整发动机为经济模式，发电机不发电，仅提供举升力。
22.当车速为0，举升为关闭状态时，判定车辆为装载工况时，调整发动机为经济模式，此时若电池电量未充满，则所述发电机发电。
23.车辆在空载运行工况时，此时发动机出于经济模式，辅助驱动系统停用，此时若电池电量小于目标值，则发电机发电，此目标值可以根据运行情况自动/手动调节，以实现能量管理。
24.车辆在重载运行工况时，此时发动机处于动力模式，通过主驱动系统驱动车辆运行；同时发动机带动发电机发电，与电池系统一起驱动辅助驱动系统驱动车辆运行。
25.一种混合动力矿车，包括了上述的并联式混合动力系统，且采用杉树的一种并联式混合动力系统控制方法来控制矿车运行。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.通过设置主、辅两套驱动系统，主驱动系统和辅助驱动系统前后并联布置，主驱动采用“发动机-变速箱-车桥”传动方式，辅助驱动采用“驱动电机-变速箱-车桥”的传动方式，结合预先存储于vcu中的控制方法来调整发动机动力模式，使得整套动力系统的动力输出始终于当前工况相适配，提高整车驱动能力和承载能力，解决了柴油车辆油耗高，纯电、混动车型运输效率低、成本高等问题，提供一种高效、环保的大吨位矿区运输工具和矿区运输解决方案。
附图说明
28.图1为本发明的一种并联式混合动力方案的结构框图；
29.图2为本发明的一种并联式混合动力方案的结构示意图；
30.图3为本发明的一种并联式混合动力方案控制方法流程图。
31.图中：1-主驱动子系统；11-发动机；12-主驱动变速箱；13-第一主驱车桥；14-第二主驱车桥；2-发电子系统；21-发电机；22-电池系统；23-配电盒；24-充电口；3-辅助驱动子系统；31-驱动电机；32-辅助驱动变速箱；33-辅助驱动车桥；41-整车控制器；42-电机控制器。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种并联式混动方案，包括：主驱动子系统1、辅助驱动子系统3、发电子系统2、控制子系统4四个子系统。
34.主驱动子系统是车辆的主要动力源，包括发动机11、变速箱12、主驱动车桥13；
35.辅助驱动子系统3是车辆的辅助动力，主要在重载时辅助驱动，提高车辆的动力性，包括驱动电机31、变速箱32，辅助驱动车桥33；
36.发电子系统2为辅助驱动子系统提供能力，是车辆的能量平衡系统，包括发电机21)、电池系统22、配电盒23、充电口24；
37.控制子系统4包括整车控制器41、电机控制器42、相应的传感器及线束。
38.请参阅图2，为另外一种并联式混动方案，包括主驱动子系统1和辅助驱动子系统3，主驱动子系统1通过发动机11-变速箱12-主驱动车桥13驱动车辆；辅助驱动子系统3通过驱动电机31-辅助驱动变速箱32-辅助驱动车桥33驱动车辆。主驱动子系统1和辅助驱动子系统3前后并联布置，共同驱动。
39.与此同时，本发明还提供了如图3所示的配套的控制方法：一种并联式混合动力方案控制方法，主要适用于在以重载上坡、空载回程为主的矿山作业。
40.本发明实施例的发动机采用大功率发动机，内置两套以上控制程序，至少具有动力模型和经济模式两种工作模式，以适应不同工况的动力需求，达到节油的目的。
41.本发明实施例中，所述并联式混合动力方案控制策略确定车辆工作状态，具体的，预先配置不同的控制策略适应不同工况。所述工况主要分为制动反拖工况、卸料工况、装载工况、空载运行工况和重载运行工况等。
42.车辆为制动反拖工况(车速不为0、油门开度为0、缓速开)时，由于惯性力作用，车辆加速运动，缓速开关调到合适档位，车辆反拖电机发电，经配电盒给电池充电，实现能量回收，发动机处于经济模式，保证车辆基本的能量需求。
43.车辆在卸料工况时，(车速为0，举升开)，此时发动机出于经济模式，发电机不发电，优先提供举升。
44.车辆在装载工况时，(车速为0，举升关)，此时发动机出于经济模式，如果电池电量未充满，发电机发电。
45.车辆在空载运行工况时，此时发动机出于经济模式，只有主驱动起作用，如果电池电量小于目标值，发电机发电，此目标值可以根据运行情况自动调整、也可以手动调节，以更好的实现能量管理。
46.车辆在重载运行工况时，此时发动机处于动力模式，通过主驱动系统驱动车辆运行；同时发动机带动发电机发电，与电池系统一起驱动辅助驱动系统驱动车辆运行。
