重型煤炭运输车分布式混合动力系统设计及控制策略.pdf

第4 6 卷第2 期 2 0 2 1 年2 月 煤炭学报 J O U R N A L0 FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 6 N o ．2 F e b ．2 0 2 1 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，江苏徐州2 2 1 1 1 6 ；2 ．中国矿业大学 北京 机电与信息工程学院，北京1 0 0 0 8 3 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M A T L A B ／s i m u l i n k 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c R u I s E 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7 0 ％、最高车速提高4 2 ．8 ％、0 ～3 0k n ∥h 加速时间缩减3 4 ．2 ％、百公里综合油耗降低 1 7 ．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 中图分类号T D 5 6文献标志码A 文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 1 0 2 0 6 6 7 1 0 D e s i g na n dc o n t r o ls t r a t e g yo fd i s t r i b u t e dh y b r i dd r i V es y s t e mf ．0 r h e a v vc o a lt r u c l 【s B A O J i u s h e n 9 1 ，Z O UX u e y a 0 1 ，C H E NC h a 0 1 ，C ES h i r o n 9 2 ，Z H A OL i a n 9 1 ，M AC h i l ，Y I NY a n l 1 ．＆ D D zq ，朋e 砒o t r o n 如E n ∥艘 ，曙， 汛讥ou n 讹船i 可∥肘i n i ，塔n 删7 台c 加f q g ，，爿砒o M 2 2 1 1 1 6 ，G i n 。；2 ． o o f ∥肘∞ o n i c 酬E 比c ￡r o n 如Ⅱn dJ 咖r ，M 。 ￡i o nE 增i n e e 蹭，醌i 凡口‰溉坤妙可胁n i 昭o n dn c 加z q g y B e 劫g ，曰e 讲增 1 0 0 0 8 3 ，∞i n 。 A b s t r a c t H i g h w a yt r a n s p o r t a t i o ni s o n eo ft h ei m p o r t a n tp a r to fc o a lt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ．I no r d e rt oi m p r o v et h e e c o n o m i ce f f i c i e n c y ，c o a lt m c k sa r ei n c r e a s i n g l yd e V e l o p e di n o th e a v yt y p e ，w h i c hm a k e st h er e q u i r e m e n t so fd r i v i n g s y s t e mp o w e rp e I f o r m a n c ea n de c o n o m yh i g h e r ．T h et r a d i t i o n a ld i e s e le n g i n ed r i V i n gh a st h ep r o b l e m so fs e r i o u sp o l l u t i o na n dh i g hf h e lc o n s u m p t i o n ，w h i l et h ee l e c t r i cd r i v i n gh a st h ed i s a d v a n t a g e so fi n s u f ．f i c i e n tp o w e ra n ds h o r te n d u r 一 收稿日期2 0 2 0 一1 2 0 4修回日期2 0 2 1 0 2 2 1责任编辑郭晓炜D O I 1 0 ．1 3 2 2 5 “．c nk i ．j c c s ．x R 2 0 ．1 9 0 2 基金项目教育部联合基金资助项目 6 1 4 l A 0 2 0 3 3 5 1 8 ；江苏高校优势学科建设工程资助项目 作者简介鲍久圣 1 9 7 9 一 ，男，安徽桐城人，教授，博士生导师。