重型矿卡轮-轴协同式混动系统及控制策略研究

矿用自卸车因其“多拉快跑”的特性而被广泛应用于露天矿山中进行煤炭、矿石等物料的运输。针对经典两轴车及宽体车传统驱动系统存在的动力性能有限、燃油经济性不佳、尾气排放严重等现实问题,面向露天矿自卸车重型化发展对其动力系统提出的超大功率需求与高动力经济性要求,提出了一种新型轮−轴协同式混合动力系统并研究其控制策略。首先,设计了“中轴由柴油机驱动、前后轴由电机驱动”的新型轮−轴协同式混合动力驱动系统,制定了8种工作模式;其次,分析矿用自卸车典型行驶工况,开展循环工况路谱数据采集试验,建立了露天矿专用循环工况曲线;再次,分析确定了轮−轴协同式混合动力系统在不同混动模式下的模式切换及转矩分配方案,利用Matlab/Simulink搭建了基于转矩的逻辑门限值整车控制策略模型;最后,在CRUISE软件中搭建轮−轴协同式混合动力矿车模型,导入控制策略后进行联合仿真试验,分别对车辆的动力经济性能和牵引重量的提升效果进行对比分析。结果表明:若采用提升性能方案,经混动改造后满载时的最高车速、最大爬坡度分别提高了29.51%和54.36%,0~30 km/h的加速时间、百公里综合燃油消耗分别下降了82.30%和56.29%,发动机、电机、电容的工作特性更佳,整车的动力性能与经济性能均得到了较大改善;若采用增大载重方案,经混动改造后整车载重可提升21.54%,满载时的最高车速、最大爬坡度分别提高了28.60%和52.31%,而0~30 km/h的加速时间、百公里综合燃油消耗则分别下降了77.09%和42.15%。