47.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种并联式混合动力系统，其特征在于，包括：主驱动子系统(1)，所述主驱动子系统包括发动机(11)、主驱动变速箱(12)和主驱动车桥，所述主驱动车桥通过悬架与车架相连接，且其两端安装有车轮，主驱动子系统(1)通过与发动机(11)依次连接的主驱动变速箱(12)、主驱动车桥来驱动车轮；所述主驱动子系统(1)用于提供该混合动力系统重载时的主要动力和其他工况下的全部动力；辅助驱动子系统(3)，所述辅助驱动子系统(3)包括驱动电机(31)、辅助驱动变速箱(32)和辅助驱动车桥(33)，所述主驱动系统(1)和辅助驱动系统(3)前后并联布置；所述辅助驱动车桥(33)通过悬架与车架相连接，其两端安装有车轮，辅助驱动系统(3)通过驱动电机(31)、辅助驱动变速箱(32)、辅助驱动车桥(33)来驱动车轮，其用于在重载时为该混合动力系统提供辅助驱动力，与所述主驱动子系统(1)一起驱动车辆运行；且在系统处于缓速工况下时反拖发电机发电，以实现能量回收；发电子系统(2)，包括发电机(21)和电池系统(22)，其中发电机(21)与发动机(11)耦合，所述发动机(11)驱动所述发电机(21)发电；控制子系统，包括内置有多套控制程序的vcu,多个传感器和执行装置，所述vcu分别与上述各子系统通信连接，并根据混合动力系统的运行工况以及电池系统的电量情况，控制发电机的ecu及所述相关执行装置执行主动发电、驱动电机反拖发电、辅助驱动动作中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的一种并联式混合动力系统，其特征在于，所述电池系统为可充电电池，所述电池系统设置有配电盒(23)和充电口(24)。3.一种并联式混合动力系统控制方法，其特征在于，包括如下步骤：获取混合动力系统的当前工作参数；根据上述工作参数判定混合动力系统所处的工况；根据混合动力系统所处的工况来调整发动机模式。4.根据权利要求1所述的一种并联式混合动力系统控制方法，其特征在于，所述当前工作参数包括有车速、油门开度、缓速开启状态、举升开启状态；所述工况主要分为制动反拖工况、卸料工况、装载工况、空载运行工况和重载运行工况；发动机模式包括经济模式和动力模式；当车速不为0、油门开度为0、缓速开启状态为开车时，vcu判定辆为制动反拖工况，调整发动机为经济模式，车辆反拖电机发电，给电池系统充电，实现能量回收，保证车辆能量需求；当车速为0，举升为开启状态时，vcu判定车辆处于卸料工况时，调整发动机为经济模式，发电机不发电，仅提供举升力。当车速为0，举升为关闭状态时，判定车辆为装载工况时，调整发动机为经济模式，此时若电池电量未充满，则所述发电机发电。车辆在空载运行工况时，此时发动机出于经济模式，辅助驱动系统停用，此时若电池电量小于目标值，则发电机发电，此目标值可以根据运行情况自动/手动调节，以实现能量管理。车辆在重载运行工况时，此时发动机处于动力模式，通过主驱动系统驱动车辆运行；同时发动机带动发电机发电，与电池系统一起驱动辅助驱动系统驱动车辆运行。
5.一种混合动力矿车，其特征在于，包括了如上述权利要求1或2中任意一项所述的并联式混合动力系统，且采用如权利要求3或4中所述的任意一种并联式混合动力系统控制方法来控制矿车运行。

技术总结
本发明公开了一种并联式混合动力系统、控制方法及混合动力矿车，包括主驱动系统、辅助驱动系统、发电系统、控制系统四个子系统，通过设置主、辅两套驱动系统，主驱动系统和辅助驱动系统前后并联布置，主驱动采用“发动机-变速箱-车桥”传动方式，辅助驱动采用“驱动电机-变速箱-车桥”的传动方式，结合预先存储于VCU中的控制方法来调整发动机动力模式，使得整套动力系统的动力输出始终于当前工况相适配，提高整车驱动能力和承载能力，解决了柴油车辆油耗高，纯电、混动车型运输效率低、成本高等问题，提供一种高效、环保的大吨位矿区运输工具和矿区运输解决方案。区运输解决方案。区运输解决方案。


技术研发人员：王同龙 张华坤 蒋作乾 李学山 王超 邢月鹏
受保护的技术使用者：内蒙古铱钼智能科技有限公司
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/6/26