E m a i l c u m t b j s c u m le d u ．c n 引用格式鲍久圣，邹学耀，陈超，等．重型煤炭运输车分布式混合动力系统设计及控制策略[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 l ，4 6 2 6 6 7 6 7 6 ． B A 0J i u s h e n g ，Z O UX u e y a o ．C H E NC h a o 。e ta 1 ．D e s i g na n dc o n I m ls t r a t e g yo fd i s t r i b u t e dh y b r i dd r i v es y s t e mf o ’ h e a v yc o a lt m c k s [ J ] ．J o u m a lo fc h i l l ac o a ls o c i e ‘y ，2 0 2 1 ，4 6 2 6 6 7 6 7 6 ． 移动阅读 万方数据 6 6 8 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 a n c em i l e a g e ．T h es i n g l ep o w e rd r i v ei sd i m c u l tt om e e tt h ep o w e ra n de n V i r o n m e n t a lp I ．o t e c t i o nn e e d so fh e a V yc o a l t n l c k s ．I nt h i ss t u d y ，i no r d e rt oi m p r o v et h ed r i v i n gp e I f o n T l a n c eo fh e a v yc o a lt r u c k sa n dt oa c h i e V et h eg o a lo fe n e r g y s a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o n ，an e wd i s t r i b u t e dh y b r i dd r i v es y s t e mi sp r o p o s e db a s e do nt h ep o w e rs y s t e ms t m c t u r e o fh e a v yc o a lt I ．u c k s ，a n di t sc o n t r o ls t m t e g yi sm o d e l e da n ds i m u l a t e d ．F i r s t l y ，b a s e do nt h ed e s i g ni d e ao fp l a c i n gm u l t i p l ep o w e rs o u I ℃e so nt r a c t o ra n dt r a i l e ro fh e a V yc o a lt m c k sr e s p e c t i V e l y ，ak i n do fc o n n e c t e dd i s t r i b u t e dh y b r i dd r i V e s y s t e mi sd e s i g n e d ，w h i c hi sm a i n l yc o m p o s e do fd i e s e le n g i n e ，d r i V em o t o r ，g e a r b o x ，p o w e rb a t t e I yp a c ka n ds e V e r a l w h e e l s i d em o t o r s ．S e c o n d l y ，b yt h ea n a l y s i so ft h ee n e r g yn o wo fv a r i o u sp o w e rn o w si nd i f I f e r e n tw o r k i n gm o d e s ，al o g i c t h r e s h o l dc o n t r o ls t r a t e g yh a sb e e nd e s i g n e df o rt h ed i s t r i b u t e dh y b r i dd r i v es y s t e mb a s e do nt o r q u e ．A c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ew o r k i n gm o d eo ft h ed i s t r i b u t e dh y b r i dd 订v es y s t e m ，t h et a r g e tv a l u e so ft h et o r q u ea l l o e a t i o nu n d e rd i f k r e n tm o d e sa r ed e s i g n e d ，a n dt h ec o n t m ls t m t e g ym o d e li sb u i l tb yu s i n gS i m u l i n km o d u l eo fM A T L ∥L Bs o f t w a r e ．