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。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;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,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。

为此，中国矿业大学鲍久圣教授在《煤炭学报》年第2期“新锐科学家”特刊撰文“重型煤炭运输车分布式混合动力系统设计及控制策略”，为方便大家深入了解本文内容，《煤炭学报》邀请鲍久圣教授通过视频对相关成果进行了详解。

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视频讲解

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创新点

（1）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结构和工况特点，提出了一种新型分布式混合动力驱动系统，并对其结构原理和工作模式进行了设计与分析。

（2）通过对不同工作模式下的能量流向进行分析，制定了基于最优转矩的分布式混合动力系统逻辑门限值控制策略，设计了重型煤炭运输车专用循环工况，并开展联合仿真进行了验证，结果表明通过分布式混合动力改造和合理制定控制策略，可使重型煤炭运输车的动力性、燃油经济性等性能指标均得到明显提升。

作者简介

鲍久圣，男，年9月生，安徽桐城人，博士，中国矿业大学机电工程学院教授、博士生导师，曾任江苏省矿山智能采掘装备省部共建协同创新中心副主任，兼任中国自动化学会智慧矿山专业委员会委员、江苏省仪器仪表学会状态监测与故障诊断仪器专业委员会委员、《煤炭学报》科学编辑、《InternationalJournalofMiningScienceandTechnology》青年编委，入选江苏省“人才”、江苏省“六大人才高峰”等高层次人才计划；曾作为行业专家多次接受中央电视台采访和杂志专访，为内蒙古“2·23”井下重大运输事故、山东“1·10”金矿爆炸事故报道和救援提供专家解读；代表学校参编了国家标准《带式输送机工程技术标准》，作为客座编辑参与组织策划了《煤炭学报》首期“煤矿智能化”专题论文，受邀为《智能矿山》创刊号撰写特约述评等。

研究方向

矿山智能运输与无人驾驶技术；特种车辆混合动力技术；摩擦学与传制动技术

主要成果

主要致力于矿山智能运输技术与装备、矿山无人驾驶车辆、特种车辆混合动力技术等领域的科学研究和技术研发工作，作为项目负责人已累计主持包括3项国家级项目、5项省部级项目在内的各类科研项目30余项，发表学术论文余篇，出版《采矿运输技术与装备》等著作4部，授权发明专利40余件，获省部级以上科研和学术奖励10项，指导研究生50余人。

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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%、0~30km/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。

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部分图片

重型煤炭运输车传统动力系统结构示意

重型煤炭运输车新型分布式混合动力系统结构原理

新型分布式混合动力系统能量流动示意

工作模式切换流程

整车CRUISE仿真模型

重型煤炭运输车K-WTVC循环工况

各档位爬坡度仿真结果

加速工况仿真结果

车速跟随仿真结果

误差折线

发动机工作特性仿真结果

电机工作信息仿真结果

动力电池SOC值仿真结果

改造前后主要性能参数对比

鲍久圣教授相关成果

1.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,,46(2):-.

2.王洋洋,鲍久圣,葛世荣,等.刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合模型仿真与试验[J].煤炭学报,,45(06):-.

3.鲍久圣,何小路,葛世荣,等.井下混合动力无轨胶轮车驱动系统模糊逻辑控制策略研究[J].煤炭学报,,44(S1):-.

来源：

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,,46(2):-.

BAOJiusheng,ZOUXueyao,CHENChao,etal.Designandcontrolstrategyofdistributedhybriddrivesystemforheavycoaltrucks[J].JournalofChinaCoalSociety,,46(2):-.

责任编辑：郭晓炜

编辑整理：郭晓炜

审核：常琛

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