T h i r d l y ，a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ld r i v i n gc o n d i t i o no fh e a v yc o a lt m c k sa n dr e l e v a n tn a t i o n a ls t a n d a r d s ，t h ec y c l e w o r k i n gc o n d i t i o no fh e a v yc o a lt r u c k sa r ee s t a b l i s h e d ．F i n a U y ，t h ec o n t r o ls t r a t e g yi si m p o n e di n t ot h eC R U I S Es o f t w a r et oc a n yo u tc o s i m u l a t i o nw i t ht h eb u i l tv e h i c l ep o w e rs y s t e mm o d e l ．T h es i m u I a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n t r o l s t r a t e g yd e s i g n e di nt h i sp a p e rc a nr e a s o n a b l ya l l o c a t et h et o r q u eo ft h ee n g i n ea n dm o t o r ，s ot h a 上t h ee n g i n ea n dm o t o r a l w a y sw o r ki nt h eh i g h e m c i e n c ya r e a ，a n dt h ep o w e rb a t t e I ya l s ok e e p si nt h eh i g h - e m c i e n c ya r e ao fc h a r g ea n dd i s - c h a 玛e ．C o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a ld i e s e le n g i n ed r i v i n gm o d e ，u n d e r t h ep r e m i s eo fV e h i c l et r a c t i o nq u a l i t yb a s i c a l l yu n c h a n g e d ，t h em a X i m u mc l i m b i n gg m d i e n tc a nb ei n c r e a s e db y7 0 ％，t h em a x i m u ms p e e dc a nb ei n c r e a s e db y 4 2 ．8 ％，t h e0 3 0k m ／ha c c e l e r a t i o nt i m ec a nb er e d u c e db y3 4 ．2 ％，a n dt h ec o m p r e h e n s i v ef u e lc o n s u m p t i o np e r 1 0 0k i l o m e t e r sc a nb er e d u c e db y1 7 ．8 ％．T h r o u g ht h eh y b r i dp o w e rt r a n s f o 珊a t i o na n dt h er e a s o n a b l ef 0 珊u l a t i o no f c o n t I ．o ls t K l t e g y ，t h ev e h i c l ei n d i c a t o r sa r es i g n i f i c a n t l yi m p r o v e dc o m p a r e dw i t ht h eo r i g i n a lv e h i c l e ． K e yw o r d s h e a v yt r a n s p o r tc o a lt m c k s ；d i s t r i b u t e dh y b r i d ；d r i v es y s t e m ；c o n t r o ls t r a t e g y ；m o d es w i t c h i n g 我国“富煤、贫油、少气”的能源结构特点决定了 煤炭作为我国主要能源的地位长期难以动摇。煤炭 资源在地域分布的不均匀性促进我国“西煤东运，北 煤南运”的煤炭运输格局的形成。我国煤炭运输系 统主要由铁路运输、水路运输和公路运输3 种方式组 成J ，其中，公路运输具有灵活性好、成本较低、可实 现点对点运输等优点，是煤炭中短途运输的首选方 式。虽然国家大力推行煤炭运输“公转铁、公转水”， 降低公路运输所占的比重，但我国中小煤矿数量多、 分布广，铁路、水路很难完全覆盖到，故公路运输仍是 煤炭运输的重要一环旧o 。 公路煤炭运输为追求效益，通常采用重型牵引车 辆以求达到最大允许承载质量。根据国家标准G B 1 5 8 9 2 0 1 6 汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及 质量限值的要求，重型煤炭运输车常用的三轴半挂 牵引车最大允许总质量为4 0t 旧J 。重型牵引车作为 公路煤炭运输的主力军，具有载重大、运输效率高、运 输成本低等优点，在中短途公路煤炭运输中占有重要 地位，正朝着大型化、高速化、低污染等方向发 展H 。5J 。重型煤炭运输车的燃料目前仍以柴油为主， 其污染大，油耗高，未来将会被其他能源取代；天然气 无污染，在市场占有一定比例，但受限于价格贵、加气 难、动力弱等不足，推广仍有困难，但未来发展前景较 好；纯电驱动技术受制于续航里程和充电时间，在电 池技术出现革命性突破之前，难以应用在重型煤炭运 输车中M 1 ；燃料电池技术被德国、日本等发达国家视 为未来应用的核心技术，是重型煤炭运输车未来主要 发展方向，但目前技术成熟度低，成本高昂，难以应 用；混合动力技术兼具内燃机技术和电动技术的优 点“ 书o ，且已趋于成熟，目前在家用车领域应用广泛， 随着国家对节能减排的愈发重视，混合动力技术在煤 炭运输车的应用前景颇为明朗。 混合动力技术可使发动机工作在高效区间，获得 更好的燃油经济性。电动机低速扭矩大的优点为车 辆提供了出色的加速性能，也有效减少急加速、爬坡 等工况下对变速器的损耗。此外，基于不同类型汽车 维修数据，研究发现相较于传统燃油汽车，混合动力 汽车可靠性水平较高归J 。1 9 9 7 年，白第1 款混合动 力汽车丰田p r i u s 问世以来，混合动力技术在家用车 上的应用趋于成熟。在商用车领域，混合动力轻卡及 公交车已有相关产品问世，但针对重型商用车辆的混 合动力技术研究还处于初级阶段，直到2 0 1 9 年日野 才完成混合动力重卡的研发工作，而目前关于混合动 力半挂牵引车的研究则寥寥无几。针对当前研究不 足，近年来中国矿业大学鲍久圣教授团队陆续开展了 混合动力技术在重型公路运输车0 。1 2o 及其他非道路 万方数据 第2 期 鲍久圣等重型煤炭运输车分布式混合动力系统设计及控制策略 车辆如井下无轨胶轮车【1 3 。‘4 1 中的应用研究。 整车的动力改良、节能优化和排放降低与控制策 略的优劣密切相关，故控制策略一直是当今混合动力 技术研究的热点之一。混合动力控制策略大体上可以 分为4 个类别基于规则的逻辑门限值控制策略、瞬时 优化控制策略、全局优化控制策略和智能控制策 略【I5 I 。其中，基于规则的逻辑门限值控制策略在实际 应用范围最为广泛，具有简单方便、鲁棒性好、实用性 好等特点。例如王明掣1 6 1 针对双离合I s G 混合动力 汽车采用动静结合的逻辑门限控制策略，实现了对动 力系统最佳工作点的动态控制；刘忠政等针对并联 重型混合动力矿用车建立基于转矩因子的逻辑门限控 制策略，根据车辆运行工况实现了对发动机和电机转 矩的合理分配。同样的问题是现有混合动力控制策略 研究多集中在轿车、客车等普通路面车辆上，目前针对 混合动力重型煤炭运输车控制策略的研究较少。 ， 由此可见，开展重型煤炭运输车混合动力技术研 弥补当前混合动力技术研究不足。笔者针对传统内燃 机驱动的重型煤炭运输车动力不足、污染严重、油耗极 高等现实问题，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理论建模与仿真分析。 1 分布式混合动力系统设计 分布式混合动力系统不同于传统类型的混合动 力系统和电动系统8 ‘1 9J ，其核心思想是在车辆上布 置多个动力源，每个动力源既可单独驱动，又能实现 联合协同驱动，同时彼此之间能够进行能量交互。 1 ．1 基本结构 在分布式混动系统中，动力不是先经过耦合后集 中在某一个驱动轴上，而是在不同的车轴上灵活布 置。普通汽车受到车轴数量的限制，可布置的动力源 分布较少，对总功率的提升不大。重型煤炭运输车动 力系统的传统结构如图l 所示，其车轴数量较多，因 此可以很好发挥分布式混合动力驱动系统的优点，极 究，既是解决煤炭运输问题的现实技术需求，也有助于大提高车辆的总功率。 7 世掣释匹．．．．．_ ，’、- - - 一回匹固 查 引蓁H 习引 垄 囱甲甲 ‘- 、／一而 ．而雨闻丽 挂车 瓜自轮 【从i自轮 从i 机械连接 图l重型煤炭运输车传统动力系统结构不意 F 、g ．1 7 I r a d i t i o n a lp o w e rs y s t e ms t m c t u r eo fh e a v yc o a It m c k s 针对重型煤炭运输车结构特点，笔者提出了一种同的工作模式之间进行切换，从而优化车辆行驶中的 新型分布式混合动力驱动系统，如图2 所示。该系统动力性能、经济性能。针对本方案结构和能量流向的 属于连接型分布式混动系统，有2 套驱动系统发动特点，可以得到5 种工作模式，并可确定不同模式下 机驱动系统和电机驱动系统，与非连接型分布式混动的能量流向。 系统最大的区别是发动机可以为电机提供动力，从而 1 ．2 ．1 纯电动模式 对电机驱动系统的动力电池组充电。整个动力传动当动力电池S O c 电池剩余电量 值较高且车辆 系统由发动机、驱动电机、变速箱、轮边电机、动力电处于低速轻载或启动工况时，执行此模式。此时电机 池组等构成。为适应比较复杂的工况并减小动力系作为唯一的动力源提供整车的动力，发动机关闭，避 统结构复杂度，牵引车部分采用的是单轴并联型混动免发动机工作在低效率工作区间。能量流向如图3 系统，挂车部分采用的是电驱动系统。电机 驱动电中纯电动模式能量流向所示。 机和轮边电机 和发动机作为动力源，可以单独或联1 ．2 ．2 纯燃油驱动模式 合驱动车辆。驱动电机还可以充当发电机，在车辆制当动力电池s O c 值较高且车辆车速稳定较快 动或行驶过程中对动力电池充电。时，执行此模式。此时电机关闭，发动机单独工作直 1 ．2 工作模式接驱动车辆，传动效率高。发动机工作在高效率区 分布式混合动力驱动系统具有多种工作模式，预域，燃油经济性好。能量流向如图3 中纯燃油驱动模 先设定的不同工作模式，根据实际行驶的需要，在不式能量流向所示。 万方数据 6 7 0 煤炭 学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 ‘幽圃圃 动力电池组 坚塾笙 翌塾丝 墅垫丝 l 【了i _ ■] r ■i ■ i ] r ■ ] 单l 墼皇型掣 翥 掣圉圉 ] 车倒凹 鬯扔卢二二二≠二二一一一一≠一一一一一一一I电机 坚斗 商 型卤卤卤 L 转向轮 一高驱动轮 驱动轮 挂车网网网 电气连接机械连接 图2重型煤炭运输车新型分布式混合动力系统结构原理 F i g ．2 N o V e ld i s t r i b u 【e dh y h r i dp o w e rs y s t e n ls t r u c t u r eo fh e a v yc o a lt n l c k s ⋯电气连接纯电动驰动纯燃油驱动联合驱动模 机械连接 模式能量流动模式能量流动式能量流动 行车充电模 式能量流动 图3 新型分布式混合动力系统能量流动示意 1 ．2 ．3 联合驱动模式 当动力电池S O C 值较高且车辆处于加速、爬坡 等需求功率较大的工况时，执行此模式。此时车辆总 需求转矩大于发动机高效工作的最大转矩，需要发动 机与电机联合驱动，其中发动机提供主要动力，电机 提供辅助动力。能量流向如图3 中联合驱动模式能 量流向所示。 1 ．2 ．4 行车充电模式 当动力电池s o c 值小于允许充电最大值时，发 动机应尽量在效率最优曲线附近工作，在满足整车驱 动要求的同时，富余的能量用于动力电池充电。能量 流向如图3 中行车充电模式能量流向所示。 1 ．2 ．5 再生制动模式 当动力电池s o c 值小于允许充电最大值且车辆 处于制动工况时，执行此模式。当车辆刹车制动时， 能将车辆在制动阶段产生的能量，转换为电能给电池 充电。能量流向如图3 中再生制动模式能量流向所 示。 再生制动模 式能量流动 2 混合动力系统控制策略制定 控制策略是整车控制的中心环节，采用逻辑 门限值控制策略，其简单实用，稳定可靠，且目前 混合动力汽车广泛采用这种控制策略。相比于车 速、s o c 值等因子，转矩更能反应车辆所需动力的 实时需求，凶此本文设计的逻辑门限值控制策略 基于最优转矩。 控制策略的原理是根据循环工况和车速、档 位以及踏板 加速踏板和制动踏板 等信号算出车 辆的总需求转矩，并根据车辆的总转矩需求、车辆 动力电池s o c 值、发动机与电机提供的转矩确定 车辆工作的模式。转矩控制策略主要包括确定 整车需求转矩、确定运行状态和条件、确定目标转 矩。 2 ．1 整车需求转矩确定 2 ．1 ．1 驱动需求总转矩 驱动需求总转矩丁。．，由发动机需求转矩t 。。，和 万方数据 第2 期鲍久圣等重型煤炭运输车分布式混合动力系统设计及控制策略 6 7 1 电机需求转矩L 。。两部分组成，其中电机作电动机 使用时，L 。。 o ；电机作发电机使用时，L 一删 o 。表 达式为 r 。 丁。。。 F 。r e r { 1 2 ．1 ．2 制动需求总转矩 制动需求总转矩瓦。由电机需求转矩和机械制 动需求转矩丁。。。组成，其中乙。。。 0 时 分布在发动机燃油消耗率较低的区域，较好满足了控轮边电机工作，为行驶提供辅助动力。 制策略对燃油经济性的要求。图11 中，圆圈数字为发整个循环工况中，控制策略较好的使驱动电机与 动机工作点的分布概率，％；折线为燃油消耗，g ／ 轮边电机工作在高效区问内，且基本保证2 者速度、 k w h 。在凡为11 0 0 ～18 0 0r ／m i n ，丁为6 0 0 ～功率等特性曲线变化的同步进行。 l5 0 0N m 区域的工作点占比6 0 ％以上，说明控制策 由图1 3 可以看出在K w T V c 循环工况下低速 略有效控制发动机工作在高效区问。时，动力电池s o c 值有明显下降，说明整车动力是由 由图1 2 a 可以看出驱动电机功率基本电机驱动的；车速超过6 0k m ／s 时，动力电池S 0 c 值 在一1 0 0 ～1 0 0k w ，转速大部分在l0 0 0 ～处于较稳定状态，说明车速较高时，整车动力是由发 15 0 0r ／m i n ，且均处于额定功率或额定转速范围内， 动机提供；车辆急加速时，动力电池s o c 下降较快， 电机工作效率较高。其中功率为负数时驱动电机作说明需求转矩增大时，电机提供了辅助动力；减速 发电机使用，为动力电池充电；功率为正数时驱动电时s o c 值有较明显的E 升，说明制动能量得到了回 机作电动机使用，为行驶提供动力。收。该控制策略对动力电池s o c 值的控制比较可 由图1 2 b 可以看出轮边电机功率与转速均在 靠，使其工作在高效区问。 5 2 ．2 9 4 6 ．4 8 4 0 ．6 7 、。3 4 ．8 6 蒜2 90 5 钿2 3 ．2 4 堡1 7 ．4 3 嵘1 16 2 58 1 O 一58 l 纯电动模式卜的剩余电量 纯燃油驱动模式下的剩余电量 再生制动模式下的剩余电量 联合驱动模式下的剩余电量 行车充电模式下的剩余电量 距离 实时车速 时间／s 图1 3 动力电池S O C 值仿真结果 F i g ．13 S O Cv a l L I es i m u l a 【i o n 1 i a g I a mo fp o w e rJ a t t e I ’ f 此外，仿真车辆的百公里综合燃油消耗量为 8 4 ．3L ，而原车型为1 0 2 ．5L 。相比较而言，仿真模型 的燃油消耗量减少了1 7 ．8 ％，这表明控制策略使整 车的燃油经济性得到改善。 改造前后车辆动力性和经济性指标结果见表3 。 在整车牵引质量基本不变的前提下，实现了最大爬坡 度7 0 ％的提升，极大提高了车辆对山区等起伏路段 的适应能力；最高车速提高4 2 ．8 ％，大幅节约的运输 一|_c毛．J L 0 一J ／艘磐 6 2 8 4 2 U 4 8 2 6 卜卜轧，i，． ““K“o 1 七o 、。r 、 8 2 6 0 6 2 8 l 1 O 0 1 ● 吾．邑＼裂磐 博㈨㈦陀⋯∞％∞∞ 万方数据 第2 期鲍久圣等重型煤炭运输车分布式混合动力系统设计及控制策略 6 7 5 表3 改造前后主要性能参数对比 T a b I e3 C 咖p a r i s o nt a b l eo fm a i np e r f o m a n c ep a r a m e t e r sb e f o r ea n da f t e rt r a n s f o r m a t i o n 时间成本；0 ～3 0k r n ／h 加速时间缩减了3 4 ．2 ％，显著 提升司机的驾驶体验；百公里综合燃油消耗量降低 1 7 ．8 ％，有效降低了燃油成本。混合动力改造和所制 定的控制策略效果显著，车辆各项指标较原车均有明 显提升。 4 结论 1 通过对不同工作模式下的能量流向进行分 析，提出基于转矩的逻辑门限值控制策略。通过计算 需求转矩和电池s O c 值确定整车应运行的工作模 式，实现对混合动力系统能量的有效分配。 2 在M A T L A B ／s i m u l i n k 软件中搭建所设计的 控制策略模型，与c R u I s E 软件进行联合仿真。仿真 结果表明，在K w T V c 循环工况下，所建立的控制策 略可以使仿真车辆具有良好的车速跟随性能；发动机 的工作点较集中分布在发动机燃油消耗率较低的区 域，电机工作效率较高；动力电池工作在高效区 间，s o c 值波动较小，保持在相对稳定的范围内。 3 同传统内燃机驱动的重型煤炭运输车相比， 混合动力改造后其爬坡性能、加速性能、最高车速均 有明显改善。在满足整车动力性要求的前提下，采用 基于转矩的逻辑门限的控制策略能够降低油耗 1 7 ．8 ％，提高了燃油经济性。 参考文献 R e f e r e n c e s 周家杰．基于多式联运的煤炭运输径路优化研究[ D ] ．北京北 京交通大学，2 叭9 ． Z H O UJ i a j i e ．‘I h e s t u d y o fc o a I t m n s p o n a t i o nr o u t eo p t i m i z a t i o n b a 8 e do nm u l t 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